Frage von Masch2014, 96

Ab welcher Frequenz wird die Anlaufscheibe den Kontakt zum Kolben verlieren?

Ihr untersucht einen Motor eines Mopeds. Ein Kolben des Motors unterliegt vertikal einer einfachen harmonischen Schwingung mit einer Amplitude von 0,07 m. Oben auf dem Kolben liegt eine Anlaufscheibe lose auf. Ab welcher Frequenz wird die Anlaufscheibe den Kontakt zum Kolben verlieren (wenn der Motor langsam gestartet wird!)? Wie berechne ich die Frequenz? Wäre für jede Hilfe dankbar

Expertenantwort
von Hamburger02, Community-Experte für Physik, 60

Das Prinzip: aufgrund der Schwerkraft fällt die Scheibe mit der Erdbeschleunigung g nach unten. Sollte der Kolben eine höhere Beschleunigung als g erreichen,wird er schneller nach unten gezogen, als die Scheibe hinterher fallen kann, sie verliert den Kontakt zum Kolben.

Die Kolbenbeschleunigung berechnet sich zu:
a = r * ω ^2 *(cos φ + λ * cos 2φ)
ω = Rotationsgeschwindigkeit
φ = Kurbelwinkel (Stellung der Kurbelwelle)
λ = Pleuelstangenverhältnis = r / l
r * Radius des Kreises des Kurbelzapfens (halber Hub)
l = Länge der Pleuelstange.

Es gilt:
Der Kolbenweg, -Geschwindigkeit und –Beschleunigung werden durch das Pleuelverhältnis   λ beeinflusst. Je größer das Pleuelverhältnis λ, desto größer die Abweichung von der harmonischen Bewegung. Da wir eine harmonische Schwingung voraussetzen, setzen wir λ = 0 und erhalten:

a = r * ω ^2 * cos φ

Das Maximum der Beschleunigung liegt vor, wenn   cos φ = 1, was bei einem Kurbelwinkel von 0° der Fall ist. Dann ergibt sich:

a max = r * ω ^2 > g

daraus folgt:

ω ^2 > 9,81 m/s^2 / 0,07 m
ω ^2 > 140 /s^2
ω > 11,8 /s^2 = 710 min^-1

Ergebnis: Ab einer Drehzahl von 710 min^-1 hebt die Scheibe ab.

Kommentar von stekum ,

Leider kein Dank usw. vom Fragesteller.

Kommentar von Masch2014 ,

Danke Dir vielmals für die schnellen Hilfen :)

Kommentar von Hamburger02 ,

gerne....

Antwort
von JTKirk2000, 48

Hängt das nicht von ihrer Trägheit und der Haftung zwischen Kolben und Anlaufscheibe ab? Ich wüsste nicht, wie man das berechnen sollte. Abgesehen davon wird im Verbrennungsraum in einem Ausdehnungstakt ein Verbrennungsgemisch eingesprüht und im zweiten Ausdehnungstakt drückt der Explosionsdruck die Anlaufscheibe wieder an den Kolben. Von daher halte ich es eher für eine Fangfrage, aber ich kann mich auch täuschen.

Abgesehen davon habe ich noch nie von einer solchen Anlaufscheibe gehört. Nehmen wir einmal an, es gibt eine solche und sie würde sich von der Oberfläche des Kolbens lösen können, so würde doch zumindest langfristig gesehen immer die Gefahr eines Kolbenfressers bestehen, sobald sich diese Anlaufscheibe irgendwie im Hubraum verkantet. Konstruktionsbedingt ist es also logisch, dass eine solche Anlaufscheibe im Hubraum gar nicht existiert. Schon allein deshalb wäre es also vermutlich eine Fangfrage.

Antwort
von holgerholger, 39

Wofür sollte die Anlaufscheibe denn gut sein? Im Zylinder gibt es nichts, was lose aufliegt. Im Ventiltrieb gibts bei 4-taktern manchmal plättchen, mit denen das Ventilspiel eingestellt     wird, aber die liegen auch nicht lose drin, sondern werden von den Ventilfedern zwischen Ventilschaft un dNockenwelle eingeklemmt. 

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