In-Situ-Messung des Spiels mit "Plastigage": Eine ausführliche Erklärung der Funktionen und der Verwendung

Beim Zerlegen und Zusammenbauen eines Motors ist es wichtig, das Spiel zwischen den Kurbelwellenkröpfzapfen (Wellenteilen) und den Kurbelgehäuse-Gleitlagern zu überprüfen und einzustellen. Das Spiel kann aus der Differenz zwischen dem Außendurchmesser des Zapfens und dem Innendurchmesser des Lagers berechnet werden, aber es kann auch mit einem gewindeähnlichen Messgerät namens Plastigage gemessen werden. Dieser Artikel erklärt die Bedeutung und Wichtigkeit des inneren Spiels von Motoren sowie die Verwendung und die Funktionen von Plastigage.

Einzelmessung und Berechnung durch Subtraktion: Mikrometer + Innenmesstaster

Ein Beispiel für einen oberen Kurbelgehäuse eines Vierzylindermotors. Die Kurbelwelle wird von fünf Lagerstellen getragen, und an diesen Lagerstellen sind Lagerhalbschalen montiert, die mit den Hauptkröpfzapfen der Kurbelwelle in Kontakt kommen. Dies gilt für eine integrierte Kurbelwelle; bei einer aufgebauten Kurbelwelle mit Kugellagern gibt es keine Lagerhalbschalen.

Für die rotierenden Teile eines Motors werden geeignete Spalte oder Spielmaße eingestellt, z. B. zwischen Kurbelwelle und Kurbelgehäuse, zwischen dem Pleuel-Großende und der Kurbelwelle sowie zwischen Nockenwelle und Zylinderkopf. Wenn dieses Spiel kleiner als der vorgegebene Wert ist, erhöht sich der Reibungsverlust während der Drehung, was zu Verschleiß der Komponenten führt. Umgekehrt, wenn es zu groß ist, verursacht es Spiel während der Drehung, was zu abnormalen Geräuschen und Schäden führt. Daher ist es entscheidend, dass das Spiel innerhalb des vom Hersteller angegebenen Bereichs liegt.

Wenn Sie die Gelegenheit haben, einen Motor im Rahmen von größeren Arbeiten wie Reparaturen oder Restaurierungen zu überholen, können Sie die Spiele dieser rotierenden Teile überprüfen und, falls eine Einstellung erforderlich ist, diese durch den Austausch von Teilen vornehmen. Der wesentliche erste Schritt in diesem Prozess ist die Bestätigung des aktuellen Zustands. Sie können nicht fortfahren, ohne den aktuellen Zustand zu kennen, ob Sie das Spiel verringern oder erhöhen müssen.

Die Messwerkzeuge zur Bestimmung des "Außendurchmessers der Welle" und des "Innendurchmessers des Lagers" sind ein Mikrometer und ein Innenmesstaster. Ein Mikrometer, das zur Messung des Außendurchmessers einer Welle verwendet wird, ist ein Werkzeug zur Längenmessung. Während ein Standard-Messschieber eine minimale Ablesung von 0,05 mm hat, kann ein Mikrometer bis zu 0,01 mm ablesen.

Im Gegensatz dazu ist ein Innenmesstaster, der zur Bestimmung des Innendurchmessers eines Lagers verwendet wird, kein Werkzeug, das allein absolute Abmessungen liefert. Vereinfacht ausgedrückt ist es ein Werkzeug zur Messung der Differenz (Plus oder Minus) von einer Referenzabmessung.

Wenn Sie beispielsweise die Referenzabmessung des Innenmesstasters auf 32,00 mm einstellen und ihn in das Lager einführen und die am Innenmesstaster angebrachte Messuhr +0,05 mm anzeigt, können Sie feststellen, dass der Innendurchmesser des Lagers 31,95 mm beträgt. Umgekehrt, wenn die Messuhr -0,04 mm anzeigt, beträgt der Innendurchmesser des Lagers 32,04 mm.
Mit dieser Methode kann das Spiel berechnet werden als: Innendurchmesser des Lagers (gemessen mit Innenmesstaster) - Außendurchmesser der Welle (gemessen mit Mikrometer) = Spiel.

Obwohl dies aufgeschrieben einfach erscheinen mag, erfordert die Verwendung eines Innenmesstasters in der Praxis Geschick und Erfahrung, und genaue Messungen sind ohne erhebliche praktische Erfahrung nicht einfach zu erzielen. Darüber hinaus ist ein Innenmesstaster selbst kein billiges Werkzeug, so dass es für Amateure schwierig sein kann, ihn effektiv einzusetzen, und er am Ende ungenutzt bleibt.

Plastigage: Spiel bestimmt durch die gequetschte Breite

Plastigage wird in einer Papierverpackung geliefert, und die Verpackung selbst hat aufgedruckte Skalen, die die gequetschte Breite und das Spiel angeben. Es war ursprünglich ein amerikanisches Produkt mit Spielangaben in Zoll, und da es in mm umgerechnet ist, sind die Markierungen detailliert.

Bei der Verwendung wird es mit einer Schere oder ähnlichem auf die Messfläche zugeschnitten.

Entfernen Sie Schmutz oder Öl von den Oberflächen des Kurbelwellenkröpfzapfens und des Lagers und legen Sie dann das Plastigage an.

Die Anziehkraft beeinflusst die gequetschte Breite des Messstreifens, daher bis zum vorgeschriebenen Drehmoment anziehen. Achten Sie auch darauf, die Kurbelwelle während der Messung nicht zu drehen.

Während die Spielmessung normalerweise spezielle Werkzeuge wie Mikrometer und Innenmesstaster erfordert, gibt es ein einfacheres Mittel zur Messung von Spalten: Plastigage.

Plastigage besteht aus einem speziellen Harz, das zu einer fadenähnlichen Form verarbeitet wird. Es wird in den zu messenden Bereich gelegt, die Teile werden zusammengebaut und das Spiel wird durch die gequetschte Breite aufgrund des Anzugsdrehmoments bestimmt. Hier sind die Unterschiede zwischen der Messung mit Plastigage und der Messung mit Mikrometer + Innenmesstaster:

● Mikrometer + Innenmesstaster
・Misst einzeln den Außendurchmesser der Welle (Mikrometer) und den Innendurchmesser des Lagers (Innenmesstaster).
・Berechnet das Spiel aus der Differenz zwischen beiden.
・Hohe Messgenauigkeit, bewertbar in µm (Mikrometer).
・Durch Messung mehrerer Punkte können auch Rundheit und ungleichmäßiger Verschleiß beurteilt werden.

● Plastigage
・Überprüft den tatsächlichen Spalt mit zusammengebauten Teilen.
・Liest das Spiel mit einem analogen Indikator ab: der gequetschten Breite.
・Genauigkeit beträgt ca. ±0,01 bis ±0,02 mm.
・Misst nur an einer Stelle und beurteilt das lokale Spiel.

Im Wesentlichen sind die Ansätze der beiden Methoden, selbst wenn sie dasselbe "Spiel" messen, grundlegend unterschiedlich.

Darüber hinaus ist es bei Plastigage notwendig, je nach Größe des zu messenden Spiels unterschiedliche Messstreifen zu verwenden. Dies liegt daran, dass ein dünner Messstreifen bei einem großen Spalt nicht ausreichend gequetscht wird und ein dicker Messstreifen bei einem engen Spalt zu stark gequetscht wird, was die Zuverlässigkeit verringert.

Das hier verwendete Plastigage gibt es in drei Typen, farblich nach Messbereich gekennzeichnet, mit folgenden Messbereichen für jeden:

Grün: 0,025–0,076 mm
Rot: 0,051–0,152 mm
Blau: 0,102–0,229 mm

Wie aus diesen Spezifikationen hervorgeht, ist es bei der Messung des Spiels mit Plastigage unerlässlich, zuerst das Standardspiel im Werkstatthandbuch zu überprüfen. Das Werkstatthandbuch ist für die Demontage und Überholung von Motoren unerlässlich.

Im Fall des in diesem Artikel gemessenen Motors beträgt das Standardspiel zwischen dem Hauptkröpfzapfen der Kurbelwelle (Wellenteil) und der Hauptlager-Halbschale (Lager-Innendurchmesser) 0,014–0,038 mm, mit einer Servicegrenze von 0,08 mm. Daher kann es mit dem grünen Plastigage gemessen werden.

Zusätzlich hat das Spiel zwischen der Lager-Halbschale des Pleuel-Großendes und dem Kurbelwellenstumpf einen Standardwert von 0,035–0,059 mm, mit einer Servicegrenze von 0,10 mm. Dies kann ebenfalls mit dem grünen Messstreifen gemessen werden.

Was tun, wenn das mit Plastigage gemessene Spiel zu groß ist?

Lösen Sie die Befestigungsschrauben gleichmäßig und ziehen Sie den Messstreifen gerade nach oben ab, um ein Ziehen zu vermeiden. Lesen Sie dann das Spiel ab, indem Sie den Messstreifen auf der Verpackung vergleichen.

Je enger das Spiel, desto breiter wird das Plastigage gequetscht. Das Standardspiel für diesen Motor beträgt 0,014–0,038 mm, die Servicegrenze 0,08 mm. Die gequetschte Breite ist schmaler als das 0,038-mm-Band (was ein größeres Spiel bedeutet), aber breiter als das 0,076-mm-Band (was ein kleineres Spiel bedeutet), so dass festgestellt werden kann, dass die Servicegrenze von 0,08 mm noch nicht erreicht ist. Wenn Sie das Spiel als absoluten Wert wissen müssen, ist ein Mikrometer + Innenmesstaster erforderlich.

Bei diesem Motor wählt der Hersteller bei der Montage eines Neufahrzeugs das optimale Lager aus drei Lagertypen mit unterschiedlichen Dicken, basierend auf der Kombination aus dem Innendurchmesser des Hauptlagerbereichs des Kurbelgehäuses und dem Außendurchmesser des Hauptkröpfzapfens der Kurbelwelle. Wenn das gemessene Spiel nach angesammelter Laufleistung die Servicegrenze überschreitet, kann es möglich sein, das Spiel durch die Verwendung eines dickeren Lagers als des aktuellen zu verringern, falls ein solches Teil verfügbar ist.

Die Dicke der Lagerhalbschalen kann durch Farbkennzeichnungen an den Seiten identifiziert werden. Bei diesem Motor sind die blauen Lagerhalbschalen die dicksten der drei Typen, und die schwarzen Lagerhalbschalen zeigen eine mittlere Dicke an. Wenn die aktuelle schwarze Lagerhalbschale ein übermäßiges Spiel aufweist, wird durch den Wechsel zu einer dickeren blauen Lagerhalbschale der Innendurchmesser und damit das Spiel verringert.

Wenn Plastigage auf die Welle gelegt und das Lager mit dem vorgeschriebenen Drehmoment angezogen wird, wird der Messstreifen gequetscht. Durch den Vergleich der gequetschten Breite des Messstreifens mit der Breite der auf der Plastigage-Verpackung aufgedruckten Linien kann das Spiel ermittelt werden.

Ob die gequetschte Breite des Messstreifens mit der aufgedruckten Breite übereinstimmt, ist etwas Glückssache, und in Wirklichkeit kann man das genaue Spiel nicht auf 0,001 mm genau wissen. Wenn die gequetschte Breite breiter als die aufgedruckten 0,051 mm, aber schmaler als 0,038 mm ist, kann man schätzen, dass sie etwa 0,04 mm beträgt.

Während ein Mikrometer + Innenmesstaster an mehreren Punkten am Umfang messen kann, kann Plastigage nur das Spiel an der Stelle messen, an der der Messstreifen platziert wurde, d. h. an einer einzigen Stelle. Wenn sich Fremdkörper auf dem Kröpfzapfen oder dem Lager befinden und mitgemessen werden, kann dies zu einem geringeren Spiel als dem Durchschnitt führen. Auch die Dicke des Ölfilms kann die Messung beeinflussen. Daher ist es bei der Verwendung von Plastigage wichtig, das Öl abzuwischen und im trockenen Zustand zu arbeiten.

Mit fortschreitendem Verschleiß und zunehmender Laufleistung vergrößert sich das Spiel der Motorkomponenten. Was ist also zu tun, wenn das Spiel die Servicegrenze überschreitet?

Je nach Fahrzeugmodell und Alter variiert die Verfügbarkeit von Teilen. "Lagerhalbschalen", die an den Hauptkröpfzapfen der Kurbelwelle und den Pleuel-Großenden montiert sind, sind jedoch in verschiedenen Dicken erhältlich. Dies sind Teile, die verwendet werden, um das Spiel durch Korrektur von Toleranzen im Außendurchmesser der Hauptkröpfzapfen von in Serie gefertigten Kurbelwellen und im Innendurchmesser der Hauptlagerbereiche des Kurbelgehäuses bei der Montage von Neufahrzeugen auf ein angemessenes Niveau einzustellen. Sie werden auch bei Überholungen und Reparaturen verwendet.

Es ist notwendig, die Typen und Dicken der Lagerhalbschalen im Werkstatthandbuch zu überprüfen. Durch die Verwendung von Lagerhalbschalen, die ein oder zwei Stufen dicker sind als die derzeit verwendeten, kann das Spiel verringert werden. Wenn sich das Spiel jedoch aufgrund von Problemen mit der Kurbelwelle selbst erhöht hat, z. B. durch Abplatzen der Hartverchromung auf der Oberfläche des Hauptkröpfzapfens oder des Kurbelwellenstumpfes, muss die Kurbelwelle ersetzt werden, nicht nur die Lagerhalbschalen.

Darüber hinaus müssen in Fällen wie bei Nockenwellen, bei denen sich keine Lagerhalbschalen in den Nockenwellenlagern befinden und der Zylinderkopf diese direkt stützt, bei denen die Ursache für das erhöhte Spiel auf der Seite des Nockenwellenlagers liegt, möglicherweise der Zylinderkopf ausgetauscht werden.

Wann ist Plastigage effektiv?

Das Spiel des Pleuel-Großlager kann ebenfalls mit Plastigage gemessen werden. Da das Pleuel während der Messung anfälliger für Bewegung ist als die Kurbelwelle, halten Sie es fest und ziehen Sie die Kappenmuttern an.

Das Spiel des Pleuel-Großlager beträgt 0,035–0,059 mm. Wenn man die Plastigage-Verpackung betrachtet, entspricht dies ziemlich genau der Bandbreite von 0,038 mm, was bedeutet, dass es am unteren Ende des Standardbereichs liegt, also derzeit kein Verschleiß vorhanden ist.

Für Sonntagsmechaniker und Amateure, die das Spiel von Motordrehteilen messen, kann die Entscheidung zwischen der Verwendung eines Mikrometers + Innenmesstasters oder Plastigage auf den Kosten für die Anschaffung der Werkzeuge und ihrer Häufigkeit der Verwendung basieren.

Ein Mikrometer + Innenmesstaster ist für die präzise Spielmessung unerlässlich, aber die Anschaffung beider kann leicht über 10.000 Yen kosten. Wenn dies eine "einmalige" Aufgabe in Ihrem Motorradleben ist, ist Plastigage, das für etwa 1.000 Yen erhältlich ist, ausreichend praktisch.

Stimmen die aus beiden Messmethoden gewonnenen Spielwerte überein? Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sie nicht perfekt übereinstimmen, aber sie sollten Annäherungen innerhalb des akzeptablen Bereichs sein. Die Gründe für die Abweichung sind folgende:

1: Unterschiede in den Messbedingungen
・Mikrometer + Innenmesstaster misst einzelne Komponenten ohne Last.
・Plastigage misst unter realen Bedingungen mit angelegtem Anzugsdrehmoment.
・Selbst bei korrektem Drehmoment kann die Verformung durch das Anziehen die Messung beeinflussen.

2: Unterschiede in der Messposition
・Ein Innenmesstaster kann an verschiedenen Stellen messen, um den Durchschnitts- oder Minimalwert zu ermitteln.
・Plastigage zeigt nur den lokalen Spalt an, wo der Messstreifen gequetscht wurde.

3: Unterschiede in der Auflösung
・Mikrometer + Innenmesstaster kann durch Berechnung Werte in 0,01-mm-Schritten ermitteln.
・Plastigage basiert auf dem visuellen Vergleich mit aufgedruckten Bandbreiten.

Wenn Genauigkeit oberste Priorität hat, ist ein Mikrometer + Innenmesstaster die Wahl. Die von den Motorradherstellern selbst festgelegten Standardwerte haben jedoch einen Bereich. Der Standardwert für das Spiel zwischen Hauptkröpfzapfen und Lager in diesem Motor beträgt 0,014–0,038 mm, ein Bereich von 0,024 mm. Die Servicegrenze beträgt 0,08 mm, was eine Marge von 0,042 mm vom oberen Grenzwert des Standardwerts bis zur Servicegrenze lässt.

Andererseits hat das grüne Plastigage Zahlen von 0,025–0,076 mm, die für vier verschiedene Bandbreiten aufgedruckt sind. Basierend auf der Beziehung zwischen diesen fällt die gequetschte Breite des hier verwendeten Plastigage in den Standardbereich, wenn es sich innerhalb des Bereichs des Messstreifens befindet, was darauf hindeutet, dass kein Lageraustausch erforderlich ist.

Wenn das Ziel darin besteht, das Spiel aller Lagerhalbschalen zu standardisieren (oder zumindest nahe an einen einheitlichen Wert zu bringen) oder das Spiel zu maximieren, um den Reibungsverlust zu reduzieren, dann ist ein Mikrometer + Innenmesstaster, der tatsächliche Abmessungen misst, zuverlässiger und nützlicher. Für die routinemäßige Wartung ist Plastigage jedoch ausreichend praktisch.

Die Messung des Spiels mit Plastigage ist eine interessante Aufgabe, die Neugier und den Forschergeist für Motoren wecken kann. Verschleiß an Kurbelwellen, Pleueln und Nockenwellen wird jedoch am häufigsten durch schlechtes Motormanagement verursacht. Daher ist es wichtig, regelmäßige Ölwechsel sorgfältig durchzuführen, um die Notwendigkeit von Spielmessungen bei Motorreparaturen zu vermeiden.

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