An die Getriebepäpste

[axel69]

Nach einigen Getriebeschäden in meinem Umfeld bitte ich die Getriebespezialisten um geistige Unterstützung:

Die Getriebe der Einzylinder entsprechen weitgehend denen der R50-69S sowie den 4Gang Getrieben der /5 Modelle. Bei Thomas /5 gab genau wie bei 4 Getrieben in meinem Bekanntenkreis jeweils das hintere Lager der Nebenwelle den Geist auf, verteilte seine Kugeln und beschädigte den Lagersitz.[1][2]

Das hintere Lager der Nebenwelle scheint also stärker stapaziert zu werden, als die anderen Lager. Unsere Nebenwelle wird auf der Vorderseite in einem 2reihigen 3203 Schräglager gehalten - praktisch ohne Axialspiel - und hinten im Deckel darf ein zierliches  6203 C3 Lager sowohl die Dehnung, als auch die nicht unerheblichen radialen Kräfte der Nebenwelle aufnehmen. [3]

Laut SKF Tabelle [4]ist beim 6203C3 mit einer radialen Lagerluft zwischen 11 und 25/1000 mm zu rechnen. Da ich keine Daten zur axialen Lagerluft habe werde ich sie in der Folge mit der der radialen gleichsetzen.
Nehmen wir die Spezifischen Dehnungskoeffizienten von Gehäuse und Welle mit 23 bzw 12/1000000 an, dann erhalten wir bei Erwärmung um moderate 70°C eine Dehnungsdifferenz von 0,1mm (bei 90° 0,13mm). [5][6]

Damit das Konstrukt spannungsfrei bleibt, müssen die Lager (max. Lagerspiel bereits berücksichtigt) in der Summe also mindestens 0,075mm in den Sitzen wandern, um die Dehnung auszugleichen (Bei 90° sind es bereits 0,105mm). Das deutlich breitere und für axiale Lasten ausgelegte 3203 wird nicht unbedingt nachgeben, also ist es am 6203 mit den Verspannungen zurechtzukommen und irgendwann gibt es eben nach.

Jetzt der Ansatz: Ein passendes Zylinderrollenlager N203, NJ203 oder NU203 statt des 6203 verträgt nicht nur die doppelte dynamische bzw. 3-fache statische Traglast, sondern könnte auch die unterschiedliche Temperaturdehnung deutlich besser kompensieren. [7]


Sind in meinen Überlegungen wesentliche Fehler?
Was spricht ausser dem höheren Preis gegen die Verwendung des Rollenlagers?


Viele Grüße


Axel





[1]
Ketzerische Frage: Warum wird der Schaden vor allem bei den Boxern beobachtet?
Eine mögliche Antwort: Bei den Monopeden wird das Getriebe nicht so warm.

[2] Der übliche Schaden wurde von Thomas beschrieben http://www.bmw-einzylinder.de/bildergalerie/displayimage.php?album=28&pos=14
Häufige Steigerung: Der Lagersitz im Deckel wird gesprengt [8].

[3]
Derartige Wellen sollten - meiner Erinnerung folgend - in einem Fest- und einem Loslager gehalten werden, damit sie statisch nicht über - oder unterdefiniert sind bzw sich in unserem Fall die umterschiedlichen Dehnungskoeffizienten von Gehäuse und Wellen dort austoben können.
Bei den späteren 2-Ventilern (5Gang) wird die Eingangswelle vorne auch in einem Zylinderrollenlager (quasi als Loslager) stabilisiert. Die anderen Wellen werden wie bei unseren Getrieben jeweils in C3 Lagern gehalten.

[4]
http://www.skf.com/skf/productcatalogue/jsp/viewers/tableViewer.jsp?tableName=1_1_t3&maincatalogue=1&lang=de

[5]
http://de.wikipedia.org/wiki/Ausdehnungskoeffizient
Delta_L= L*alfa*delta_T
L=143mm, alfa Alu =23/1000000, alfa Stahl= 13/1000000, delta_T mit 65 bzw 90 exemplarisch gerechnet.

[6]
Die Temperaturdifferenz muß genaugenommen zwischen der minimalen und der maximalen Betriebstemperatur gesehen werden. Bei Besuchern des Elefantentreffens oder Menschen mit ungeheizter Garage liegt T_min schon mal bei -20°. Bei sehr heiß laufenden Maschinen kann T_max auf lange Zeit nahe an die Motortemperatur kommen, sicher aber die 100° erreichen.

[7]
http://www.agrolager.de/index.php?cPath=111

[8]
http://groups.yahoo.com/group/slash2/photos/album/10927374/pic/1012309282/view

[axel69]

[berndr253]

Hallo Axel,

das Lager im Gehäusedeckel der Nebenwelle ist bei hohen Temperaturen ein Loslager das im Sitz vor und zurück bewegen kann. Damit das Lager auch tatsächlich wandern kann muss bei der Montage der Nebenwelle durch die Verwendung von Passringen ein Spiel von 0,2 bis 0,4 mm eingestellt werden. Damit verbleibt der Welle hinreichend Weglänge damit das Lager nicht unter Spannung steht. Insbesondere bei höheren Getriebetemperaturen - Du nennst hier 70 Grad wird der Sitz weniger "stramm" so dass das Lager wandern kann. Die Lagerluft ist, wie Du bereits schreibts, keinesfalls hinreichend um die Längeränderungen zu kompensieren.

Der Wechsel zu einem Nadel- oder Rollenlager ist grundsätzlich machbar. Hierbei muss man jedoch sicherstellen, dass die Schmierung in der Einbausituation immer gewährleistet wird. Dies sollte man sehr kritisch prüfen.
Ich vermute, dass das Lager wegen Schmierungsproblemen ausfällt - ist in dem Nebenwellensitz "unten" eine Aussparung eingefräst damit das Öl auch "durch" das Lager fliessen kann? In einer "Werkstattmitteilung" von BMW wurde eine Anweisung ausgegeben diese Fräsung vorzunehmen, wenn diese noch nicht vorhanden ist.
Die Frage ist hier auch wie viele Betriebsstunden das Lager letztendlich gelaufen ist. Auch Lager haben eine begrenzte Lebensdauer und Motorräder sind von der Konzeption her auf erschreckend niedrige Laufzeiten ausgelegt.

Gruß

Bernd

[Heiko]

Hi Axel,

wieviel Kilometer hatten denn die Getriebe runter?


Heiko

[Rütz]

Hallo Axel,
meine Theorie dazu ist folgende:

- Wie Bernd schon schrub, ist das hintere Lager das Loslager, während das vordere Lager auch im Lagersitz relativ fest sitzt.

- Die Nebenwelle wird in den Gängen 1-3 beim Schalten und bei Lastwechseln sehr stark "hin- und her geworfen". D.h., sie wird immer wieder stark nach vorne und dann nach hinten gedrückt (axial). Deswegen ist auch vorne das Doppelschräglager verbaut.
Im 4. Gang heben sich diese Axialkräfte für die Nebenwelle auf und treten in abgeschwächter Form nur noch an An- und Abtriebswelle auf.

- Überschreitet nach höherer Laufleistung (in den Gängen 1-3) das Axialspiel im vorderen Doppelschräglager die Größe der Lagerluft im hinteren 6203, so muß dieses Lager (bzw. dessen Sitz) nicht mehr nur die Temperaturausdehnung ausgleichen, sondern wird bei jedem Last-/Gangwechsel gleichsam im Sitz hin- und her "geklopft(!)".
...als normales ("nicht schräg-") Lager hält es diese Belastung nicht lange aus.

- Hauptursache -nach meiner Theorie- ist also eine hohe/höhere Belastung in den Gängen 1-3.
Das könnte bei den Boxern der Fall sein.
a) Fahren sie aufgrund der Geschwindigkeitsbereiche womöglich öfter/länger in den unteren Gängen.
b) Müssen sie in den unteren Gängen eine höhere Masse auch noch stärker beschleunigen als die Einzylinder.


Gruß Rütz S(pekulier)

[27-steib]

Moin zusammen,


zu dem Thema Loslager- wenn meine Konstruktiven Restkenntnisse mich nicht im Stich lassen, sollte das 'Loslager' auf keine Fall im Gehäuse (weich) wandern, sondern die gehärtete Welle im Lager. Im ersten Fall wird sich auf kurz oder lang der Gehäusesitz kaputtreiben. Also sollte die Welle im Lager rutschen können-  entweder durch Zylinderrollen oder durch Passungsauswahl Welle/Lager.

Zum Thema ölzufuhr- ich kenne nur das Lagerproblem der 5 Ganggetriebe der /7er. Hier ist das Motorseitige Ausgangslager im Getriebe durch eine Blechplatte abgedeckt (warum auch immer)und das Lager stirbt an Ölmangel. Mit ein paar kleinen Lóchern in diesem Deckel ist die Lebensdauer deutlich höher als ohne.

Grüsse Jan

[berndr253]

Hallo Jan,

hast nicht ganz unrecht - bei der Antriebswelle der Einzylindergetriebe ist das sogar der Fall. Hier kann die Welle im Innenring des Lager relativ leicht vor und zurück gehen. Beim hinteren Lager der Nebenwelle ist das aber anders - hier ist das Lager im Deckel ich glaube mit einer Übergangspassung drin.
Bei Elektromotoren (Normstrommotoren) ist das übringens ähnlich gelöst. Hier werden beide Lager als Rillenkugellager ausgeführt, wobei jedoch nur das vordere Lager einen Festsitz hat, das hintere Lager ist mit einem Federring leicht gegen die Welle gedrückt.

Die Erklärung von Rütz, dass hier insbesondere die höhere Maschinenleistung und -belastung in den Gängen 1 bis 3 eine Ursache sein können finde ich schlüssig - vor allem da diese Probleme bei den Einzylindern mit der (normalerweise) geringeren Leistung nicht beobachtet werden.

Gruß

Bernd

[rolf]

Da bin ich anderer Meinung...selbst wenn man die Federscheibe zwischen KW und Lager einbaut ...
Der Press(?)sitz (Kw)Lageraußenring zu Motor (Lagersitz) hinten ist ungefähr 4/100mm....presssitz KW und Lager ist im 1/1000mm Bereich....da spielt die Materialparung die große Rolle.
Im 1. fall Stahl -Alu, im 2. Stahl-Stahl.
Der Presssitz Lager zu Gehäuse ist bei weniger als 1-2/100 Pressung schon so gering das das Lager (der Außenring) beim warmen Motor nicht mehr gehalten  (radial!)wird.....soll heissen bei einer pressung von 3-5 /100mm ist es eine axial (nur!) verschiebbare Passung
Rolf

[27-steib]

Moin,

Einspruch, dann wuerde nämlich sich irgendwann der äussere lagerring im Gehäuse drehen, und denn ist vorbei.

Auch bei den Ducatimotoren sin die KW + Getriebelager mit Presssitz im Motorgehäuse, und da dreht und schiebt nix im Gehäuse. Zum Abziehen der Lager muss sogar das Gehäuse angewärmt werden, damit ja nichts vom Gehäusematerial mit rausgezogen wird.

Das Lager sollte nicht schieben im Gehäuse. Die Italiener sind doch nicht etwa die besseren Ingenieure???

Gruesse Jan

[berndr253]

Hallo Rolf,

der Innenring des hinteren Lagers der Antriebswelle (im Geäusedeckel) hat im Bezug auf den Antriebswellenstumpf bestenfalls eine "schlappe" Übergangspassung. Beim Zerlegen des Getriebes merkt man das auch recht eindeutig, denn beim Abnehmen des angewärmten Deckels wird die Antriebswelle mit einem Schonhammer aus dem Innenring geklopft - das Lager bleibt dabei im Deckel. Wäre die Welle-Lagerinnenring-Verbindung eine "Press-" Passung würde sich bei dieser Aktion aufgrund der erhöhten Temperatur und den damit verbundenen unterschiedlichen Ausdehnungen von Lagersitz und Außenring das Lager aus dem Deckel lösen und spätestens am Kickstarterritzel verkanten.
Gerade das passiert aber nicht, denn es ist selbst bei geringfügig erhöhten Temperaturen möglich die Welle aus dem Innenring zu klopfen OHNE das das Lager aus dem Sitz geht.
Klopft man die Welle nicht aus dem Innenring, sondern das ganze Lager aus dem Sitz, wird dann auch die Deckscheibe die auf dem Lager aufliegt verbogen und muss dann ausgewechselt werden (häufiger Fehler bei Demontage).

Ob die Passung der Nebenwelle nun eine feste Übergangspassung oder geringe Presspassung ist ist eigentlich doch ziemlich gleich - die Position des Lagers im Gehäusedeckels ist auf jeden Fall nicht fix sondern in der Lage axialen Einwirkungen "auszuweichen".

Bernd


Nachtrag
@Jan,
wenn die Kurbelwelle einer Ducati in einer beidseitigen FESTEN Einspannung sein sollte wo keines der beiden Lager die Möglichkeit hat Längenänderungen zu kompensieren kanns mit der Ingenieurskunst soweit nicht her sein.
Das glaube ich aber nicht, nur weil man etwas warm machen muss um es demontieren zu können heisst dies ja nicht, dass es ein Festsitz sein muss.

[27-steib]

Moin bernd,

natuerlich nicht, da ist alles lehrbuchmässig als Los und Festlager ausgelegt, beide Lager allerdings fest im Gehäuse, und die Welle darf sich auf einer Seite in Zylinderrollen bewegen.

Desmodromische Grüsse Jan

[rolf]

Moin,

Einspruch, dann wuerde nämlich sich irgendwann der äussere lagerring im Gehäuse drehen, und denn ist vorbei.

Auch bei den Ducatimotoren sin die KW + Getriebelager mit Presssitz im Motorgehäuse, und da dreht und schiebt nix im Gehäuse. Zum Abziehen der Lager muss sogar das Gehäuse angewärmt werden, damit ja nichts vom Gehäusematerial mit rausgezogen wird.

Das Lager sollte nicht schieben im Gehäuse. Die Italiener sind doch nicht etwa die besseren Ingenieure???

Gruesse Jan

Jan,
Ist aber trotzdem so,
das ist der ganz normale Lagersitztod...bei der KW ist es so wie von mir beschrieben...und das das Loslager sich im Lagersitz bei Erwärmung(!!!) verschieben lässt ist Standarmaschinenbau...danach werden die Einbauspiele ausgewählt.
Erst wenn das Einbau (press)spiel immer kleiner wird, fängt das lager an sich im Lagersitz zu drehen (zu können)...und dann ist der o.g. Tod= normale Verschleißgrenze erreicht.

ich weiß nicht wie das bei den Ducatis gelöst ist...ob sie das über (wärme) Spiel KW-Lagerinnenring oder wie bei BMW über Außenring - Lagersitz machen ...egal...bloß weil sie es (eventuell...schon mal nachgenmessen?) anders machen heisst nicht das BMW es genauso so macht.
Ich schätze mal das die Passung Außenring - Lagersitz einfach besser herzustellen ist...man hat mehr Spielraum bei der Passung da der Alusitz sich einfach mehr ausdehnt (wegen material und Durchmesser)als ein Kugellagerinnenring..da muss mal wohl mehr mit 1/1000mm rechnen.


Bernd,
deins muss ich mir nochmal in ruhe durch den Kopf gehen lassen...wobei dein letzter satz mich etwas verwirrt...meinst du nun das der Lagersitz zur Ausdehnungskompensation genommen wird?

Mein Tret bezieht erstmal nur (!) auf die KW...jedenfalls mit den Maßen etc.

wenn die getriebelagersitze nicht für den Längenausgleich herhalten dürfen...wofür denn die x/10mm Spiel?

Rolf

[berndr253]

Rolf,

doch doch, die Sitze im Gehäusedeckel werden für den Ausgleich genommen!
Es kommt eben nur darauf an, dass das Lager axial beweglich ist, wobei es durchaus angezeigt sein kann, dass diese Bedingung der Beweglichkeit erst bei definierten Rahmenbedingungen herrschen müssen, beispielsweise bei höheren Temperaturen. In kaltem Zustand montiert muss dafür dann aber durchaus eine Presspassung gewählt werden müssen.  Die gewählte Passung sagt erst einmal nichts darüber aus, ob es sich hier um ein fixiertes oder um ein nicht fixiertes Lager handelt.

Das und nur das wollte ich in einem Satz ausdrücken, was mir offensichtlich so nicht gelungen ist.

Gruß

Bernd L(octiteFügenNabeWelle) aber nur einseitig!

[† odeon8]

Sind in meinen Überlegungen wesentliche Fehler?
Was spricht ausser dem höheren Preis gegen die Verwendung des Rollenlagers?

Hallo Axel,

das war mal ein wirklich toller und wissenschaftlich untermauerter Themenstart  

Schade daß dieser Thread 1/2 Jahr zu spät kommt - ich hätte Deinen Vorschlag sofort umgesetzt.
Und damit die mikrige Lebensdauer meines /5 Getriebes von 20 auf mindestens 40 Jahre
geschraubt  

Aber im Ernst: Das mit dem besseren Lager habe ich mir auch schon überlegt,
nur ist es so dass ein REINES Rollenlager überhaupt keine axialen Kräfte verträgt -
es müßte da schon ein Kegelrollenlager sein. Die axiale Beanspruchung nach hinten entsteht auch
nur im Schubbetrieb, siehe Schränkungswinkel der beteiligten Zahnräder.

Mir ist das 6203 beim Runterschalten vom 3. in den 2. Gang am Paß kaputt gegangen,
und das obwohl ich ein BMW Getriebe geräuschlos schalten kann  
So wie Du völlig richtig beurteilst: Je kleiner der Gang desto stärker wird das 6203 beansprucht.

Somit wäre an der Stelle ein Kegelrollenlager grundsätzlich besser, wenn nicht das Lagerspiel
mit axialer Bewegung immer unterschiedlich wäre. Das mit der Wärmeausdehnungs-Differenz
hätte ich genau so gerechnet und es stimmt wirklich: Bei warmen Getriebe ist das Axialspiel
deutlich größer als bei kaltem. Ich konnte das bei zu knapper Ausdistanzierung gut beobachten:
Das noch montagewarme Getriebe ließ sich leicht durchdrehen und ging mit zunehmender
Abkühlung immer strenger  

Wenn jetzt mein neues 6203 während der nächsten zwanzig Jahren wieder kaputt geht -
dann sage ich Bescheid . . .  

Thomas

[axel69]

Herzlichen Dank für die vielen Antworten,

ein Trend ist noch nicht ganz zu erkennen, aber ich habe auch nicht nach einer one man one vote Abstimmung gefragt

@Heiko: Die Getriebe werden meist erst nach einem Schaden geöffnet und haben die erste Lebenshälfte  meist ausserhalb der Kontrolle der aktuellen Besitzer verbracht.
Bei meinen defekten Getrieben kannst Du von mindestens 50000 km ausgehen eines hatte ich im Wechsel mit einem 2ten in meiner 69s (Gesamtleistung deutlich jenseits der 200000) Ein 2tes defektes habe ich aus einer Machine mit hoher Laufleistung (nach den Zylinderverschleiß und den Resten des Erstmotors waren hier auch über 100000 auf der Maschine - aber auf mindestens 2Getriebe verteilt).

@Rütz: Die Gänge 1-3 werden bei den Boxern sehr extensiv genutzt, solange spazierengefahren wird.
Im Gespannbetrieb oder Sportmodus kehrt sich das um.
Den Teilen nach zu urteilen war das Doppelschräglager ohne auffälliges Axialspiel, fest auf der Welle und mit Pressitz im Gehäuse. Der Lagersitz im Deckel ist bei einigen Exemplaren bereits von Vorbesitzern mittels Körnerschlägen wieder etwas zusammengestaucht worden, weil er scheinbar keinen Presssitz mehr bot.
Die Spekulation mit dem Hämmern bei Lastwechseln würde ich unterstüzten, wenn beim vorderen Lager Spuren einer Wanderung zu sehen wären.

@Bernd & Jan: Die Ölversorgung werde ich noch einmal überprüfen.
Die Dehnungsdifferenz zwischen Welle und Gehäuse geschieht meineserachtens ohne wesentliches klopfen, sondern eher als statischer axialer Druck. Insofern entspicht es weniger dem optimalen Ausbauszenario. Das Spiel von 2-4/10 ist bei den 5-gang Getrieben der späteren Boxer einem Spiel von max 5/100 gewichen, wenn die Dichtung berücksichtigt wird. Insofern sehe ich es nicht als Spiel für den Längenausgleich, sondern als Sicherheit, dass keine Pressung auf die Lager wirkt - wobei es ohnehin die falsche Richtung beschreibt und nur bei großer Kälte zum tragen kommt.


@Rolf: Ich denke nicht, dass der Aussenring schwimmend gelagert sein soll. Aber da du gerade die Kurbelwellenthematik ansprichst - die hintere KW-Lagerbuchse der Boxer wird recht oft durch mitdrehende Lager beschädigt. Eine rühmliche Ausnahme bildet die 69S, deren Tonnenlager neben der Kipptoleranz ein wesentlich größeres Axialspiel aufweist. Zufall?

@Thomas: Herzlichen Dank für die Himbeeren, ich reiche einen guten Teil an Rütz weiter, er kam erster mit der höheren Belastung in den kleinen Gängen. Ich teile Deine Befürchtung teilweise, sehe es aber etwas optimistischer: Das Zylinderrollenlager soll keine axialen Kräfte aufnehmen, sondern als echtes Loslager eine Verschiebung erlauben. Die axialen Kräfte würden komplett dem vorderen Lager zugemutet.





Wenn ich es bisher zusammenfassen darf:

Wir stimmen großteils überein:
Das Doppelschräglager kann als Festlager (vor allem mit Bernds Loctite Vorschlag) angesehen werden, die hintere Seite als Loslager.

Dann wäre es doch nur konsequent statt des 6203 ein Zylinderrollenlager zu verwenden, das eine freie axiale Verschiebung erlaubt und den Getriebedeckel dabei nicht strapaziert. Oder soll das 6203 auch axiale Kräfte aufnehmen? Wenn ja - würde dafür nicht ein (vielleicht gefederter) Anschlag für die Welle genügen?
Was ist der Worst case mit Rollenlager ohne Anschlag?

Wie Ihr merkt lasse ich einen Gedanken nicht gerne los ;-).




Axel

[berndr253]

Hallo Axel,

ich bin der Ansicht, dass die ,,Lebensdauer" der Getriebe bzw. des defekten Lagers vollkommen in Ordnung ist.
Gut, dass das Getriebe vielleicht noch länger halten könnte ist vielleicht noch realisierbar, wird sich aber auf der theoretischen Ebene kaum abschließend klären lassen. Wenn Du der Ansicht bist, dass hier ein Nadel- bzw. Rollenlager das Lager der Wahl ist montiere es einfach, lass Dich überraschen und wenn es etwas zu berichten gibt setze eine Info im Forum.
Nadel-  bzw. Rollenlager sind allerdings relativ ,,steif" und gegen Winkelabweichungen sensibel. Inwieweit hier die Nebenwelle bei Schaltvorgängen bzw. hohen Lastwechsel verformt wird kann ich nicht einschätzen.
Viel Glück und Spass beim Schrauben

Bernd

PS Kleb das zweireihige Kugellager NICHT mit Loctite ein, dass hält auch ohne! Es gibt übrigens auch vergleichbare Produkte für den halben Preis, aber auch die sollte man nicht nehmen

[† odeon8]

Das Zylinderrollenlager soll keine axialen Kräfte aufnehmen,
sondern als echtes Loslager eine Verschiebung erlauben.
Die axialen Kräfte würden komplett dem vorderen Lager zugemutet.
Dann wäre es doch nur konsequent statt des 6203 ein Zylinderrollenlager zu verwenden,
Was ist der Worst case mit Rollenlager ohne Anschlag?

Hi Axel,

genau so würde ich es machen: Das vordere Doppellager soll dann in BEIDE Richtungen
halten - dazu erfordert es allerdings eine formschlüssige Verriegelung nach hinten.
Mit LOCTITE etc. kleben würde ich da nicht, allein schon wegen der Demontage.

Thomas