Pleuellagerkäfig - Werkstoffkundlicher Untersuchungsbericht

[† Knut]

Moin zusammen,

nach einem Anruf von einem netten Forumsmitglied habe ich in der Post ein Stück "Altmetall" gefunden, um das es hier geht.



Werkstoffkundlicher Untersuchungsbericht

Zur Untersuchung vorgelegt wurde ein Lagerkäfig für Rollenlager inclusive drei Rollen. Das Untersuchungsobjekt wurde aus einer Kurbelwelle (Pleuellager) eines nicht näher spezifizierten BMW Einzylinders der 50er Jahre separiert. Für einen möglichen Nachbau in Eigeninitiative sollte vorab geklärt werden, aus welchem Werkstoff der Lagerkäfig hergestellt wurde und ggf. welche Prozeßhistorie durchlaufen worden ist. Die beigelegten Rollen waren nicht Gegenstand der werkstoffkundlichen Analyse.


Abmessungen:
Außendurchmesser = 45mm
Innendurchmesser = 33mm
Höhe = 15mm
Zur Aufnahme der Lagerrollen sind radial 12 Fenster mit den Maßen 10mm  x 7mm gleichmäßig über den Umfang eingebracht. Aus diesen geometrischen Bedingungen heraus wurde ein Volumen von ca. 6000mm³ errechnet.

Halbzeug und spanende Fertigung:
Durch die noch vorhandenen Preßspuren auf dem schmalen Außenring kann geschlossen werden, dass es sich bei dem Halbzeug um ein Strangpreßprodukt gehandelt hat. Die Halbzeuggeometrie (Voll- oder Rohrmaterial) kann aufgrund der vollflächigen Bearbeitung der Innengeometrie an dem vorliegenden Objekt nicht eruiert werden. Aufgrund der Materialersparnis und des geringeren Zerspangrades lässt sich vermuten, dass Rohrmaterial verwendet wurde.
Der Innendurchmesser, die Stirnflächen sowie der mittige Bereich des Außendurchmessers wurden mittels Drehwerkzeugen gespant. Die rechteckigen Fenster zur Aufnahme der Rollen wurden ebenfalls spanend, vermutlich mit Räumwerkzeugen realisiert.
   Es war ein Rohr, das gedreht und geräumt wurde.

Gewicht und Dichte:
Als Gewicht des gereinigten Lagerkäfigs wurden 16,48gr ermittelt. Dividiert mit dem ermittelten Volumen ergibt sich eine Dichte ρ = 2,7 kg/dm³. Diese Dichte ist typisch für Leichtmetalle mit Aluminium als Hauptelement.
   Es ist ,,Aluminium"

Legierungsbestimmung:
Eine energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX) ergab im Spektrum ausgeprägte Peaks bei Magnesium und Silizium. Des Weiteren wurden nur schwache elementspezifische Signale für die Schwermetalle Kupfer und Zink empfangen.
   Ohne Cu und Zn können die Legierungsfamilien der 2000- und 7000-Serie ausgeschlossen werden.
   Mg und Si identifizieren eine Aluminium-Legierung der 6000-Serie (AlMgSi).
   Durch das Fehlen von Kupfer kann innerhalb der 6000-Serie die häufige EN AW-6061 ausgeschlossen werden.

Härtemessung:
Für eine weitere Eingrenzung der möglichen Legierung ohne aufwendige nasschemisch-quantitative Analysemethode wurde eine Härtemessung nach EN ISO 6506-1 (Härteprüfung nach Brinell) durchgeführt. Der Mittelwert aus 8 Messungen zeigte mit akzeptabler Standardabweichung einen Wert von 98 HBW. Durch die signifikant hohe Härtezahl lassen sich eine Vielzahl von niedriglegierten Sorten der 6000er Serie ausschließen. Des Weiteren zeigt es, dass eine künstliche Alterung bei erhöhter Temperatur zur Stabilisierung des Gefüges stattgefunden hat.
   Es handelt sich um die Legierung mit der ISO Bezeichnung AlSi1MgMn im ausgelagerten Zustand.

Fazit:
Der vorliegende Lagerkäfig ist aus der Aluminiumlegierung mit der heutigen Bezeichnung EN AW-6082 T6, der aus einem gepressten Rohr spanend hergestellt worden ist (Datenblatt ist angehängt).

Viel Erfolg beim Nachbauen und liebe Grüße an alle BMW-Einzylinder-Enthusiasten

Euer Metalllurch

[† Knut]

[berndr253]

Hallo Knut,

vielen Dank für die Durchführung der umfangreichen Untersuchungen!
Bezüglich der Herkunft des Lagerkäfigs kann ich die fehlende Information nachreichen: Pleuellager Motor BMW R25/3, Baujahr 1954.

Grusz

Bernd

[topcom]

Hallo Knut,
Danke für die Info. Eigentlich müsste der Käfig aber die Masse 32 (statt 33) - 46 (statt 45) - 15 haben, da 46 der Pleueldurchmesser unten und 32 das Hubzapfenmass ist. So ist es zumindesten bei der R26/27, da ist der Käfig 35-42-15 und der Hubzapfen 35 und der Pleueldurchmesser unten 42. Auch bei der 300er Isetta ist es so, bis auf Breite 18 statt 15. Hoffe habe mich verständlich ausgedrückt. Aber warum ist das so, braucht man hier Spiel oder nicht?
Gruß an die Metallurchiker Oliver

[† Knut]

Hallo Oliver,

Gerne schicke ich dir den Rest zu, damit du die Maße prüfen kannst. Aber vielleicht überdenkst du erst mal die Einbausituation. Der Käfig ist dazu da, die Rollen in Position zu halten. Er sollte tunlichst keinen radialen Kontakt mit der Welle (Kurbelzapfen) noch mit dem Pleuelauge haben.

Gruß

Knut

[topcom]

Hallo Knut habe ja auch nur den folgenden Link studiert und bin dann über deine Masse gestolpert:
http://www.prm-motoren.de/pldim1.htm
Gruß Oliver

[berndr253]

Hallo Oliver,

das, was Du an "Ersatz" für die Wiederherstellung einer Kurbelwelle kaufen kannst entspricht halt nicht immer den Originalbauteilen und -maßen.

Grusz

Bernd

[topcom]

So ein Schmarrn! Frage nicht beantwortet. Gruß Oliver

[Fastnachter]

Knut besten Dank. Tolle Aktion.

Und nun mal zum Thema: sind Pleullager so problematisch zu kriegen? Wusste ich garnicht.

Gruß

[Stefan]

Hallo Knut habe ja auch nur den folgenden Link studiert und bin dann über deine Masse gestolpert:
http://www.prm-motoren.de/pldim1.htm
Gruß Oliver

PRM gibt für die Käfige nicht deren Ist-Maße (oder heißt es im Plural Sind-Maße?) sondern die Nennmaße der zugehörigen KW-Bauteile an.

Gruß
Stefan

[cledrera]

Jan,
zeig mir eine moderne Nachfertigung unserer Kurbelwellen und ich wette,
dass der eingesetzte Werkstoff des Pleuellagers von schlechterer Qualität ist.
Die Harley-Szene hatte dasselbe Problem.
Kritisch wird das, wenn das moderne, härtere Material gegen die Wange drängt.
Rütz hatte, denke ich, vor Jahren einmal Problem.
Keine Notlaufeigenschaft, spanabhebender Prozess.

Richtig blöd wird das, wenn irgendein Hersteller auch noch glaubt, er könne kürzere Rollen verwenden.
Dann hast Du - vielleicht - eine Erklärung dafür, weshalb Motoren bereits nach 15000 schlapp machen oder Kolben den Zylinder aufwerfen; nach zwei Kilometern.

Im übrigen müssen wir dem 100.000-Kilometer Motor mal näher kommen.
Du erinnerst dich? Der Fred von gestern? Als du noch keine Fahrerlaubnis hattest?

Clemens

Knut: Danke!   

[Rütz]

Und nun mal zum Thema: sind Pleullager so problematisch zu kriegen? Wusste ich garnicht.

Wie du beim PRM-Link (war schon öfter Thema), z.B. an den gestuften Hubzapfen sehen kannst, werden schon seit längerem verschiedene, in der Regel Nadellager mit geänderten Pleuel und Hubzapfen kombiniert, um hinzukommen.

Wie du an Oliver sehen kannst, schon so lange, daß die meisten glauben, es sei original.

(Bei R26/27 ist der Käfig 34-41,9-15, der Hubzapfen 32 und Pleuelauge 42. Die Originalkäfige waren "außenringgeführt". Die heutigen sind eigentlich immer rollengeführt.)

PS

Richtig blöd wird das, wenn irgendein Hersteller auch noch glaubt, er könne kürzere längere Rollen verwenden.

So ist es richtig. Sie haben heute längere Rollen (statt kurze, ballige).
Die ganze KW wird dadurch viel empfindlicher gegen minimale Winkel- und Fluchtfehler.

[Fastnachter]

Na da sieh mal einer an. Hatte ich als potentielles Problem so noch garnicht auf dem Schirm. Dann bin ich mal gespannt wie es weitergeht.

Und noch ne Frage: jetzt kennen wir das Originalmaterial. Geht es denn noch besser?

Gruß

[cledrera]

Das habe ich genau anders herum gehört.
Moeglich, das es zu kurze und zu lange Rollen gibt?
Und ich wuesste nicht, das die Rollen von Bernds altem Lager ballig gewesen wären.
Wozu soll das gut sein?

Jan,
das hätte Knut geschrieben.

[professor buxus]

Die sollen marginal ballig sein, damit sie unter Belastung zylindrisch werden und auf der ganzen Länge tragen.
Ansonsten soll es wohl so sein, dass die Rollen anteilmäßig zuviel auf den Kanten tragen.

So hörte ich zumindest!   

Gruß Buxus

[cledrera]

Aaah, Aha!

[rolf]

"dass die Rollen anteilmäßig zuviel auf den Kanten tragen."
Richtig, die nicht balligen.

[† Knut]

das hätte Knut geschrieben.

... ich hätte WAS geschrieben? Das es einen besseren Werkstoff für den Käfig geben könnte?? Mitnichten! Ich maße mir nicht an, die Einbausituation, die Tribologie und die Betriebslasten zu kennen, um eine vollständiges Spezifikation des Systems zu erstellen. Was ich in der Zwischenzeit gelernt habe ist, dass die verwendete Legierung 6082 des Käfigs heute immer noch sehr gängig ist und sozusagen das "Arbeitspferd" darstellt. Andere höherfeste Sorten werden auch angeboten, wobei sich mir die Sinnhaftigkeit nicht erschliesst.

Und... solange das Pleuel nicht mit einem vernünftigen Gleitlager plus anständiger Ölversorgung geführt wird, ist die Realisierung eines 100+ Mm Motors sehr fraglich

Gruß

Knut

[cledrera]

Herr Kaleu,
gaanz ruhig bleiben. Ist doch richtig. Du hättest es geschrieben, wenn du es hättest vertreten können.
Kannst Du aber nicht, daher schreibst du dazu auch nichts; bist ja kein Anwalt 

Herrlich ist aber die Formulierung:

Andere höherfeste Sorten werden auch angeboten, wobei sich mir die Sinnhaftigkeit nicht erschliesst.

Eben und weshalb wird sowas bei unseren KWs dann verbaut?

solange das Pleuel nicht mit einem vernünftigen Gleitlager plus anständiger Ölversorgung geführt wird, ist die Realisierung eines 100+ Mm Motors sehr fraglich :

Phhh
Na und?
Dann schieben wir die Karren eben die restlichen 5 Mm.

[Fastnachter]

Seit wann gibt es im Forum Leute die, wenn sie Dinge nicht wissen, nix dazu schreiben? ;-)

Bin nach wie vor gespannt wie es weiter geht...

[rolf]

Überschrift: Ballastwissen

[peter63]

Zuerst mal:
Besten Dank Knut, Clemens und Bernd !!

Für den einen sicherlich Ballastwissen,... für mich nicht!!!

Zu den höherfesten Legierungen sage ich nur "Warmfestigkeit". Da sehen die modernen Zn-Legierungen ziemlich alt aus. Von anderen nicht so positiven Eigenschaften mal ganz abgesehen.
Ich hätte AlMg4,5Mn als Favorit, aber warum Experimente machen, wenn wir Fachleute haben, die den Werkstoff ermitteln können.
Zufällig  ist auch 6082 bei uns lagermäßig vorhanden.

Wie es weiter geht? Ganz einfach: Nachfertigung, aber mit mehr Rollen. Für 36er Hubzapfen 18 Rollen.

Das (untere) Pleuellager ist nunmal das am stärksten belastete Lager im Motor.
Und mehr Rollen sind sinvoller als Breitere was Rutz schon zutreffend begründete.

Da in diesem Forum eh alles von "Fachleuten" belächelt wird mache ich mein Ding weiter und lasse die Meute schreien!

Nochmal besten Dank

LG Peter

[rolf]

Für dich mit deinen Fähigkeiten und Fertigungsmöglichkeiten sicherlich nicht....aber so ziemlich für alle anderen die keinerlei Möglichkeit haben da etwas zu ändern.
davon ab: das Hauptproblem sind die nicht mehr (leicht) balligen Rollen.

[cledrera]

Milz an Leber: Darf ich mich auch ballen?
Macht Ballastwissen dick?

Knut,
waren die Rollen in dem Lager ballig?
Ich habe das nicht gesehen, aber auch nicht darauf geachtet.

Clemens

[berndr253]

Ballige Zylinderrollen sind durchaus noch zu bekommen - zB hier, BALLIG

Bernd

[† Knut]

Knut,
waren die Rollen in dem Lager ballig?

Clemens

Ja, die sind ballig - extra eben nochmal unter das Stereomikroskop gelegt. Auch dort nur schwer zu sehen. Ich versuche morgen mal, ein Makro zu machen. Die Balligkeit ist schwer zu beschreiben.

Cheers

Knut

[Fastnachter]

Hallo zusammen,

Ich habe noch nicht ganz verstanden ob es hier um Einzelnachfertigungen oder Kleinserien als Sammelbestellungen geht. Generell aber eine Frage:

Kann man einem Motorinstandsetzer eine KW und das Lager hinlegen und sagen "bitte überholen mit dem Lager?" Oder muss man so etwas dann selber machen?

Gruß

[berndr253]

Hallo Jan,

also selber machen ist nicht ohne weiteres möglich - eine Presse ist vielleicht vorhanden, auch noch ein Richt-Prüfstand mit Blei- oder Kupferhammer. Wie siehts aber mit einer Läppvorrichtung aus?? Da muss dann wohl jemand ran, der das auch nicht nur zweimal im Leben sondern tagtäglich macht.
Ich könnte mir schon vorstellen, dass es einen Instandsetzer gibt, der das macht - vielleicht auch mal bei Rabenbauer oder Ulismotorradladen anfragen. Die beiden wären sicherlich auch mögliche Kunden für die Abnahme einer Kleinserie. Wobei so ein Lagerkäfig auch in Kleinserie sicherlich an die 30€ kosten wird - wie teuer dann die Welleninstandsetzung wird???

Grusz

Bernd

[cledrera]

wie teuer dann die Welleninstandsetzung wird???

Eine sonst intakte Kurbelwelle unterstellt?
Um die Kosten des VNOS-Lagers teurer.
(VNOS=Very New Old Stock)

Gelegentlich dessen:
Gibt es da in einem Dortmunder Kriechkeller nicht vielleicht noch so einen alten Lagerkäfig?
Ich hätte da die perfekt-defekte Kurbelwelle dazu.
Meßzeug, ein paar passende ballige Röllchen geordert, eine Presse  .... (flöt  )

Das erinnert an eine geplante Kupplungsdruckscheibe, die mittlerweile über 20 Tkm hinter sich hat.
Was fehlendes (Ballast-) Wissen so alles anrichten kann; putzig. 

[berndr253]

Hallo Clemens,

einfach das Lager zu wechseln reicht leider nicht. Bei einer Instandsetzung wird auch der Hubzapfen ausgetauscht und wenn noch möglich die Bohrung des Pleuels geläppt. Dann werden Übermaßrollen fällig. Alternativ werden Pleuel, Lager und Hubzapfen als Einheit getauscht.

War gerade nochmal im Keller, das Pleuel hab ich noch, auch noch einige einzelne Rollen - also Kernschrott.

Wenn Du aber noch eine alte Welle hast sollten wir mal schauen die entsprechend mit Neuteilen wieder herzustellen, also mit neuem Hubzapfen und Pleuel und mit einm passenden Lager. Müssen das mal mit Peter besprechen.

Grusz

Bernd

[Hugo]

Hallo, ich kann mich an den ingeneurtechnischen Diskussionen so nicht beteiligen, bin eher der Praktiker,
ich kenn das auch so, dass es Übermaßrollen gibt, das Pleuel wird ausgeschliffen bzw. nachgeläppt, dann kann man den alten Hubzapfen schleifen oder läppen lassen, oder selber machen, oder einen komplett Neuen nehmen, wie man es gerne mag und wie man passende Rollen hat.

Aber mal ne andere Sache, von meinen Engländern kenne ich 4 verschiedene Varianten der Pleuellagerung, einmal mit ,,Bigendlager" (fertiger Hubzapfen, kpl. mit Rollenlager, gibt es ab und zu noch mal als NOS, habe jetzt erst vor kurzem 3Stück für meine 30er Jahre Panther ergattert, gibt's immer mal, aber nicht billig – Hubzapfen sind beidseitig kegelig, werden mit Hubscheiben verschraubt, der Kegel der Hubzapfen und der Pleuelagerzapfen ist immer gleich, Außendurchmesser des Rollenlagers ist natürlich in verschiedenen Größen, da Pleuel ja nachgeläppt oder neu geschliffen werden muss).

Weitere Varianten: Da gibt es Nur! Rollen ohne! Käfig (Hubzapfen hat außen einen Bund für Begrenzung der Rollen), Rollen mit Käfig und bei den Neueren ab Ende 70er oder eher Alulagerschalen, AJS hatte das sogar schon in den 60ern.

Vielleicht können fähige Leute bei den kleinen BMWs auch mal was anderes ausprobieren oder mit dem bisherigen, was es gibt oder gab, zurechtkommen.

Hugo