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Inhaltsverzeichnis
- 1 Aufbau
- 2 Kurbelwellenstumpf Lima
- 3 Schmierung der Zweitakter Kurbelwelle
- 4 Belastungen der Kurbelwelle
- 5 Führung des Pleuels & axiales Spiel bei einer Zweitakter Kurbelwelle
- 6 Spiel der Pleuellager & radiales Spiel bei einer Zweitakter Kurbelwelle
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- 8 Themenverwandte Kauftipps
Aufbau
In diesem Beitrag beschäftigen wir uns speziell mit einer Vespa Zweitakt Drehschieber Kurbelwelle, wie sie in den Vespa PX Modellen zu finden ist. Bei Zweitakt Motoren mit nur einem Zylinder weisen praktisch alle Kurbelwellen eine gewisse Ähnlichkeit auf. Die Kurbelwelle überträgt die durch die lineare Bewegung des Kolbens auf die Pleuelstange abgegebene Kraft als Drehmoment auf das Ritzel der Kupplung. Gleichzeitig wird über die Drehbewegungen der Kurbelwelle das magnetisierte Polrad zum Rotieren gebracht und erzeugt mit den unter dem Polrad befindlichen Spulen Ladestrom und über das Pick-Up einen Zündimpuls. Mehr zu diesem Thema in den Beiträgen Elektrischer Signalgeber für den Zündimpuls – Aufbau & Funktion & Aufbau der Vespa PX alt CDI (Capacitor Discharge Ignition).
Kurbelwangen
Die Zweitakter Kurbelwelle in einem klassischen Vespa Schaltroller besteht aus 2 Kurbelwangen. Beide Kurbelwangen stellen zusammen eine Art Schwungmasse dar, die der oszillierenden Masse des Kolbens entgegen wirkt. Sie sind über einen Zapfen miteinander verbunden. Die Kurbelwange auf der Kupplungsseite ist mit einem Einlassschlitz versehen, über welchen in einem festgelegten Abschnitt der Kurbelwellenumdrehung durch das sogenannte Drehschieberprinzip› Kraftsoff-Luftgemisch in das Kurbelwellengehäuse gesogen wird.
Kurbelwellenstümpfe
Im Zentrum des Durchmessers der 2 Kurbelwellenwangen befinden sich jeweils ein Kurbelwellenstumpf. Die Stümpfe sitzen axial auf einer gedachten Linie bzw. Achse und drehen sich nur um die Drehachse der Kurbelwelle und beeinflussen die Hubbewegung nicht. Auf beiden Stümpfen der Kurbelwelle befindet sich ein Simmering, welcher den Kurbelwellenraum abdichtet. Des Weiteren sitzen Lager auf beiden Stümpfen. Auf der Kupplungsseite ist der Kurbelwellenstumpf in ein Festlager gepresst und auf der Lichtmaschinenseite befindet sich der Kurbelwellenstumpf in einem Loslager.
Kurbelwellenstumpf Lima
Direkt an der in Fahrtrichtung rechten Kurbelwange befindet sich der Lagersitz für das Loslager auf der Lichtmaschinenseite. Vor dem Lagersitz ist die Dichtfläche des Simmerings. In der Fachsprache wird der Simmering als Wellendichtring bezeichnet. Auf dem Konus wird das Polrad aufgesteckt. Durch das Verschrauben der Polradmutter wird das Polrad auf die Fläche vom Konus gepresst (Pressfläche). Im Konus befindet sich eine Nut bzw. Keilnut, in welche der Halbmondkeil gesteckt wird. Der Halbmondkeil hält das Polrad in Position. Das ist wichtig, denn im Polrad befindet sich eine bestimmte Stelle zwischen den Magneten, welche vom Pick-Up erkannt wird. Durch einen elektrischen Impuls wird nun durch die in der Ladespule entstandene Elektromagnetische Induktion der sogenannte Zündfunke über die CDI in Richtung Zündkerze gesendet. Ist der Halbmondkeil abgeschert, so funktioniert das Prinzip der elektromagnetischen Induktion nicht mehr richtig. Es entsteht kein Zündfunke und der Motor springt nicht an.
Kurbelwellenstumpf Kupplungsseite
Im Bereich der in Fahrtrichtung linken Kurbelwange befindet sich der Lagersitz für das Festlager auf der Kupplungsseite. Dieser Lagersitz hat bei einer originalen 57 mm Hub Piaggio Kurbelwelle für 200 ccm Motoren einen Durchmesser von ∼ 23,6 mm. Zwischen Lagersitz und Kurbelwellenwange befindet sich der Sitz für den Kurbelwellen-Simmering-Kulu. Der Durchmesser beträgt hier ∼ 30,6 mm. Der Kurbelwellenstumpf als Sitz für die Kupplungsnabe bzw. Kupplungsfederteller hat einen Durchmesser von 14,9 mm. Die Nut hat eine Breite von ∼ 4,0 mm und eine max. Tiefe von ∼ 5,4 mm.
Pleuel
Das Pleuel verbindet Kolbenbolzen im oberen Pleul-Auge (Bereich Kolben) und den Hubzapfen im unteren Pleuelauge (Bereich Kurbelwangen). Das Pleuel ist selbst außen an seiner Oberfläche oftmals verkupfert. Ein Motorenspezialist erklärte mir dies mit einer alten Tradition des Motorenbaus, Man versprach sich durch Verkupfern weniger Ablagerungen und eine bessere chemische Beständigkeit des Materials. Es ist zudem auch optisch ansprechend. Die originale Piaggio Kurbelwelle› der PX 200 hat ein verkupfertes Pleul (Siehe Foto 2).
Zwischen Kolbenbolzen und Pleuel sowie zwischen Pleuel und Hubzapfen ist in den so genannten Pleuelaugen jeweils ein Nadellager untergebracht.
Foto 4: Pleuel einer Kurbelwelle Piaggio für die Vespa PX 200. Gut zu erkennen: Das Pleuel ist verkupfert. (Foto: Wespenblech-Archiv)
Hubzapfen und Kolbenbolzen
Der Hubzapfen sitzt parallel versetzt zu den Kurbelwellenstümpfen eingepresst in den Kurbelwangen. Bei einer originalen Vespa PX 200 Kurbelwelle hat der Hubzapfen einen Durchmesser von 22 mm und eine Breite von 39 mm. Es gibt auch Ultra-Langhubwellen mit einem Hub von 62 mm, welche nur einen Durchmesser von 20 mm haben. Beispielsweise die Kurbelwelle Pinasco COMPETIZIONE 62 mm Drehschieber. Die Hubzapfenaugen, also die Bohrungen in den Kurbelwangen für den Hubzapfen sind gehärtet. Mit Härten gemeint ist die Erhöhung der mechanischen Widerstandsfähigkeit durch gezielte Änderung und Umwandlung des Gefüges. Erkennbar ist die Härtung an den Hubzapfenaugen durch die Verfärbung des Eisenwerkstoffes unmittelbar an den Rändern der Bohrung. Die wirksame Einsatztiefe muss mindestens 0,5 mm betragen. Die Härte der Oberfläche sollte mindestens 60 HRC betragen also umgerechnet 700 HV. Nach dem Härten werden die Bohrungen präzisionsgeschliffen oder besser gehont, um eine Rauheit Ra <= 0,16 µm zu erzielen.
Schmierung der Zweitakter Kurbelwelle
Beide Nadellager und die beiden Kugellager der Wellenstümpfe werden NUR durch das Benzin-Öl-Gemisch geschmiert, was an sich aus dem bereits zündfähig ins Kurbelwellengehäuse eingebrachte Benzin Luft-Gemisch dort abscheiden muss (Vgl Aufbau 2T Motor). Und das ist, wie jeder leicht feststellen kann, extrem dünnflüssig! Ein zäher Schmierfilm, wie man ihn an Kolben und Kerze findet, entsteht erst, wenn sich die Hitzebeständigen Komponenten des Öls aus bei der Verbrennung des Kraftstoffes im Zylinder niederschlagen!!!
Rollen- und Nadellager
Deshalb werden als Lager› bis heute Rollen- und Nadellager verwendet die Bauart bedingt mit weniger Schmierung auskommen, und KEINE praktisch Verschleiß-freien Gleitlager, wie wir sie in den Autos mit der sogenannten Druckumlaufschmierung haben! Dort hält ein Motor 200-300 tkm und mehr, bei einem Vespa-Motor geht man von bestenfalls 1000 Stunden aus!!!! Um die sogenannte Gemischschmierung zu unterstützen, weisen die Pleuelaugen oft seitliche Ausbuchtungen („Öltaschen“) oder Ausfräsungen oder auch einfach nur in die Lauffläche der Augen gebohrte Löcher auf, um den Kontakt zwischen Gasgemisch und den Lagern zu verbessern. Die hohen Drehzahlen moderner Motoren erfordern den Einsatz von Lagern mit relativ großem Radialspiel. Als Anhaltswert für die Mindestlagerluft gilt: Kurbelzapfen Ø x 10 hoch -3. Renn- und Sportmotoren werden mit noch höheren Drehzahlen als Serienmotoren betrieben. Sie benötigen eine 50% größere Radialluft im Kurbelzapfenlager.
Belastungen der Kurbelwelle
Die Kurbelwelle muss der Biegungsbeanspruchung, welche durch die Kolbenkraft bei der Hubbewegung des Kolbens entsteht, der Torsionsbeanspruchung, welche bei lang gestreckten elastischen Körpern durch entgegengesetzt gerichtete Drehmomente zu einer schraubenförmigen Verdrehung führen kann, sowie der Axialkraft, welche längs der Achse entsteht, standhalten. Deshalb müssen sowohl gebaute als auch gegossene Kurbelwellen eine hohe Festigkeit haben.
Führung des Pleuels & axiales Spiel bei einer Zweitakter Kurbelwelle
Es gibt zwei wesentliche Unterscheidungen, wie man für die Zentrierung des Pleuels auf der Welle sorgt und Verspannungen im Bewegungsapparat vorbeugt. Nahe liegend ist, das Pleuel durch die massiven Wangen zu fixieren, und oben am Kolbenbolzenlager ggf. etwas axiales Spiel zu lassen. Diese Technik wurde über viele Jahre angewendet und man sagt „unten geführte“ Welle dazu.
Spiel der Pleuellager & radiales Spiel bei einer Zweitakter Kurbelwelle
Prüfen des radialen Spiels bei einer Zweitakter Kurbelwelle (Film: Wespenblech Archiv auf Youtube)
Radiales Lagerspiel: Auswirkung im Betrieb
Das axiale Spiel haben wir nun gut beschrieben. Und bei entsprechendem Prinzip ist dieses Spiel bis zu mehreren mm groß und selten ein Problem. Anders sieht es mit dem radialen Spiel aus. In dieser Richtung wirkt die Kraft des Kolbens und ein entsprechender Verschleiß ist durch die Abnutzung der Lager zu erwarten.
Bis man im Betrieb Auswirkungen spürt oder hört muss dieses Spiel schon sehr groß sein und so gibt es selbst von vielen Herstellern kein angegebenes Verschleiß-Maß. Es gibt aber eine Methode zum Messen des radialen Spiels. Dazu muss die Kurbelwelle ausgebaut und gereinigt werden.
Kurbelwelle vor dem Prüfen ordentlich reinigen und trocknen
Generell lässt sich das Lagerspiel der ausgebauten Kurbelwelle nur dann optimal prüfen, wenn das Lager fettfrei und trocken (Bremsenreiniger› und Pressluft) ist. Schon ein kleiner Ölfilm baut Kapillarkräfte auf, die jegliches Klappern unterbinden, und genau das Klappern will man ja hören, sofern das Spiel nicht mehr in Ordnung ist!
Lagerspiel Prüfverfahren
Zunächst nimmt man die Kurbelwelle am Pleuelschaft in die Hand und lässt die Kurbelwellenwangen frei baumeln. Nun gibt man mit dem Handballen oder einem Gummihammer mehrere leichte Schläge auf das Pleuel (siehe Film). Das Pleuel sollte sich nach obiger Vorbereitung nun mal nicht klapprig sondern fest anfühlen. Am bestens ist, wenn die Kurbelwelle nicht klingelt. Leichtes Verdichtungsverhältnis bzw. eine zu hohe Kompression. Das dadurch induzierte Geräusch wird Klingeln (Klopfen) genannt.’>Klingeln ist noch in Ordnung. Klapperndes nachhallendes Klingelgeräusch bedeutet, dass das radiale Spiel zu groß ist. Und was noch wichtiger ist, dass nirgendwo Anlassfarben zu sehen sind. Hitze zerstört ein Lager weit schneller als etwas Lagerluft. Frei nach „wo Luft ist, ist auch Leben“ sollte man es nicht zu eng sehen.