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Kopfdichtung (Read 8375 times)
Triwinger
TR1 Board Junior Member
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Posts: 89
Gender: male
Re: Kopfdichtung
Reply #20 - 19.03.23 at 08:05:54
 
Moin zusammen,

oha, dieser Faden ist ja schon arg alt. Aber sehen wir's positiv: Ein Erinnerungsturnus von zwölf Jahren ist bestimmt ganz gut für alte Kopfdichtungen. Wenn also demnächst wieder welche durchpfeifen, dann müssen wir nicht unser Langzeitgedächtnis bemühen, sondern schauen in die hier aufgefrischte Diskussion.

Das Problem der gesetzten ("heruntergerutschten") Laufbuchsen hatte Yamaha ja damals offenbar schon selbst erkannt. Jedenfalls gab es dort mal Distanzringe aus Stahlblech zu kaufen - mit 0,1 und 0,2 mm Stärke, wenn ich mich recht erinnere. (Ich kann bei Bedarf gern nachschauen, denn ich hatte mir mal welche aus Neugier gekauft und in den Vorrat gelegt.) Ein "Ausdistanzieren" mit diesen Zwischenlagen könnte der Yamaha-Werkstatt das Planen des Zylinders ersparen. Da haben die Yamaha-Entwickler also seinerzeit für ihre Werkstätten mitgedacht (schneller Durchlauf ohne externe Arbeitsvergabe beim Motoreninstandsetzer).

Und Sepp hatte bei seinen Dichtungs-Nachfertigungen ja gleich zwei verschiedene Dicken berücksichtigt und Interessenten darauf hingewiesen, daß man erst die Tiefe der Dichtungsnut messen solle, bevor man bei ihm die neuen Dichtungen ordert.

Wie gut also, daß es für alle Aspekte/Härtegrade des Problems mittlerweile schon mehrere Lösungen gibt:

  • Ausdistanzieren mit den "Paßscheiben-Ringen" von Yamaha (0,1/0,2 mm, zur Not gestapelt)
  • Planen des Zylinders, so daß die Kopfdichtung anschließend ohne "Lücke" in ihrer Nut drinsitzt
  • gefühlvolles Nachziehen der Kopfschrauben mit erhöhtem Drehmoment, wie von Ali erfolgreich erprobt
  • liebevoll mundgeklöppelte Kupfer-Spezialdichtungen passender Stärke von Sepp.

Sehr wertvoll war für mich auch der Hinweis von Anja (erst kürzlich hier im Forum) zur Konstruktion der Kopfdichtungen in dem Rahmenkonzept mit mittragendem Motor. Anja wies darauf hin, daß Zylinder und Kopf auf Block kommen müssen, damit der Motor im Fahrwerk eine stabile Verbindung bildet (ohne die Setz-Erscheinungen einer "weichen" Kopfdichtung). Nur dann funktioniert auch der Wärmeübergang zwischen Zylinder und Kopf (Alu auf Alu) wirklich vollflächig. Falls (bei zu "dicker" Kopfdichtung) nach dem Anziehen mit 50 Nm ein "Luftspalt" verbleibt zwischen Zylinder und Kopf, dann wird die Geschichte dort zu warm und pfeift gleich wieder durch. Daher ja auch der Hinweis von Ali, Sepp, Greg und Co., die saubere (spielfreie) Anlage von Zylinder und Kopf zu prüfen und ggf. das Drehmoment "in individueller Abstimmung auf den jeweiligen Patienten" so lange zu erhöhen, bis Alu auf Alu liegt.

Zusammen mit dem "Sepp-Patent" (aufrechter Blechstreifen zur äußeren Armierung gegenüber dem Steuerkettenschacht) sollte sich das Problem durchpfeifender Kopfdichtungen also beherrschen lassen - auch bei den Zylindern der ersten Serie. (Getreu dem alten Schraubermotto: "Ist jetzt besser wie neu!")

Triwinger

 
 

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Kroete
Ex Member



Re: Kopfdichtung
Reply #21 - 19.03.23 at 15:54:34
 
Die Überlegung der Festigkeit bei einem nicht nur mittragenden, sondern sogar ziemlich tragenden Motor hatte ich auch.
Der Zehntel Millimeter dürfte nicht das Problem sein, aber die Verteilung der einzelnen Aufgaben.

Die Dichtung muss kolbennah erfolgen, um da keinen Spalt zu haben. Die Verbindung Zylinder zu Zylinderkopf ist stabiler je weiter die Stehbolzen auseinander sind.

Also feste Verschraubung von Kopf mit Zylinder für Tragfähigkeit und Dichtung innen mit genau bemessener Höhe.
Keine Spielereimöglichkeit mit Verdichtungsveränderung durch nur unterschiedlich dicke Kopfdichtungen.

Bliebe noch der Aspekt der einseitigen Kühlung des Zylinders durch vom Kopf kommendes Öl, das den Schacht runterläuft.
Andererseits isoliert der Schacht den Zylinder vom kühlenden Fahrtwind.

Der Schacht hat aber eine größere Oberfläche, Alu leitet die Wärme, muss man durchrechnen oder messen, ob der Zylinder gleichmäßig warm ist oder eine unterschiedliche Temperatur rundrum hat.

Na ja, vom Vergaser kommt kühle Luft mit Benzinverdunstungskälte, auf der Auspuffseite wirds wärmer sein. Frage ist, wie groß die Temperaturunterschiede sind und wie gut der Aluzylinder diese ausgeglichen bekommt.

Bei zwei Bohrungen von bis 2mm kann man den Wärmetransport durchs Öl wohl vernachlässigen:

Bei einer maximalen Nutzleistung von 50 kW und einem Wirkungsgrad von unter 40% fallen 75 kW Heizleistung an, also 38 Herdplatten auf volle Pulle.

Dürfte für ne gut brummende Pizzeria reichen Wink

 
 
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Ali
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Posts: 1255

Bike: TR 1
Re: Kopfdichtung
Reply #22 - 19.03.23 at 21:59:31
 
Ein wunderbar schwachsinniger Beitrag zum Thema,

 
 

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Kroete
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Re: Kopfdichtung
Reply #23 - 20.03.23 at 06:32:38
 
Und wie würdest Du erklären, warum Kopfdichtungen erst dicht sind und dann durchpfeifen?

 
 
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nanno
TR1 Board Extraterrestrial Member
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Ich mags halt gern
ned ganz so
original...

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Bike: TR1, XT600, SR500-Gespann
Re: Kopfdichtung
Reply #24 - 20.03.23 at 06:54:01
 
Quote from Kroete on 20.03.23 at 06:32:38:
Und wie würdest Du erklären, warum Kopfdichtungen erst dicht sind und dann durchpfeifen?


Meiner Meinung nach gibt es zwei Faktoren, die wir uns hier vor Augen halten müssen: einerseits durchaus die angesprochene Wärmeenergie, die ein Nebenprodukt der Zündung im Zylinder ist, aber vorallem der Druck, dem die Dichtung standhalten muss und die abbrasive Wirkung, die der Gasstrom im Zylinder zusammen mit den Verbrennungsrückständen hat.

Durch den ständig wechselnden Unter- und Überdruck, wird die Dichtung ständig nach innen bzw. außen bewegt und die kleinen Rußteilchen (kann auch anderes sein, aber als Gedankenmodell: ein rußiges Sandkorn), kann sich früher oder später zwischen Kopf und Dichtung reinzwicken. An diesem Punkt kann die Hitze direkt auf einen neuen Bereich der Kopfdichtung wirken und diesen nach und nach schwächen, wodurch hier Platz für das nächste "imaginäre" Rußteilchen ist usw.

Zum Thema Wärmeverteilung im Zylinder: was du in deiner Beschreibung auslässt, ist die Thermoduktilität des Zylinders/Zylinderkopfes an sich, d.h. die entstehende Wärme wird (relativ) gleichmäßig über den gesamten Zylinder verteilt, da die Wärmeleitfähigkeit wesentlich größer ist, als die entstehenden Temperaturunterschiede. (Muss auch, sonst würden wir uns viel mehr über Kolbenfresser und dgl. unterhalten.) Insofern, es ist ein ganz lustiges Gedankenspiel, aber ich bezweifle, dass man nach 30km Fahrtstrecke mehr als 5-10 Grad Unterschied zwischen vorn und hinten und links und rechts messen kann.

LG
Greg

 
 

Frei ist, wer frei denkt!

http://greasygreg.blogspot.co.at/
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Kroete
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Re: Kopfdichtung
Reply #25 - 20.03.23 at 08:03:03
 
Ja, Greg, was Du beschreibst, ist der zweite Vorgang.

Dem voraus geht eine nachlassende Elastizität und damit Vorspannung der Dichtung:

Der Zylinder ist aus Alu, die Dichtung aus Stahl?
Habe noch nie eine gesehen, deshalb weiß ichs nicht.

Die Höhe des Raumes, der von der Dichtung auszufüllen ist, verändert seine Höhe mit der Temperaturausdehnung des Aluminiums.
Die Dichtung wird auch warm, hat aber nur den Temperaturausdehnungskoeffizienten von Stahl.

Somit sollte eine Dichtung bei kaltem Motor noch besser dichten als bei warmem.
Eine sich verabschiedende Dichtung wird sich also bei heißem Motor zuerst bemerkbar machen.

Die Längenausdehnungskoeffizienten sind von Eisen 11,8 und von Aluminium 23,1. Es ergibt sich als Differenz 11,3.
Bei einer angenommenen Höhe von 3mm (?) der Dichtung und einem Temperaturunterschied von 20°C zu 120°C also 100° ergibt sich für die Dichtung ein
Höhenunterschied von 11,3 x 3 x 100 = 3,39µm. Oder 1,13 ‰ (Promille).

Macht die Dichtung diese Höhenänderung nicht mehr so gut elastisch mit, sinkt die Vorspannung der Dichtung und somit deren Belastbarkeit.
Und das macht sie dann anfälliger für die Brennraumdrücke.

Also letztendlich Materialermüdung.

Je wärmer die Zylinder sind, um so weniger gut dichtet die Dichtung. Selbst eine neue schon – aufgrund der Temperaturausdehnung.

Einer ermüdeten Dichtung könnte man also mit einer Unterlage von 3µm schon zu einem weiteren Leben verhelfen.
0,1 mm oder 100µm als Ausgleich sind im Vergleich dazu viel und dürften ihre Begründung dann wirklich in nicht korrekter Produktion bzw. vorausgegangener Berechnung haben.

 
 
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ernie8
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Bike: TR1 beinahe original, RD 250
Re: Kopfdichtung
Reply #26 - 20.03.23 at 10:05:47
 
also die Dichtung ist ein Hohlprofil aus Stahl, Materialstärke irgendwo bei geschätzten 0,2mm, und gefüllt mit einem nicht genau zu definierendem künstlichem Material, kein Metall. (Ich wollte die gute Dichtung nicht zerstören). Dicke der unbenutzten Dichtung ist 2mm. Durch die Füllung in Verbindung mit der Form der Hülle ist die Elastizität sicherlich deutlich über dem Temperaturausdehnungskoeffizienten von Stahl anzusetzen.

Jürgen

 
 

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Kroete
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Re: Kopfdichtung
Reply #27 - 20.03.23 at 14:12:35
 
Das hört sich ja gut an. Und diese Dichtung ist dann auch immer dicht?

 
 
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Dirk
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www.t4-tr1.de

Posts: 300
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Bike: TR1. 1981 schwarz, 1995 mit 65.000 km gekauft
Re: Kopfdichtung
Reply #28 - 21.03.23 at 07:12:47
 
Moin zusammen,

die Kopfdichtungen sind aus gewickeltem Wellblech, gefüllt mit asbestartigem Fasermaterial, siehe Foto.
Die ersten Zylinder hatten keinen festen Steg zum Kettenschacht, den hat der vernünftige Schraubär mit einem Blechstreifen ersetzt.
Haben die TR1.2 seinerzeit bei Sepp erstanden, dann Jahre später mal aufgemacht, der Blechsteg war schon drin.
So hält das jetzt seit ca. 80.000 Kilometern.

Meine TR1.1 hat schon die Zylinder mit Steg und die Dichtungen sind seit 130.000 km drin und dicht.

Gruß vom Dirk

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TR1.1 - Bj 1981 - 225.000 km,
TR1.2 - Bj 1981 - 100.000 km,
R1200GS - Bj 2008 - 90.000 km
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Kroete
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Re: Kopfdichtung
Reply #29 - 21.03.23 at 16:25:33
 
Schön hochaufgelöste Fotos!

Eine völlig andere Art der Dichtung wie von Jürgen (ernie8) beschrieben. Und der fehlende Steg fällt ja mit der Quetschkante zusammen.
Vor der Zündung sollte da ein höherer Druck herrschen als im Restbrennraum, ab der Zündung ein etwas geringerer Druck als im Restbrennraum.

Interessant ist die dort fehlende Kohlenstoffablagerung.

Zwei Deutungsmöglichkeiten:
a) Wegen dort nicht stattfindender Verbrennung auch keine Verbrennungsablagerungen oder
b) wegen der Quetschkante doch höhere Temperaturen, die die Rückstände haben verbrennen lassen?
Eigentlich müsste es a) sein, weil b) würde bedeuten unkontrollierte Selbstzündung. Für einen Diesel ok, für einen Benziner zu vermeiden.

Oder vielleicht noch c) Auswaschung durch frisches Benzingemisch?

 
 
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