Die kleine Ratsche mit 10er Nuss her und schnell ist der Deckel der Schwinge abgenommen. Seltsam: etwas ist hier überraschend anders als in den von mir geöffneten Schwingen der letzten dreissig Jahre Schrauberei. Aah, das ÖL! Ich sehe sauberes Öl, pures, goldgelbes Öl! Auch der Innenraum ist sauber wie beim Zusammenbau des Motors vor etwa 2 Jahren. Am Magneten der Ablasschraube hängen nur kleinste Stahlpartikel vom Einfahrbetrieb der neuen Räder- und Kettenbestückung.
Das fängt ja gut an, denke ich.
Hatte ich bisher Schwingen geöffnet, war das Öl darin oft zu brauner Brühe mutiert, hin und wieder auch mit Wasser emulgiert, sehr oft auch in zu kleinen Mengen enthalten, manchmal lecker wie dünner Kuchensirup heraustropfend.
Ich habe meinen Testmotor vor mir. In ihm stecken zwei Materialversuche. Der 1. Versuch betrifft den von der Firma "Berolina-Metallspritztechnik" (Metallspritzen bei Berolina Metallspritztechnik Wesnigk GmbH) aufgespritzen Kurbelwellenlagersitz auf der Lima-Seite im Motorblock. Diese Reparatur hat sich bewährt. Ich erinnere an meinen Bericht zu diesem Thema, in dem ich schreibe, dass dieser Lagersitz auch bei einer Gehäuse- und Lagertemperatur von 90 °C das C-3 Lager noch "festhalten" muss.
Diesen reparierten Lagersitz habe ich nun, nach ca. 4000 km Dampf-Fahrt, mit 61,971 mm bei 20°C ausgemessen. Er hat sich vom Neumaß um ca. +0,001 mm verändert (Oberflächenverdichtung) und somit gute Standfestigkeit gezeigt. Dieses Maß liegt noch in dem angegebenen Toleranzfeld "P-6" der Heinkel Konstruktionszeichnungen.
Das Lager löst sich erst aus dem Sitz bei einer gemeinsamen Temperatur von ca. 110 °C. Es ist an der Aufspritzung weder Kriech- oder Fliessneigung zu erkennen, noch ist Material ausgebrochen, noch hat es sich vom Untergrund gelöst. Bei defekten Lagersitzen dieser Art würde ich den gleichen Weg wieder gehen.
Der 2. Versuch kümmert sich um die Materialpaarung Stahl/Bronze der Schwingenlagerung. Das Zusammenspiel der Originalteile zeigt meinem Verständnis nach keine befriedigende Lebensdauer dieser Einheit. Bei sämtlichen (!) zerlegten, bzw. zu überholenden Motoren finde ich eine stark verschlissene oder fast defekte Lagerung der HR-Schwinge vor.
Da die Konstruktion als solche nicht ohne Weiteres änderbar ist, musste an eine andere Materialpaarung gedacht werden.
Die frühzeitige Zerstörung dieser Lagerpaarung ist bedingt durch das recht erhebliche Kippmoment, welches das Hinterrad über die Schwinge, über die besagten Gleitlager, in den Motor einleitet. Die daraus resultierende hohe Kantenpressung, das Ende vieler Gleitlager, ist der Auslöser des sog. "Fressens" zwischen Stahl- und Bronzefläche (s. https://de.wikipedia.org/wiki/Fressen_(Technik). Der Schmierfilm wird hier einfach verdrängt, weggepresst.
Der Bronzeabrieb des rechten Lagers wird das Schwingenöl dunkel färben und der Stahlabrieb lässt Kette, Kettenräder und auch die Rillenkugellager vorzeitig verschleissen. Das linke Lager gehört zum Motorinnenraum und entsendet seine Leckereien direkt in das Motorenöl. Genau jene benötigen wir aber gerade dort nicht. Dieser Abrieb wandert hier durch das Rillenkugellager 6005, um sich dann genüsslich über alle anderen Lagerflächen herzumachen! Grausam, nicht?
Wohl dem, der noch einen kräftigen Magneten an beiden Ablass-Stopfen hat. Magnete zum Einfangen von Bronzepartikeln müssen noch erfunden werden.
Darüberhinaus wird eine defekte Schwingenlagergeometrie negative Rückwirkungen auf das Getriebe und die dortigen Lagerungen nach sich ziehen. Eine sehr unangenehme Sache ist z. B. ein ausgenüdelter Lagersitz des Rillenkugellagers 6005 der Abtriebswelle, sehr oft verbunden mit einem völlig kariösen Kugellager an dieser Stelle.
Da ich auch noch ein richtiges Leben neben "Heinkel" habe, konnte ich dieses Schwingenthema leider erst jetzt aufspiessen. Von der GmbH besorgte ich mir die beiden Stahlhülsen (33 & 36 der Tafel 9) aus der neuesten Fertigung. Sie sind wirklich rund, relativ hart und zeigen schon eine brauchbare Rauheit an der Lauffläche. Für meine Zwecke poliere ich sie noch etwas nach.
Der Begriff "Plastik" ist in der Überschrift bewusst provokativ eingebaut, er war lange Zeit negativ besetzt, heute offenbar wieder oder immer noch. Moderne Zweiräder werden immer noch gerne als "Joghurtbecher" bespöttelt.
Ab den frühen 1960er Jahren startete die Erfolgsgeschichte der, nun nicht mehr Plastik genannten, sog. Technischen Kunststoffe. Die Zurückhaltung der Anwender wurde immer kleiner, die Kunststoffe immer besser und vielfältiger.
Auch ich hatte beruflich mit hochfidelen Technischen Kunststoffen zu tun und war immer wieder verblüfft, was dieses Zeugs so alles konnte...., wenn, ja wenn die Bedingungen rundherum stimmten. Denn fast jeder techn. Kunststoff hatte nun seinen ganz spezifischen Einsatzbereich. Es liesse sich auch sagen, für jeden Einsatzbereich wurde ein passender Kunststoff entwickelt.
Mir war schon länger klar, dass das Material PEEK ("Polyetheretherketon", ein teilkristalliner, thermoplastischer Kunststoff) in den Schwingenlagerversuchen meine erste Wahl sein würde. Es ist ein ganz erstaunliches Material, auch im Preis. PEEK wird in verschiedenen Qualitäten geliefert, so z. B. mit Glasanteil, oder Graphit- oder Kohleanteil. Ich verwende hier PEEK-natur, da ein Glasanteil z.B. den Gegenlaufpartner in diesem Fall vermutlich beschädigen würde.
Intuition war es wohl, die mich dazu bewegt hatte, gewisse ausgebaute, ersetzte Teile aufzubewahren. (...iss Originool, kannste doch nich wechschmieten...) So konnte ich mir, zwar ausgelaufene, aber sonst maßlich intakte Bronzebuchsen innen auf ca. 43,0 mm ausdrehen -vorn mit einer kleinen Fase versehen- nicht ohne am Ende einen Bund von etwa 1,5 mm zu belassen.
Die PEEK-Buchse bekommt einen Aussendurchmesser von ca. 43,10 mm, der Innendurchmesser wird vorläufig auf etwa 39,7 mm gebracht. Mit einem extra gefertigten und passgenauen Alu-Stempel wird die Buchse mit einer hydraulischen Presse gegen den Bronzebund eingedrückt.
Beide Fügeflächen hatte ich vorher mit Aceton entfettet. Nun wieder zur Drehbank und den Innendurchmesser passend zum Stahlneuteil feingedreht sowie die Buchsenlänge dem Bronzeträger angepasst, abschliessend mit 600er Leinen nachpoliert. Die Lagerluft zwischen beiden Teilen - vor dem Einpressen in das Motorgehäuse - liegt bei 0,05 mm. Sie ist auch deshalb klein gehalten, um bei Belastung / Betrieb eine möglichst grosse Lagerfläche zur Verfügung zu haben, die Lastverteilung also zu optimieren.
Die PEEK Wandstärke liegt hier bei 1,5 mm; bei weiteren Versuchen würde ich wahrscheinlich eine Wandstärke von 1,1 bis 1,3 mm versuchen. Damit wäre eine bessere verbleibende Stabilität des Bronzeträgers gewährleistet.
PEEK hat sehr gute Gleiteigenschaften bei gleichzeitig hoher möglicher Flächenpressung. Das Öl in der Schwinge (und Motor) verbessert diesen Gleitindex nochmals. Fett wird hier nicht mehr benötigt.
Und? Hat’s geklappt?
Fazit: Obwohl der Motor bzw. die Schwinge, besonders auf der Loreley-Tour 2018, hart rangenommen wurde, kann ich an den nun ausgebauten und ölbefreiten Teilen kein erhöhtes Spiel feststellen. Seit Einbau wurden ca. 4000 km mit ihnen abgespult. Nur beide Stahlhülsen zeigen leichte Reibespuren bzw. hochpolierte Stellen, dem Kippmoment entsprechend auf der linken Hülse "oben-aussen" und auf der rechten Hülse "unten-aussen". An den eingepressten PEEK-Buchsen ließ sich die Tortur weder maßlich nachweisen, noch waren wirkliche Beschädigungen zu erkennen.
Die tatsächliche bzw. hauptsächliche Lauffläche zeigte am PEEK nur einen mehr oder weniger polierten Charakter. (Mundwinkel oben!) Dies war für meine Begriffe ein erfolgreicher Versuch, welcher das Schwingenlagerproblem beheben kann und sogar auf die Innereien der Schwinge sowie die des Motors eine freundliche und lebensverlängernde Wirkung zeigen wird.
Die Menge Stahlabrieb am Magneten im Kurbelgehäuse war beim Öffnen dieses Motors (Öl hatte 2000 km) denn auch recht gering, geringer als jeweils zuvor.
Während der Überlegungen zu diesem Thema fiel mir ein, dass beim Einbau neuer Schwingenlager diese immer wieder gerne mit Kugellagerfett "satt" eingesetzt werden. Das rechte Schwingenlager bekommt im Betrieb auch etwas vom Ölinhalt der Schwinge ab. Hier kann sich das Fett gerne innerhalb derselben verteilen.
Das linke Schwingenlager jedoch ist vom Schwingeninnenraum getrennt und wird vom Motorenöl versorgt. Sagt man jedenfalls. Verwende ich z.B., weil ich ja nur "das Beste" will, an dieser Seite das gute Lithium-Seifenfett, dann gelangen Teile davon auch in die Kupplung, also auf die Lamellenflächen. Quasi ein seifiges Additiv! Muss ich fortfahren?
Nun bietet der Markt selbstverständlich auch fertige zylindrische Kunststoffbuchsen, welche ggfs. im Aussendurchmesser sowie in der Länge abzuändern wären; so z.B. im Material „Moldflon MF.10005“ oder „MF.40002“ von der Fa. Elring-Klinger.
Diese Buchsen werden u.a. auch mit ca. 40 mm Innenmaß geliefert, müssen jedoch in ein Untermaß von -0,2 mm eingepresst werden. Dabei kommen mir Zweifel an dem Erreichen eines für uns guten Lagerspiels. Hinzu kommt, dass der Aufnahmekörper - die nun in der Stärke geschwächte Bronzebuchse - sich evtl. verformen würde.
Einen Versuch wert sind ebenfalls die sog. "DU-Buchsen". Es sind Metall-Polymer Gleitlager, meist mit Stahlrücken, Sinterbronze, PTFE und Blei. Die "DU-Buchsen" haben bei einem 40 mm Innendurchmesser zumeist eine Wandstärke von 2 mm. Hier taucht also das gleiche Problem wie o.a. auf.
Beide o.g. Buchsentypen werden im Innenmaß belassen, sollen, bzw. dürfen also nicht ausgedreht werden.
Die Firma "Igus", eine Größe auf dem Kunststoffgleitlagermarkt, bietet ebenfalls evtl. im Innendurchmesser passende Buchsen an. Hier wäre dann auch immer im Aussendurchmesser und in der Länge nachzuarbeiten. Da deren Material „Q.2“ sowie „P.210“ sich für unsere Zwecke eignen könnte, habe ich davon bereits je zwei Stück vorliegen. Sie sind rel. preiswert.
Betr: O-Ringe der Schwingenlager, seit längerer Zeit schon setze ich hier sog. Silicon-O-Ringe mit einem Maß von 40,5 x 3,5 mm und 50° Shorehärte aus dem Material "Si-850" ein und bestreiche sie vorher sehr dünn mit mittelviskosem Siliconfett. Sie setzen beim Zusammenbau des Motors dem Zusammenpressen der Gehäuseteile nicht so eine enorme Kraft entgegen und sie härten nicht aus, wie es NBR-O-Ringe mit der Zeit an sich haben.
Betr: Stahl-Gegenlaufpartner, Die Oberflächenrauheit dieser Lagerflächen sollte kleiner als 0,7 μm sein, besser aber bei 0,3 bis 0,4 µm liegen. Dies ist optimal im Zusammenspiel mit Technischen (Gleit-) Kunststoffen.
Testpilot gesucht. Sollten sich "da draußen" experimentierfreudige Heinkelfreunde und Heinkelschrauber tummeln, denen die Schwingenlagerung ebenfalls schon Kopfschmerzen bereitete und bisher keine Lösung fanden, bin ich gern bereit - nur zu Versuchszwecken und mit erbetenem ausführlichem Ergebnisbericht - einen von ihnen bereitgestellten Lagersatz mit Kunststoffbuchsen auszustatten.
Dies kann zum Selbstkostenpreis geschehen und enthält keinerlei Gewähr bei z.B. einem Misslingen des Experiments, auch keine Übernahme von Folgeschäden desselben. Deshalb schrieb ich Testpilot. Allerdings werden mindestens 5000 km Strecke - schlechte Strassen bevorzugt, solche sind heute Gottseidank nicht mehr so sehr schwierig zu finden - bis zur Sichtung benötigt.
Danach muss zur Kontrolle ggfs. der gesamte Motor zerlegt werden. Die linke Bronzebuchse lässt sich ohne schräge Tricks ansonsten nicht herausholen, bzw. auch nicht wieder technisch sauber hineinbekommen.
Die Stahlhülsen mit dem Flansch müssen für diese Umbauaktion immer Neuteile von der GmbH sein. Sie sind noch wirklich rund und die Gleitfläche ist gut geschliffen. Ein Nachpolieren schadet nicht.
Und es wird noch verrückter. Da das PEEK Material bis gut 250 °C einsetzbar ist, ohne Verlust der guten Eigenschaften, habe ich bereits zwei Kipphebel mit einer langen Buchse aus diesem Kunststoff (ohne Glasanteil) bereitliegen für meinen bald wiederaufgebauten Testmotor. Ich finde es nämlich erstaunlich, wie flott hier i.A. die gehärteten (wie hart?) Kipphebelachsen, in Verbindung mit den Bronzebuchsen, verschleissen. Sicher ist die anfängliche Mangelschmierung nach dem Motor-Kaltstart ein Grund dafür.
Die Tropfnasen im Zylinderkopfdeckel sind nicht aus Jux und Dollerei angebracht worden.
Mindestens im gleichen Maße spielt aber eine Rolle, dass auch hier ebenfalls nur leichte Schwenkbewegungen mit einer recht hohen und periodischen Flächenpressung stattfinden.
Die Buxen sind im Bereich des Ölfensters per Hand ausgefräst. Zusätzlich wurde mittig im Innendurchmesser eine 0,6 mm tiefe Nut eingedreht. So erhält das Öl eine Chance, sich von dort beidseitig zu verteilen. Diese Buchsen wurden mit 0,06 mm Übermass eingepresst und der auf 9,8 mm vorgebohrte Innendurchmesser zuletzt mit einer verstellbaren Handreibahle auf Maß gebracht, so dass die neuen Kipphebelachsen schmatzend durchgeschoben werden konnten. Das 3. Testobjekt in diesem Motor.
Dieser Versuch wird eine gewisse mechanische Dämpfung innerhalb des Ventilantriebs, also zwischen Nockenwelle, Schlepphebel, Stösselstange, Kipphebel, Ventilschaft sowie Ventilsitz, mit sich bringen. Ich lass mich überraschen!
Meine weinrote Luzi ist ein A-2 mit Vorderradschwinge. In dieser Konstruktion habe ich ähnliche Probleme entdecken müssen. Anstelle der Bronzebuchsen wären beispielsweise ‚DU-Buchsen’ angesagt, wenn nicht eine massive PEEK-Buchse verwendet werden soll.
Dieser Bereich hat nun aber sehr stark mit unserer und der Fahrsicherheit Anderer zu tun, deshalb kann und werde ich hier auch nur ‚drüber nachdenken’ und keine Empfehlung aussprechen.
Unser Tachoantrieb kann ein weiteres Einsatzgebiet für eine Reparatur mit einem guten Technischen Kunststoff darstellen. Die Lagerung des großen Schneckenrades als auch beide kleinen Buchsen der Schnecke selber lassen sich leicht in PEEK herstellen.
Ja, geht's noch? Klar doch, ich glaube schon.
Ja, ich denke, dass sogar das geteilte Nadellager im Getriebe sich durch eine (geteilte) PEEK-Buchse ersetzen liesse. Die Flächenpressung eines Nadellagers mit den kleinen Nadeldurchmessern, hier 2 mm, bringt erhebliche Druckkräfte auf eine sehr kleine Berührungsfläche. Diese Kraft kann eine gut passende Kunststoffbuchse immerhin besser verteilen. Außerdem könnte endlich das sehr individuelle "Spiel der 60 Jahre" zwischen Welle und Rad mit der darauf maßlich speziell abgestimmten Buchse ausgeglichen und somit dem ‚Betriebe im Getriebe’ etwas Genüge getan werden.
Nichts läuft ohne Verschleiss, ohne Verlustwärme usw. Mir ist klar, dass die Lebensdauer von guten Kunststofflagern, auch unter den besten Bedingungen, endlich ist. Aber eine, meinem Urteil nach, gute Alternative zur hergebrachten Materialpaarung Bronze / Stahl an dieser Stelle vorstellen zu können und mit Erfolg getestet zu haben, das war mir der Aufwand wert.
Auf das, was heute offenbar unabdingbar ist, muss ich noch hinweisen: Dieser Bericht gibt meine ganz persönlichen Erfahrungen wieder und ist nicht explizit darauf angelegt, zum Nachahmen zu animieren. Will sagen, das etwaige Folgeschäden anderer, entstanden durch meine Berichte, mir in keinem Falle anzulasten sind.
Mein aufrichtiger Dank und Anerkennung geht an die Leser und Interessierte, die es tatsächlich geschafft haben, meine Überlegungen bis hierhin zu begleiten.
"In der Kürze liegt die Würze" ist eine alte und gute Weisheit. Aber, wie -um Heinkel’s Willen- sollen dann die Einzelheiten derart explizit an den Mann kommen? Also: seid gnädig...!
Allen Heinkelfreunden immer eine gute und, in jeder Beziehung, reibungs-und verschleissarme Fahrt.
Klaus (HCD-3072)
Appdäiht: heute wird mir ein Stück 25 mm PEEK-natur Rundmaterial geliefert. Dieser Motor bekommt also sein 4.Testobjekt.
