Fakten über Motorlager

Es gibt viele Informationen über Motorlager, also dachte ich mir, ich versuche, ein paar Dinge im Zusammenhang mit dieser winzigen, aber wichtigen Motorkomponente klarzustellen. Offensichtlich beeinflussen mehrere Faktoren die Lagerleistung in einem Motor, und die Experten sind sich einig, dass der erste Schritt darin besteht, den endgültigen Verwendungszweck des Motors zu kennen. Rennlager unterscheiden sich von denen, die für den Straßengebrauch empfohlen werden, und es gibt einiges zu beachten. Am Ende wird erst die Kombination aller Faktoren die Antwort auf die Lagerfrage ergeben.

Steifigkeit der Komponenten

Oftmals habe ich die Diskussion gehört, einen Motor „locker“ oder „fest“ einzustellen, was sich auf das Lagerspiel bezieht, wobei „locker“ oft als Vorteil dargestellt wird, weil der Motor „leichter“ dreht. Aber die Quintessenz ist, wie viel Kurbelflex werden Sie haben? „Wenn es zu viel Durchbiegung kommt, ist es von Vorteil, einen Motor lockerer einzustellen“, sagt Ron Sledge, Performance- und technischer Manager von King Bearings. „Wenn Sie eine Kurbel haben, die sich verbiegen möchte, können Sie das Spiel nicht zu eng einstellen, da die Kurbel sonst in das Lager gelangt. Ihre Kurbelwelle ist wahrscheinlich der Hauptursache für Verschleiß aufgrund von Durchbiegung. Wenn sie sich verbiegt, ist es die Kurbelwelle.“ Die Lagerzapfen stimmen nicht überein, und wenn das Spiel sehr eng ist, ist es wahrscheinlicher, dass man ein Lager berührt.“

Der Hauptschwerpunkt der Steifigkeit liegt in diesem Aspekt auf der Kurbelwelle und den Faktoren, die sie beeinflussen können. Ähnliche Ratschläge gibt Dan Begle, technischer Vertriebsingenieur bei Mahle, der sagt: „Der Bau eines Motors mit zusätzlichem Spiel erfolgt aufgrund von Leistungszusätzen wie Lachgas. In solchen Situationen ist die Kurbelwelle Ihr begrenzender Faktor. Wenn die Kurbelwelle starken Belastungen ausgesetzt ist.“ Durch die Belastung biegt sich die Kurbelwelle. Wenn sie sich biegt, ist Ihr Ölspiel kleiner als eingestellt. Die Kurbel beginnt zu kreisen, was bedeutet, dass sie nicht auf ihrer Mittellinie läuft. Das zusätzliche Spiel dient dazu, dass Sie ruhig bleiben können Erzeugen Sie einen Ölfilm, wenn sich die Kurbel in einer Kreisbewegung befindet, so dass es keinen Kontakt zwischen Lager und Lagerzapfen gibt.

Ölclearance vs. Viskosität

Durch die enge Anlehnung an die vorherige Kategorie gehen Ölspiel und Viskosität Hand in Hand. „Sie müssen den Ölspielraum an die Ölviskosität anpassen“, sagt Sledge. „Wenn die Viskosität nicht ausreicht, kann das Öl zu stark durch die Lager fließen, sodass kein starker Ölfilm aufrechterhalten wird. Die Aufrechterhaltung eines guten, starken Ölfilms zwischen dem Lager und der Kurbelwelle ist der Schlüssel dazu, dass es keine Probleme gibt. Wenn ich Wenn ich einen Spielraum von 0,005 Zoll laufen werde, muss ich ein Gewicht von 50 oder 60 laufen lassen. Wenn ich eine .002"- oder .0015"-Version verwende, wie es bei manchen OE-Freigaben heutzutage der Fall ist, dann müssen Sie eine 20-W-Leistung oder weniger verwenden. Das Öl muss dünn genug sein, um dazwischen zu gelangen, aber dick genug, um den Ölfilm aufrechtzuerhalten.“

Wie wichtig ist das alles? Robert Taylor von ACL bringt es auf den Punkt: „Die Dicke des Ölfilms ist der Unterschied zwischen Kurbelwelle und Nicht-Kurbelwelle. Wenn Spiel und Viskosität nicht übereinstimmen, wollen Sie das Risiko eingehen?“

Lagerexzentrizität, Öldruck und Ölkeil

Die Lagergeometrie ist dabei ein faszinierender Aspekt, da der Innendurchmesser eines Motorlagers mit einer gewissen Exzentrizität versehen ist, die dazu dient, einen Ölkeil zu bilden und den Ölfilm auf der Lageroberfläche aufrechtzuerhalten. „Das Lager ist eine mechanische Ölpumpe“, sagt Begle. „Die in ein Lager eingebaute Exzentrizität steht im Verhältnis zum entwickelten hydrodynamischen Druck. Der Außendurchmesser des Lagers ist perfekt rund“, sagt Begle. „Auf der Innenseite, an der 12:00-Uhr-Position, wo Sie den Ölspielraum messen, ist die engste Stelle. Bei etwa 45–60 Grad [von der Vertikalen ist die Lagerwandstärke] dünner. Ganz am Ende, wo die Lager zusammentreffen, Dies wird als Bohrungsentlastung bezeichnet. Sie ist am dünnsten und schützt vor Verformungen bei der Montage oder im Betrieb.“

Aber ist die Geometrie bei allen Lagern gleich? „Durch die Bewegung der Kurbelwelle entsteht ein hydrodynamischer Ölfilm“, sagt Mark Shadbolt, ACL-Produktingenieur. „In unserer Performance-Rennserie bauen wir mehr Exzentrizität ein als bei einem allgemeinen Austauschlager, und der andere Grund für die Exzentrizität ist, dass sie eine Verzerrung im gesamten System ermöglicht. Bei einem Rennmotor gibt es viel mehr Verzerrung.“

Und sind sich die Experten alle einig? Darauf können Sie wetten. „Der Unterschied zwischen einem Ersatzlager und einem Hochleistungslager ist der Keil“, sagt Begle. „Ein Hochleistungslager hat mehr Keil, um einen höheren Filmdruck zu erzeugen und so zu versuchen, den Lagerzapfen fernzuhalten.“

Um diesem Puzzle weitere Teile hinzuzufügen, gibt es Lager mit niedrigem Exzenter und Lager mit hohem Exzenter, abhängig von der Anwendung und der Steifigkeit des Gehäuses, in das es eingesetzt wird. „Wenn beispielsweise das große Ende einer Stange nicht steif genug ist, Bei hohen Drehzahlen dehnt sich das Lager aus“, sagt Sledge. „Eine höhere Exzentrizität ist erforderlich, denn wenn die Bohrung eiförmig wird, zieht sich das Lager nach innen und Sie benötigen mehr Platz, um den Ölkeil aufrechtzuerhalten. Wenn sich die Lagerbohrung verlängert und das Spiel schließt, wischt das Lager das Öl ab.“ Eine stärkere Rute benötigt weniger Exzentrizität.

Sie fragen sich vielleicht: Welchen Einfluss hat der Öldruck auf all das? Es ist ein kleiner Teil des Puzzles. „Ein rotierender Lagerzapfen in einem Lager mit vorhandenem Öl ist die Ölpumpe des Motors“, sagt Sledge. „Die Aufgabe der Ölpumpe besteht lediglich darin, das Öl am Lagerzapfen zu halten. Je schneller sich die Kurbel dreht, desto mehr Öl wird verbraucht Ich werde verbluten und Pferdestärken rauben.

Belastungsdauer und Lagerermüdung

Die Belastungsdauer ist ein wichtiger Faktor, da sie die Art des Lagers bestimmt, das Sie verwenden müssen. „Das Schlimmste, was einem Lager passieren kann, ist Ermüdung“, sagt Sledge. „Wenn es ermüdet, wird es sich selbst zerstören. Bei Motoren mit höherer Dauer/Belastung, wie z. B. bei Schiffs- oder Langstreckenrennen, wird die Kurbel so stark belastet, dass es zu Rissen kommt. Die Ermüdung kann in zwei Stufen auftreten. Es kann das Grundmaterial sein.“ , oder das Overlay-Material und Sie bauen den Motor, um Ermüdungserscheinungen zu vermeiden.

„Selbst wenn eine Straßenbahn einen Motor hat, der 700 oder 800 PS leistet, ist die Last nicht sehr lange sehr hoch. Wenn ich mit diesem Straßen-/Streifenauto ein Drag-Race-Rennen fahre, ist die Last immer noch sehr gering, aber wenn ich „Wenn ich den Motor wie einen Kreiskettenmotor oder einen Schiffsmotor belasten möchte, dann ist die Belastung über einen längeren Zeitraum gegeben, und diese lange Dauer führt zu Ermüdungserscheinungen. Durch die Belastungsdauer werden die Lager voneinander getrennt.“

Lagerkonstruktion und -versagen

„Ein typisches Hochleistungslager ist ein Trimetalllager mit einer Stahlunterlage“, betont Begle. „Die mittlere Schicht des Trimetalls besteht aus Kupfer, Zinn und Blei, aber bei Clevite wird es in einem Schmelzprozess zusammengeschmolzen. An diesem Punkt nimmt man die beiden Elemente Kupfer und Zinn und stellt eine Legierung aus Bronze her.“ eine Kornstruktur erzeugen. Andere Lagerhersteller verwenden einen Sinterprozess, sodass keine Kornstruktur entsteht.

So wie eine geschmiedete Kurbel eine Kornstruktur aufweist, die sie im Gegensatz zu einem Gussteil stabiler macht, werden auch Clevite Performance-Motorlager auf die gleiche Weise hergestellt. Eine höhere Festigkeit entsteht durch die Kombination der Elemente zu einer Legierung aus Bronze, Kupfer und Zinn mit der darüber liegenden Auflage. Sie sehen nicht die Mitte, sondern nur die Rückseite und die Auflage.

„Bei der Überlagerung handelt es sich um einen Galvanisierungsprozess aus Kupfer, Zinn und Blei“, sagt Begle. „Es wird kontrolliert, um eine bestimmte Dicke zu erzeugen.“

Was führt auf der tiefsten Ebene zum Ausfall eines Lagers? „Wenn kein ausreichender Ölspielraum vorhanden ist und der Lagerzapfen mit dem Lager in Kontakt kommt, entsteht Reibungstemperatur an der Gleitschicht“, sagt Begle. „Der Schmelzpunkt von Zinn liegt bei 449 Grad Fahrenheit. Wenn also die Reibungstemperatur erreicht wird, fängt man an, die Zinnbeschichtung in der Auflage wegzuschmelzen und das Lager zu zerstören. Bei Reibungsproblemen geht es ausschließlich um die Auflage, und das Substrat schon.“ die Tragfähigkeit.“

Einbettbarkeit

Unter Einbettbarkeit versteht man die Reaktion eines Lagers auf Verunreinigungen im Öl. Eine gute Einbettbarkeit bedeutet, dass das Lagermaterial Fremdpartikel einfangen und unter die Oberfläche versenken kann. „Sauberkeit ist der Schlüssel“, sagt Taylor. „Sie möchten, dass sich Ablagerungen im Lager festsetzen. Die Alternative besteht darin, dass sie den Kurbelwellenzapfen zerkratzen. Es wird immer Ablagerungen geben. Möchten Sie die Lager oder die Kurbelwelle wechseln?“

Das Thema Einbettbarkeit führt zum Thema Kompromiss. „Letztendlich sind Lagermaterialien Kompromisse“, sagt Sledge. „Man gibt eine Sache auf, um eine andere zu bekommen. Als Alltagsfahrer möchte man einen Motor, der lange hält, und ein Lager, das sich gut einbauen lässt.“

Aluminiumlager, die typisch für allgemeine Ersatzlager sind, verfügen über eine gute Einbettbarkeit, die es ihnen ermöglicht, eine größere Menge an Schmutz zu bewältigen, allerdings gibt es Einbußen bei der Härte und Belastbarkeit. „Jedes gute Lagermaterial ist ein Kompromiss zwischen Festigkeit und Einbettbarkeit“, sagt Shadbolt. „Alle Lager haben ein gewisses Maß an Einbettbarkeit eingebaut, die Lager der Race-Serie haben jedoch weniger. Achten Sie auf Sauberkeit.“

Lageranpassungsfähigkeit/Verformung

Anpassungsfähigkeit oder Verformung bezieht sich auf die Fähigkeit eines Lagers, sich an jede geometrische Fehlausrichtung seines Gehäuses oder Zapfens anzupassen. Eine schlechte Anpassungsfähigkeit kann zu einer Verringerung der Ölfilmdicke und damit zu Lagerverschleiß führen. „Wenn das Lager nicht verformbar ist, passt es nicht zur Form des Gehäuses und das Lager muss sich mit dem Gehäuse bewegen“, betont Shadbolt.

Beschichtungen

Heutzutage verfügen viele Hochleistungslager über eine optionale Beschichtung, was oft mit dem Abschluss einer Versicherung vergleichbar ist. „Die Beschichtung ist eine nichtmetallische Schicht“, sagt Sledge. „Ohne die Beschichtung kommt es zu Metall-auf-Metall-Kontakt. Beim Anfahren oder bei Problemen mit dem Öldruck kann es zu Metall-auf-Metall-Kontakt kommen. Das beschichtete Lager hält länger, weil die Polymerschicht darüber gleitet.“ Kurbelwelle leichter als Metall. Zwei Metalle wollen sich gegenseitig greifen.

Laut Shadbolt von ACL liegt der Vorteil eines beschichteten Lagers in der Schmierfähigkeit und schützt das Lager in Extremsituationen.

Das letzte Wort

Die Experten sind sich einig, dass Sauberkeit der wichtigste Faktor beim Einbau ist und der Mangel daran das häufigste Problem ist, das zu Lagerausfällen führt. Aber das Messen ist genauso wichtig. Taylor weist darauf hin, dass ein häufiger Fehler darin besteht, anzunehmen, dass eine neue Kurbelwelle die Größe hat, die sie haben soll. „Anzunehmen ist ein großer Fehler“, sagt er. „Gehen Sie nichts voraus. Messen Sie immer, messen Sie, messen Sie.“EB