Kardanwelle, Brummen, Dröhnen...

      Kardanwelle, Brummen, Dröhnen...

      Liebe Kollegen, wegen des Brummthemas hatte ich einen Beitrag zugesagt, hier ist er:

      Step 1, Ermittlung der Ist Situation. Ich besitze eine nagelneu überholte P1 Welle und auch eine nagelneu überholte Rek 57 Welle.

      Beide sind ca.1300 mm lang, Die Rek 57-Welle ist 65mm im Durchmesser, die Welle des P1 ist 70mm

      Das Blatt1 der Anlage zeigt die rechnerische Ermittlung der Eigenfrequenz, angenommen sind günstige Bedingungen.

      Im Ergebnis zeigt sich eine kritische Drehzahl für den P1 von 7146/min und für den Rek 57 von 6569/min

      Bei dieser Drehzahl wären die Wellen in voller Resonanz und würden sich innerhalb kurzer Zeit durch Biegebruch selbst zerstören oder Schäden an Getriebe und HA verursachen.

      Wir müssen also weit genug von dieser Drehzahl wegbleiben, sind wir das ??

      Die Rechnung auf Blatt 2 zeigt die Drehzahlwerte für beide Wagen, mit typischen Bereifungen und HA 3,89 (die letzten Bilder im Anhang zeigen die Geschwindigkeiten und Drehzahlen für andere Übersetzungen, die es bei Opel gibt)

      wir sehen, zu v100 gehören die Drehzahlen 3594 beim P, 3703 beim Rek 57

      Multipliziert mit 1,3 (vmax für den P) oder 1,22 (vmax für den Rek 57) ergeben sich Max. Drehzahlen bei Höchstgeschwindigkeit von 4672/min; bzw. 4518/min.

      Jetzt wird es etwas komplizierter, Bild 3 zeigt eine Vergrößerungsfunktion, sie zeigt die Reaktion eines schwingfähigen Systems, wenn es harmonisch (schwingend) angeregt wird. Bei 1 (eta = 1) ist vollkommene Resonanz vorhanden und führt zum starken Ansteigen der Amplitude (dem Ausschlag des Systems, hier der Kardanwellenbiegung).

      Um jetzt zu sehen, wo unser eta liegt, teilen wir die Höchstdrehzahl durch die Resonanzdrehzahl und bekommen eta direkt heraus: eta P = 0,65; eta Rek 57 ist deutlich schlechter, mit eta 0,69.

      Ungefähr dort tragen wir unten auf der Vergrößerungsfunktion die eta´s ein und sehen: Wir sind schon im steil ansteigenden Ast der Kurve, unsere Dämpfung ist zudem sehr gering !!

      Kleine Änderungen der Drehzahl bewirken hier überproportionale Anstiege der Schwingungsamplituden, das fördert Dröhnen.

      Diese Auslegung ist als nicht dauerhaft stabil einzustufen, geringe Abnutzungen, Spiele etc. verschlimmern die Brummneigung in kurzer Zeit. So zeigt die Praxis und bestätigt diese theoretische Prüfung.

      Wer nicht so gerne rechnet, kann auch Bild 4 ansehen, das ist eine Auslegungshilfe / Tabelle zur Auslegung ruhig laufender Kardanwellen aus Rohr, als Hilfe für die Dimensionierung.

      Dargestellt ist der Zusammenhang: Länge, Drehzahl zu notwendigem Wellendurchmesser.

      Ich war so frei und habe mal die Wellenlänge und Drehzahl eingezeichnet.....und sehe, beide Wellen sind unterdimensioniert, erst ab einem Durchmesser von 80mm wäre mit stabilen Verhältnissen zu rechnen.

      Wenn man sich nicht daran hält, dann brummt es eben....

      Was kann man tun:

      1) Durchmesser vergrößern, das geht prinzipiell, siehe dazu das Foto, es zeigt ein "Versuchsrohr" mit Durchmesser 80mm, beidseitig industriell eingezogen, das war mal ein Versuchsteil für meinen Kadett. Eingesetzt habe ich ein 70ger Rohr, auch eingezogen, das hat ausgereicht. Die Methode könnte helfen, das Rohr war allerdings: NICHT BILLIG.... und ich habe am P keine 80ger Welle ausprobiert, kann nix weiter dazusagen, ob sie passen würde oder wirksam ist..

      2) Wellenmantel aus einem anderen Material (CFK oder GFK) geht technisch ganz sicher, bedeutet aber: Entwicklungsaufwand, Prozess, Kosten...

      3) Wellenmantel aus Titan oder Aluminium (Alu war oder ist bei BMW in Serie, reibgeschweißt mit Stahlgelenken)….aber wegen anderen E-Moduls > mehr Bauraum notwendig, Prozess und Kosten, wie oben

      4) zweiteilige Welle bauen lassen (300......400€) und Halterung unter dem Wagen bauen (Eigenbau) das geht sicher und ist finanziell tragbar, ich hatte Fotos hierzu versprochen und im September stelle ich die ein.

      Viel Spaß + Gruß,

      Alfred. H.
      Dateien
      Sehr lustig Alfred, man merkt am Karopapier und den Handschrift-Aufzeichnungen, dass du passend zu den Autos oldschool unterwegs bist. Das ist mir aber sympathisch. Alles, was ich zeichnen kann, kann ich auch verstehen.

      Ich weiß nur nicht, ob dir da jeder folgen kann. E-Modul und Resonanzfrequenz sagt bestimmt nicht jedem etwas. Ich möchte an dieser Stelle nur kurz anmerken, dass die Resonanz im Motorenbau auch positiv genutzt werden kann - die ist nicht immer "böse". Bei Zweitaktern kann eine richtige Auslegung der Auspuffanlage bewirken, dass man durch die Resonanz einen höheren Füllungsgrad/Wirkungsgrad erzeugen kann und somit mehr Leistung aus dem Motörchen bekommen kann. Beim Gespannfahren schaukelt einen die Resonanz allerdings von der Strasse...

      Egal. Ich hab eher ein Problem damit, alle Anhänge auf m Tablet zu öffnen. Bei denen, die ich öffnen konnte, verstehe ich aber etwas nicht. In der Berechnung fehlt mir der Einfluss des Materials und auch der Massen (Wandstärken), wobei du ja selber auf die Möglichkeit andere (leichtere) Werkstoff einzusetzen hinweist. Aber vielleicht finde ich das ja, wenn ich mal am PC sitze und alles einsehen kann.

      Umsetzen werde ich das Ganze aber sowieso nicht. Die Zeit reicht ja schon nicht die Karren ordentlich am Laufe zu halten. Bin mal gespannt, ob jemand was nachbaut...
      Schöne Grüße

      Dirk
      "Tausi" :wink:

      aus Meerbusch am Niederrhein (zwischen Krefeld und Düsseldorf)
      "P2"-Käpt´n seit Studientagen (so sieht er auch aus) und seit Ende 2015 auch Diplo-A-C
      Hallo Dirk,
      in der Tat, schreibe ich lieber etwas schnell mit dem Bleistift, anstelle mit der Tastatur die Technikformeln zu entwickeln, das ist mir zu dumm. Auch an den beiden Anhängen zur Geschwindigkeit / Drehzahl / Übersetzung kannst Du ablesen, dass ich die vor rund 30 Jahren bereits angefertigt habe, mit dem sagenhaften Rapidograph, oder so, mit Schriftschablone und Tinte, jedenfalls: Von Hand. Das ist nicht schlecht, wenn man sich hautnah damit befasst....lernt man nochmal.
      Die hier angewendete Formel zur Eigenfrequenzbestimmung bezieht sich auf Stahl das steckt in der konstanten Abteilung (steht auch drin). Eine weiter Aufsplittung wäre noch komplizierter.

      Der Einfluß der Wandstärke besteht natürlich, ist durch die Addition D² + d² in der Wurzel gegeben. Dieser Ausdruck kann maximal den Wert 2 D² annehmen, das habe ich so gemacht, um die günstigten Voraussetzungen für die Rohrwelle zu bekommen, die Formel wird einfacher, der Wert etwas größer. Im wirklichen Leben gibt es eine Wandstärke, sie ist aber klein, gegenüber D und deshalb ist es einfach (und eher günstig für die Eigenfrequenz), d=D zu setzen, mit kleinem Fehler, aber mit einfacher Abschätzung der Haupteinflußgrößen. Kannst ja nachrechnen, mit d = D -3mm oder so, das Ergebnis ändert sich praktisch nicht, es wird tendenziell etwas schlechter.

      Und , klar, Resonanzauspuff, Kadenacy-Effekt und Auspuffkrümmer-Varianten, Verzweigungen und Vereinigungen von Rohren.... zeigen die guten Seiten der Resonanz, auch bei Viertaktern, aber nicht ganz so ausgeprägt. Bei der Kardanwelle wollen wir sie nicht haben !

      Punkt 3 …..ich glaube auch nicht dass alle Teilnehmer das verstehen....aber das Problem ist anspruchsvoll und ich weiß nicht, wie ich das anders darstellen könnte. Entweder / oder Situation.
      Entweder: Du willst eine unangenehme Situation beseitigen, dann mußt Du eine Analyse betreiben, mit den gebotenen Instrumenten, auch wenn sie schwer verdaulich sind, daraus eine Gegenmaßnahme definieren, die Gegenmaßnahme auf Wirksamkeit prüfen (erproben)
      und, bei positivem Ausgang kannst Du Dich freuen (oder nochmal von vorn...)

      Oder: Du bist zufrieden, wie es ist, dann mußt du den Übelstand hinnehmen und geduldig ertragen (das ist nicht meins)

      "Du" ist situativ und nicht Du persönlich.

      Aber: Du hast das Problem nicht, Dein Kappi hat eine zweiteilige Welle, aus gutem Grund.

      Gruß,

      Alfred. H.
      Ahh, das mit der materialabhängigen Konstante war mir entgangen.
      Wie im richtigen Leben - nicht richtig aufpassen und dann meckern.
      Entschuldige bitte, aber der Rheinländer redet erst und denkt dann (manchmal).

      Jedenfalls glaube ich, dass so was hier nur einen sehr kleinen Kreis anspricht.
      Bei dröhnenden Wellen wollen die Meisten eher hören:
      - Mittellager erneuern
      - Schiebestück fetten
      oder
      - deine Getriebeaufhängung is hinüber

      Also nicht traurig sein, wenn vielleicht nur ein einsamer Forist (in der Nähe von Osnabrück) gerade so n Ding nachbaut
      ...und sonst Keiner.



      Okay, EIN Anderer würde es vielleicht noch 3-D drucken, aber dann wird's eng.
      Schöne Grüße

      Dirk
      "Tausi" :wink:

      aus Meerbusch am Niederrhein (zwischen Krefeld und Düsseldorf)
      "P2"-Käpt´n seit Studientagen (so sieht er auch aus) und seit Ende 2015 auch Diplo-A-C
      Dank an Alfred,
      für die Muße, uns das hier darzustellen .

      An meinem P2-Kombi ist die Lösung nach "Was man tun kann" in Pkt 4 realisiert :
      2-telige Kardanwelle.
      Bei Interesse gibts ein Foto davon .

      Gruß mek
      Olympia Rekord P2 CarAvan 1700 55PS, Kadett C 22i CarAvan, BMW Einzylinder R25/3 ...
      ….genau DAS ist die richtige Lösung. Die abgestrippte und umgestellte Formel auf Blatt 1 zeigt das sonnenklar. Die Resonanzfrequenz (Drehzahl)steigt linear mit dem Durchmesser.....und fällt quadratisch mit der freien Länge. Nummer sicher ist: Länge reduzieren und 2-teilig bauen. Im Großserienbau hat man viele Möglichkeiten zu umfassenden Untersuchungen, Du siehst, in fast allen Fällen ist die Wellenteilung nicht in der Mitte, sondern es gibt 2 unterschiedlich lange Stränge. Die haben auch noch unterschiedliche Rohrdurchmesser, um 2 mögliche Eigenfrequenzen höherer Ordnung zu unterdrücken.
      Auch werden nicht immer 3 Kardangelenke eingesetzt, diverse Rekord D/E haben mittig ein Gleichlaufgelenk, mit Verschiebemöglichkeit, dann muß die Längenänderung beim Federn nicht vollständig durch das Mittellager geschoben werden. "Früher" konnte man sich auf den Schrottplätzen alle möglichen Varianten ansehen, da war immer etwas brauchbares dabei....
      Egal wie: Gegenüber der einteiligen Welle mit 2 Gelenken ist wahrscheinlich jede 2-Teilige Lösung vorteilhaft.
      Bitte stelle die Bilder ein, ich komme vor September nicht dazu.

      Danke + Gruß,

      Alfred. H.
      Hallo Alfred

      Eine tolle abhandlung mit verständlichen grafiken , richtig toll . Man merkt das du das mit freude und viel sachverstand machst .

      Wie schon erwähnt , fahre ich auch gern ein bischen schneller .
      Mit 3.55 achsübersetzung und 6.50er diagonalreifen fahr ich mit meinen kisten problemlos 130 auf der bahn . Nach oben ist aber noch luft , es maschieren bei mir alle P2s um die 150 ( mit dem navi gemessen ) . Mir geht es hier nicht drum , auf dicke hose zu machen , sondern , das dröhnen kenn ich nur jenseits von 140 . Wie ich aber aus erfahrung weiss , fahren die meisten nie so schnell ( wegen dem dröhnen ) oder die kiste läuft einfach nicht so viel . Dazu kommt , das viele radialreifen in zu kleiner dimmension fahren , was sich natürlich schlecht auf die endgeschwindigkeit auswirkt .
      Voraussetzung ist natürlich eine einwandfreie welle und difflager . Was dazukommt , ist das führungslager im getriebegehäuse . Motor und getriebeaufhängung sollte natürlich auch einwandfrei sein .
      Wohlbemerkt , ich rede von serienteilen , nichts umgebautes oder heutiger nachproduzierter schrott . NOS teile sind nach wie vor erste wahl und die gibts definitiv nicht zu hause am pc .

      Ich habe , gleich wie du , auch viel zeit und geld in meine kisten investiert damit das optimum herauszuholen ist , aber eine 2 teilige welle hab ich jetzt noch nie vermisst .

      Gruss von der überholspur , Kurt Huber
      Wohnort : 5108 Oberflachs / Schweiz

      div. P2`s und anderes Alteisen
      Na klar, die Senkung der Drehzahl durch eine längere Achse lindert das Problem, eta sinkt von 0,65 auf 0,59 bei 130, das ist eine Welt, schau auf die Vergrößerungsfunktion. Damit verschiebt sich die Brummneigung natürlich nach oben, bei ca. 140 bist Du wieder bei eta 0,65; die Physik stimmt ! 4-Gang-Getriebe wirkt ebenfalls mildernd, die Kardanwelle ist einen tic kürzer, der Einfluß ist aber über 1/l² spürbar, das hilft !
      Klar ist auch, dass das Problem auch an anderen Randbedingungen hängt, Verschleiß, Spiel ….wirken sich so aus, als ob Du den blauen Strich nach links bewegst....dann ändert sich eta dramatisch und der Ärger beginnt schon bei 100.....110 km/h.

      Im Neuzustand mag das alles gehen, gerade so....und nicht lange stabil, die grenzwertige Auslegung ist kritisch, das zeigt auch die Auswahltabelle zur Durchmesserwahl. Die zweiteilige Variante ist dem gegenüber vollkommen unauffällig wegen Brummens und das ist ein stabiler Zustand.
      Beispiel:
      Der Rekord A ist als Coupe mit 144 km/h angegeben, bei einer HA von 3,89 (mit zweiteiliger Welle) ...und ist ruhig ! Das wäre mit einer einteiligen Welle nicht darstellbar (Seriendurchmesser)

      Gruß + viel Spaß beim Schnellfahren, freut mich, dass Du meine Gedanken nachvollzogen hast !

      Alfred. H.
      Moin,

      der Rek C hat eine zweiteilige Kardanwelle mit drei Kreuzgelenken. Bei einigen Modellen wurde das erste Gelenk, vom Getriebe aus gerechnet, durch eine Hardyscheibe ersetzt. Dient die Hardyscheibe der Entdröhnung? Kann man die Welle mit drei Kreuzgelenken durch die Welle mit der Hardyscheibe und den zwei Kreuzgelenken ersetzten?

      Gruß

      Michael
      Hallo Michael, es ist lange her, dass ich mich mit den Rekorden der C-Reihe befasst habe.....generell kann man so sagen: Eine Hardyscheibe kann kleine Winkelbewegungen aufnehmen und wird grundsätzlich "entkoppelnd", das ist eine akustische Sache. Sie kann Momente etwas weicher und dämpfender übertragen, als ein Kardangelenk und sie erzeugt keine Winkelfehler. Wichtig ist, dass sie einwandfrei zentrisch geführt ist, deswegen ist immer ein Zentrierzapfen im Zentrum der Dreilochverschraubungen angebracht. Die Welle darf an dieser Stelle niemals ohne neue Wuchtung getrennt werden, auch in der Mitte nicht ! Ich kennen diese Scheiben nur aus den Rekorden der D und E-Reihe, wenn es die beim C auch gab...ist das o.k.
      Die Winkelauslenkung zwischen Getriebe und Mittellager ist gering, die Winkelauslenkung zwischen Mittellager und Hinterachse ist groß deswegen hinten zwei Kardangelenke und die Hardyscheibe vorn, das ist technisch die richtige Anordnung. Nochmal grundsätzlich: Wenn eine zweiteilige Welle laut läuft oder dröhnt, ist bei den üblichen Rohrlängen nicht von einer Resonanz auszugehen, sondern die Auswuchtung zu prüfen. Beispiel: Opel verweist bei den Wellen des Rekord C -Sprint wegen der höheren Betriebsdrehzahl auf geringere Auswuchttoleranzen. Wenn Du Probleme wegen Geräuschbildung (Dröhnen) hast, lasse die Welle in einem Fachbetrieb prüfen und ggf. instandsetzen: Roman Müller in Herford macht das ganz ausgezeichnet ! Die Aussage: was ist besser, 2 Gelenke + Hardyscheibe oder 3 Gelenke kann man nur anhand von tip-top-Zustandswellen treffen, sehr wahrscheinlich ergeben sich akustische Vorteile für die Hardy-Welle.....bei gebrauchten Teilen wage ich keine Prognose. Ist die Welle auch nur einmal hingefallen oder ähnlich.....war alle Mühe vergebens !

      Gruß + viel Spaß,

      Alfred. H.
      Moin,

      jetzt kommt der Sinn meiner Frage. Ich möchte in meinen Rek. B ein Rek. C Getriebe einbauen. Die Getriebe unterscheiden sich hauptsächlich durch eine andere Verzahnung der Ausgangswelle.
      Es gibt drei Optionen: 1) Getriebe zerlegen und Ausgangswellen tauschen; 2) Schiebestück mit Kreuzgelenk der Rek.C Kardanwelle an abgeschnittene Rek. B Welle schweißen; 3) Schiebestück mit Hardyscheibe der Rek. C Kardanwelle an abgeschnittene Rek. B Welle schweißen.
      Ich würde gerne Möglichkeit drei wählen. Der Rek. B verfügt über eine zweiteilige Welle mit drei Kreuzgelenken. Die Welle wird selbstverständlich ausgewuchtet. Sind durch den Umbau Nachteile zu erwarten?

      Gruß

      Michael
      Prinzipiell baut dir ein gute Überholungsbetrieb für Kardanwellen die Welle mit den Gelenkanschlüssen und Länge wie Du es willst! Das wäre die einfachste Variante!
      Wir leben Autos "Opel der Zuverlässige" :wink:

      Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von „Rennfox“ ()

      ...das Rekord C-Getriebe ist klar besser, die Verzahnung führt besser, nimm es. Du kannst natürlich das Vorderteil mit der Hardyscheibe verwenden, die Hardyscheibe muß in Ordnung sein und das Mittellagergummi auch. Klappt.
      Hast Du einen Betrieb, der zweiteilige Wellen wuchtet ? Jedes Teil für sich auszuwuchten reicht nicht...

      Gruß,

      Alfred. H.

      Kardanwelle, Brummen, Dröhnen, Fotos

      Liebe Kollegen, wegen zweiteiliger Kardanwelle in P1 und Rek. 57 hatte ich einige Fotos zugesagt, auch vom Kadett, hier sind sie:

      Bild 469 und Bild 470 zeigen eine im Durchmesser vergrößerte Kardanwelle für meinen Kadett, beidseitig eingezogen, so dass die Original-Gelenke passen. Die Fotos sind leider etwas unscharf, war in Eile. Die Serienwelle war zu dünn für hohe Drehzahlen.

      Prinzipiell kann man so auch am P1 / P2 verfahren, ich habe aber einer zweiteiligen Lösung den Vorzug gegeben, das ist wirksamer.

      Bilder 475 + 476 + 477 + 485 zeigen die Applikation einer zweiteiligen Welle am 57ger, zur Kompensation der Bodenneigung sind Winkel-Unterlagen nötig, im Fahrgastraum liegt eine Verstärkungsplatte, mit Butyl angeklebt + verschraubt, ohne geht es nicht.

      Bild 490 zeigt die Applikation einer zweiteiligen Welle in den P1, das Getriebelager habe ich mit geändert, das ist ein Lager des CIH im Rahmen des P1 / P2.

      Bild 491 + 494 zeigen die Aufhängung für das Mittellager, sie ist sehr einfach zu bauen und an den Trägerausläufern befestigt.

      Bild 495 zeigt die adaptierte CIH-Lagerung, sicherheitshalber hat Opel den Schraubabstand am Getriebeendstück über Jahrzehnte beibehalten, das erleichtert die Sache.

      Die Bilder sind von heute, die Umbauten liegen schon Jahrzehnte zurück.....und damals hatte ich noch nicht die Angewohnheit, Zeichnungen anzufertigen und zu archivieren.....

      Der Umbau am P1 ist eine leichte Übung, wichtig ist: Solides Material nehmen und unbedingt eine stabile Querverbindung schaffen, anhand der Bilder sollte das gelingen.

      Gruß,

      Alfred. H.
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      Alfred H. vielen Dank für den Hinweis auf diesen Link.
      Ich habe das so verstanden, daß Opel an der Entwicklung bzw. an der Herstellung des P1 an Material gespart hat.
      Das Dröhnen in hohen Geschwindigkeiten muß man wohl in Kauf nehmen, wenn die Karre nicht mehr ganz neu ist.
      Alternativ, könnte man nach Deinen Vorschlägen für Abhilfe schaffen.
      Mein Gedanke, daß das Dröhnen alleine von den Motorlagern kommen kann, ist demzufolge falsch.
      Muß ich mal gezielt darauf achten.
      Liebe Grüße aus Nordbaden.
      Hallo Wiku,
      das ist abgekürzt, die ganze Wahrheit. Opel hat aber schon ein bißchen weiter entwickelt: Kardanwellenmantel etwa größer im Durchmesser als beim 57ger
      Kardanwellenlänge in etwa gleich gelassen, dafür aber das Getriebe verlängert....das alles ist aber auf Kante genäht, kannst Du anhand des
      Nomogramms / Empfehlung zu: Durchmesser, Länge, Drehzahlgrenze sauber ablesen. Wenn Du die Kardanwelle überholen läßt (auch Buchse im
      Getriebeendstück prüfen, Festsitz des Flansches an der HA-Eingangswelle), wirst Du eine Verbesserung erzielen: Roman Müller, Herford ist eine gute Adresse.
      Vielleicht reicht das hin, für frohe Tage. Die Brummerei nervt nur, dazu ist ein altes Auto nicht da.

      Gruß + viel Spaß, repariere das und Du wirst ein zufriedener Mensch !

      Alfred. H.
      Ich habe gerade meine Kardanwelle bei Roman Müller abgegeben. Das Ding machte mächtig Krach, nach der Behandlung in der Werkstatt.

      Status: Das neue Kreuzgelenk wurde eher reingepfuscht. Muss nachgebessert werden.
      Vorderes Kreuzgelenk muss auch neu. Der innenverzahnte Zapfen zeigt außen sehr starke Verschleißspuren und muss geschliffen und aufgechromt werden.

      Dazu wird nach Aussage der Fa. Müller sehr wahrscheinlich auch das Getriebehalslager fertig sein.

      Damit ist Görlitz mit Auto gestorben. Leider.

      Aber meine Suche nach Getriebehalslager war nicht erfolgreich. Muss das Endstück komplett erneuert werden?

      Gruß aus Werl
      Rudi
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      Man kann einen Oldtimer nicht wie ein menschliches Wesen behandeln. Ein Oldtimer braucht Zuwendung!
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      Opel Olympia P1 CarAvan, EZ 06.1960, Koralle/Alabastergrau, 1,7l
      Opel Olympia P1 "nackter Spatz", EZ 18.06.1959, Birkengrau,