Eine physikalische Unmöglichkeit, o. ein schlechter Witz ;)

[lederkombi]

Hier noch das Zitat aus meinem Dubbel (Springer Verlag), Taschenbuch für den Maschinenbau Nr.23 / Seite P53:

Ventilbewegung:
"Anzustreben ist ein füliger Nocken (großer Hub schon bei kleiner Nockendrehung) bei Beschleunigungen unter 100 g."

-> 100g! Nicht wie bei BMW 4100g.


Aber gut, Morgen kommt der Entwicklungschef von KTM und erklärt, deren Ventile würden doch deutlich höhere Beschleunigungen wie BMW aushalten, nämlich 80'000 m/s^2, nur weil das Ventil im Nano-Zeitbereich tatsächlich diese Beschleunigung erfährt. Wer mit dem Hammer auf einen Amboss schlägt, der hat übrigens im selben Zeitbereich ebenfalls eine ähnlich hohe Beschleunigung.

Dann muss man auch noch bedenken, dass der Journi schreibt und nicht BMW selbst.

Und dann kommt noch Ducati und zeigt allen wo die wahren Könner stecken: Mit einer Desmodromik werden nämlich sogar beinahe rechteckige Kurven erreicht und da liegt dann die Beschleunigung in für mit Federn verzögerte Ventile unerreichbaren Dimensionen.

 

[Serpel]

Ehe wir hier weiter machen - du bist immer noch die Herleitung für diese Formel hier schuldig:

Umgeformt gibt das: a = s / t^2

(Wo doch jeder weiß, dass es a = 2s / t^2 heißen muss.)

Jetzt kannst du zeigen, was du kannst!

Gruß
Serpel

 

[Rotax562]

ich habe mir nicht alles genau durchgelesen, aber die Diskussion ist doch recht vereinfacht ....
- konstante Geschwindigkeiten
- konstante Beschleunigungen
- ....

das was ich jetzt (aus der Erinnerung) schreibe kann man in jedem TM-Buch oder Wikipedia nachlesen (sorry, aber die Formeleditorfunktionen im Forum sind nicht gerade perfekt, also Formal ist das geschriebene auch nicht perfekt)

der Weg s ist eine Funktion der Zeit

s = f(t)

die Ableitung von s nach der Zeit ergibt die Geschwindigkeit v

v = ds/dt

die kann man auch Ausdrücken als Betrag der Geschwindigkeit vb (Skalar) und Richtung tr (Vektor)

v = vb*tr

die Beschleunigung a ist ist die Ableitung der Geschwindigkeit nach der Zeit

a = dv/dt = dvb/dt + dtr/dt

dvb/dt -> Tangentialbeschleunigung
dtr/dt -> Normalbeschleunigung -> daraus ergibt sich z.B. die Zentrifugalkraft

was bisher noch nicht erwähnt wurde ist der Ruck (engl. ....), das ist die Ableitung der Beschleunigung also

j = da/dt

Erinnert man sich jetzt so an die 8-10 Klasse an die sogenannte Kurvendiskussion, ergibt sich die max. bzw. min. Beschleunigung bei j=0

das Ganze bisher setzte vorraus das die Winkelgeschwindigkeit der Nockenwelle konstant ist, nimmt man jetzt an das die z.B. auch noch beschleunigt wird .... viel Spass bei der Berechnung ....


jetzt noch zu diesen Werte der Beschleunigung, hier ein einfaches Beispiel wie man z.B. auf extreme Werte kommt
1, das Profile der Nockenwelle setzt sich aus Geraden und Kreisbögen zusammen (was schon nicht realistisch ist)
2. das Ventile berührt immer die Nockenwelle (also kein "Kontaktverlust")
3. die Nockenwelle wird nicht beschleunigt (vereinfacht das Ganze)

-> bei einer Kontur ist die Ableitung der Tangente (2. Ableitung) proportional zur Normalbeschleunigung
-> bei einer Gerade ist die 2. Ableitung =0
-> bei einem Kreisbogen ist die Ableitung !=0

daraus folgt am Übergang zwischen Gerade und Kreisbogen findet ein Beschleunigungsprung statt, den ein reales mechnanisches System ohne Abweichung nicht erzeugen kann.

Lange Rede kurzer Sinn, solange man die Kontur der Nockenwelle nicht kennt und die zugrunde gelegten Annahmen ist eine Diskussion über Beschleunigungen die theoretisch z.B. im picosenkunden Bereich Auftreten für mich nicht zielführend.

Beispiel:
konstante Beschleunigung 100 000 m/(s*s)
Beschleunigungszeit 1E-12s
Geschwindigkeitsänderung 1E-07m/s




Viel Spass und Erfolg bei der weiteren Diskussion

 

[Serpel]

Die Ableitung der Geschwindigkeitsfunktion ist falsch.

die kann man auch Ausdrücken als Betrag der Geschwindigkeit vb (Skalar) und Richtung tr (Vektor)

v = vb*tr

die Beschleunigung a ist ist die Ableitung der Geschwindigkeit nach der Zeit

a = dv/dt = dvb/dt*tr + vb*dtr/dt

dvb/dt -> Tangentialbeschleunigung
vb*|dtr/dt| -> Normalbeschleunigung -> daraus ergibt sich z.B. die Zentrifugalkraft

Gruß
Serpel

 

[lederkombi]

(Wo doch jeder weiß, dass es a = 2s / t^2 heißen muss.)
Serpel

Jeder? Du behauptest das, nicht jeder.

 

[Serpel]

Es ist ganz einfach physikalisches Basiswissen. Jeder, der von Physik auch nur ein bisschen Ahnung hat, weiß das. Und wer’s nicht weiß, kann’s ganz einfach herleiten:

Im Fall konstanter Beschleunigung impliziert v'=a v=at (für v0=0). Wegen s'=v folgt s=1/2at^2 (für s0=0). Nach a aufgelöst bekommst du a=2s/t^2 (und eben nicht a=s/t^2).

Dein Fehler liegt eben darin, dass du für die Herleitung von v=s/t ausgehst, was aber nur im Fall a=0 gilt. Hab ich dir aber bereits geschrieben.

Gruß
Serpel

 

[lederkombi]

Es ist ganz einfach physikalisches Basiswissen. Jeder, der von Physik auch nur ein bisschen Ahnung hat, weiß das. Und wer’s nicht weiß, kann’s ganz einfach herleiten:

Im Fall konstanter Beschleunigung impliziert v'=a v=at (für v0=0). Wegen s'=v folgt s=1/2at^2 (für s0=0). Nach a aufgelöst bekommst du a=2s/t^2 (und eben nicht a=s/t^2).

Dein Fehler liegt eben darin, dass du für die Herleitung von v=s/t ausgehst, was aber nur im Fall a=0 gilt. Hab ich dir aber bereits geschrieben.

Gruß
Serpel

Ich finde es äusserst elegant, wie Du eine Komplexität, welche man allenfall in Matlab lösen kann (bei genauer Kenntnis der Nockenform), hier in einem Einzeiler verpackst. Ansonsten verweise ich gerne auf Beitrag #43 von Rotax.

Tatsache ist, dass wir das Ventil betrachten und es aufgrund der Kurvenform des Nockens zu veränderlichen Beschleunigungen kommt. Tatsache ist ebenso, dass die höchsten Beschleunigungen zu Beginn der Bewegung erfolgen (und da ist die Geschwindigkeit tatsächlich 0!), dies weil man möglichst rasch die Brennkammer füllen/entleeren will und dazu nicht unendlich viel Zeit hat. Das theoretisch Ideale wäre eine digitale auf/zu-Abfolge, ohne jegliche Verzögerung, dies ist jedoch real nicht machbar.
Normalerweise bewegt sich ein Ventil zudem geradlinig (#gleichförmig!), die Berechnung der Beschleunigung zu einem gegebenen Zeitpunkt t ist jedoch aufgrund der Nockenkurve absolut nicht trivial (und auch für Dich, es sei denn, Du hast die Nocke konstruiert und daher Kenntnisse, welche wir hier nicht haben?).

Ich bleibe dabei, die Angabe von 40'000m/s^2 ist Bullshit. Aber Du darfst Dich gerne an dieser Zahl ergötzen (Du fährst ja auch eine S1000RR). Die wirklich einzig brauchbare Information daraus ist: die BMW hat eine ziemlich scharfe Nockenwelle.

 

[Serpel]

Du erzählst immer wieder den gleichen Bullshit. Und wenn man dir deine Fehler konkret vorrechnet, weichst du aus.

So kommen wir nicht weiter.

Gruß
Serpel

 

[Doug Piranha]

(...)

So kommen wir nicht weiter.

Gruß
Serpel

Einfach mal A.Merkel fragen?
Die hat doch auch Physik studiert.

 

[Uli G.]

Wer sich ernsthaft mit der Problematik von Ventilsteuerungen, ~beschleunigungen etc. beschäftigen will, beschafft sich den

"Bensinger"

Ist zwar -in der Originalausgabe- von 1955, nichtsdestotrotz auch heute noch DAS! Standardwerk für Betrachtungen/Berechnungen zu Ventiltrieben.

@Jacob
Wie ich anhand der MV 1000er F4 vorgerechnet habe (zum Teil ohne Rechengang und ohne Nennung der Maßeinheiten , im Kopf, wie das so Uzo ist), liegen Beschleunigungen im von Motorrad angebenen Bereich nicht außerhalb der physikalischen Möglichkeiten. Immerhin ergibt sich auch bei diesem Fzg. bereits eine Ventilbeschleunigung von ca. 23000m/s², mehr als die Hälfte des in "Motorrad" genannten Wertes. Im übrigen tritt diese Beschleunigung auch nicht etwa beim ersten Kontakt zwischen Nocke und Kipp-/Schlepphebel/Stößel o.ä.auf, sondern tats. erst beim Beschleunigen des Ventiles/Ventiltriebes auf der Nockenflanke. S.u. (Bild aus Ladungswechsel_Gemischaufbereitung)

Grüße
Uli

 

[Uli G.]

@Rotax562

Du schreibst


" jetzt noch zu diesen Werte der Beschleunigung, hier ein einfaches Beispiel wie man z.B. auf extreme Werte kommt
1, das Profile der Nockenwelle setzt sich aus Geraden und Kreisbögen zusammen (was schon nicht realistisch ist)
2. das Ventile berührt immer die Nockenwelle (also kein "Kontaktverlust")
3. die Nockenwelle wird nicht beschleunigt (vereinfacht das Ganze)"

Zu 1.:
Tangentennocken, aus Kreisbögen und Geraden zusammengesetzt, sind keinesfalls "unrealistisch"!
Sowas hat man gebaut und eingesetzt, mangels anderer Möglichkeiten und Kenntnisse.

Zu 2.:
"die Ventile -"der Ventiltrieb"- berühren immer die Nockenwelle" ist bei gut funktionierenden, hydraulischen Stößeln praktisch gegeben, es gibt kein Spiel.

Zu 3.:


Jo mei

Extremwerte der Beschleunigung werden aber nicht unbedingt nur dadurch generiert, die ergeben sich von ganz allein. Nämlich dann, wenn die Nocken/Stößel -das Nockenprofil/die abnehmende Einheit- nicht optimal konstruiert wurden, durch falsche Einstellparameter (zuuu großes Ventilspiel, was einen "Ruck" ergibt), usf.

Grüße
Uli

 

[Rotax562]

Zu 1.:
Tangentennocken, aus Kreisbögen und Geraden zusammengesetzt, sind keinesfalls "unrealistisch"!
Sowas hat man gebaut und eingesetzt, mangels anderer Möglichkeiten und Kenntnisse.

Zu 2.:
"die Ventile -"der Ventiltrieb"- berühren immer die Nockenwelle" ist bei gut funktionierenden, hydraulischen Stößeln praktisch gegeben, es gibt kein Spiel.

Zu 3.:


Jo mei

Extremwerte der Beschleunigung werden aber nicht unbedingt nur dadurch generiert, die ergeben sich von ganz allein. Nämlich dann, wenn die Nocken/Stößel -das Nockenprofil/die abnehmende Einheit- nicht optimal konstruiert wurden, durch falsche Einstellparameter (zuuu großes Ventilspiel, was einen "Ruck" ergibt), usf.

Grüße
Uli

zu 1. o-k- ich hätte genauer schreiben sollen, entspricht für mich nicht mehr dem aktuellen Stand der Technik. Bin zwar kein Nockenwellenschleifer, gehe aber davon aus das inzwischen für die Konturbeschreibung der Nocken Splines höherer Ordnung verwendet werden.

zu 2. .... das war nur eine Ergänzung damit die Formel stimmt, es gibt auch Motoren mit Ventilspiel ...

Extremwert: ja wenn das Profil schlecht ist, ergeben sich hohe Beschleunigungen, aber eine einfache Methode das schlecht zu machen, ist z.B. einen Kreisbogen mit kleinem Radius an eine Gerade anzufügen. Das ergibt eben einen Beschleunigungssprung bzw. einen unendlichen Ruck. Aus dem Grund gehe ich davon aus das aktuell Splines für die Beschreibung des Nockenprofils verwendet werden.

Grüße
Rotax562

 

[Serpel]

So hohe Beschleunigungswerte sind durchaus drin, aber schon jenseits von gut u. böse.
Für die 100er MV Agusta F4 werden ca. 0.018mm/Grad² als maximale Ventilbeschleunigung angegeben. Ich hab mal 12000 als Drehzahl angesetzt, dann multiplizieren wir also die 0.018 mit 1.296*10exp6 und erhalten lockere 23328m/s² (und, unter der merkwürdigen Annahme, diese Beschleunigung würde für eine Sekunde anliegen, multiplizieren wir das mit 3.6 und kommen auf erstaunliche 83981km/h).
Den Rechengang inkl. der Einheiten hab ich mal weggelassen, soll ja keine Vorlesung werden, sondern zum Verständnis des unwissenden Lesers beitragen .

Der Rechengang wäre auch in der Tat alles andere als erhellend:

.018 mm/grad^2 * .001 m/mm * (360 grad * 12'000/min * min/(60s) * 0.5) ^2 = 23'328 m/s^2

Egal.

Wenn man noch die Äußerung des von Polly zitierten Norbert Klauer berücksichtigt ("andere Ventiltriebe liegen bezüglich der Ventilbeschleunigung je nach Bauart um Faktoren niedriger"), passt das mit den 40'000 m/s^2 der S 1000 RR jedenfalls sehr genau.

Gruß
Serpel

 

[lederkombi]

@Jacob
Wie ich anhand der MV 1000er F4 vorgerechnet habe (zum Teil ohne Rechengang und ohne Nennung der Maßeinheiten , im Kopf, wie das so Uzo ist), liegen Beschleunigungen im von Motorrad angebenen Bereich nicht außerhalb der physikalischen Möglichkeiten. Immerhin ergibt sich auch bei diesem Fzg. bereits eine Ventilbeschleunigung von ca. 23000m/s², mehr als die Hälfte des in "Motorrad" genannten Wertes. Im übrigen tritt diese Beschleunigung auch nicht etwa beim ersten Kontakt zwischen Nocke und Kipp-/Schlepphebel/Stößel o.ä.auf, sondern tats. erst beim Beschleunigen des Ventiles/Ventiltriebes auf der Nockenflanke. S.u. (Bild aus Ladungswechsel_Gemischaufbereitung)

Grüße
Uli

Hallo Uli

Eine sehr interessante Darstellung. Für die Allgemeinheit sollte man allenfalls noch anfügen, dass die Beschleunigung auf ca. 1.5mm Hub des Ventils begrenzt ist ( die restlichen ca. 7mm sind dagegen schnarchlangsam) und auf ca. 10 Grad Nockenwinkel! Im Vergleich zur gesamten Bewegung ist das praktisch nichts.

Daher auch meine Aussage, dass diese hohen Beschleunigungswerte nur zur Illustration dienen wie schnell ein Ventil geöffnet wird. Und für die Allgemeinheit: Die Massenträgheit setzt dieser Beschleunigung arg zu und letztlich auch Grenzen.

Interessant finde ich aber insbesondere die doch deutlich kleinere Beschleunigung vor dem Öffenen, also da wo der Nocken auf das Ventil "aufschlägt" (bei +/-100), sofern das Ventilspiel korrekt eingestellt wurde.

Und die Grafik zeigt noch etwas (was serpel natürlich vehemnt bestreiten wird!): Die Beschleunigung dauert "nur" ca. 0.008sec.

 

[Polly]

Ich hab mal bei BMW nachgefragt, die Antwort kam prompt:

[FONT=&quot]vielen Dank für Ihre Nachricht vom 11. März 2018.[/FONT]
[FONT=&quot]Gerne bestätigen wir Ihnen die im Interview mit der Zeitschrift MOTORRAD gemachten Angaben für die Dynamikwerte des Ventiltriebs der BMW S 1000 RR. Die dabei erreichten maximalen Werte für die Ventilbeschleunigung betragen tatsächlich zirka 40.000 m/s2.[/FONT]
[FONT=&quot]Wir hoffen, damit zur Objektivierung der Diskussion an Ihren virtuellen Stammtischen beitragen zu können.[/FONT]
[FONT=&quot]Mit freundlichen Grüßen[/FONT]
[FONT=&quot]Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft[/FONT]

 

[lederkombi]

Die dabei erreichten maximalen Werte für die Ventilbeschleunigung betragen tatsächlich zirka 40.000 m/s2.

rot = Zauberwort. (kurzfristig wäre auch noch passend gewesen)
Und das auch nur während einer Zeitdauer im tiefen einstelligen Millisekunden-Bereich.

 

[Frank1001]

[....] Ich hab mal 12000 als Drehzahl angesetzt, dann multiplizieren wir also die 0.018 mit 1.296*10exp6 und erhalten lockere 23328m/s² (und, unter der merkwürdigen Annahme, diese Beschleunigung würde für eine Sekunde anliegen, multiplizieren wir das mit 3.6 und kommen auf erstaunliche 83981km/h).

Erreicht man damit eigentlich nur die "Wahnsinnige Geschwindigkeit" oder kommt man damit sogar schon auf die "Lächerliche Geschwindigkeit"?

 

[emmez]

Hallo...
Öhm...
Hab ich was verpasst?

 

[Larsi]

...
Hab ich was verpasst?

Nicht wirklich

 

[Serpel]

Und die Grafik zeigt noch etwas (was serpel natürlich vehement bestreiten wird!): Die Beschleunigung dauert "nur" ca. 0.008sec.

So, tut sie das?

Dreht die KW mit 12'000/min, so dreht die NW mit 6'000/min oder 100/s. Dann überstreicht sie pro Sekunde einen Winkel von 36'000 Grad und in 0.008 Sekunden einen Winkel von 36'000*0.008=288 Grad (sorry fürs Weglassen der Einheiten ).

Das sollte für Beschleunigen eins Ventils locker reichen ...

Gruß
Serpel