Website van Martin

 

Fabrikanten bouwen nokkenassen in hun motoren die zorgen voor een flexibel motorkarakter
(zodat iedereen bij een stoplicht vlot weg kan komen), voor een laag brandstofverbuik en een lage milieubelasting enz. enz.

Wil je meer vermogen, en je vindt het niet erg dat er onder pakweg 3500 toeren vermogen wordt ingeleverd dan kun je  “snelle” nokkenassen inbouwen.
Dergelijke nokkenassen hebben vaak een langere openingsduur in combinatie  met meer lift waardoor er meer tijd beschikbaar is om de cilinder met een brandbaar mengsel te vullen.
Voor heel veel motoren zijn dergelijke nokkenassen gewoon te koop waarbij je vaak ook nog kunt kiezen uit een grote variatie in openingsduur en lift. Het kiezen van een nokkenas met de voor jou meeste geschikte openingsduur en lift is en blijft echter erg moeilijk.
Omdat dergelijke nokkenassen meestal ook niet echt goedkoop zijn is het aantrekkelijk om ze zelf te slijpen zodat je hiermee (voor niet al teveel geld) op een vermogenstestbank kunt experimenteren.

Het maken van een as is niet moeilijk,  maar het slijpen van een nokprofiel op deze as is natuurlijk heel andere koek. Vroeger werd een profiel op papier getekend en overgenomen op een zogenaamde “moedernok”.  Door mechanisch te copieren werd dan een profiel op een as geslepen, Ludwich Apfelbeck geeft van deze methode een uitgebreide beschrijving in zijn boek “Wege zum Hochleistungs-Viertaktmotor” (dit boek is "verplichte kost" voor de serieuze tuner, er is zelfs een Nederlandse vertaling van!). Tevens geeft Apfelbeck in zijn boek een tekening van een nokcopieermachine (dit is een twee-assige machine waarbij de "moedernok" dezelfde grootte heeft als de te slijpen nokken).

Met de komst van de computer is dit allemaal veranderd, er zijn nu computerprogramma's waarin je de klepbedieningsmechaniek kunt tekenen en waarin je de gewenste openingsduur, maximale lift, rampsnelheid, ramphoogte, de maximale versnelling en de maximale vertraging, e.d. kunt opgeven.  
(kijk onderaan in dit artikel voor wat meer informatie over maximale versnelling en maximale vertraging e.d.).
Het programma produceert vervolgens de slijpgegevens voor de nok in de vorm van een veelvoud aan coördinaten.

Het in de computer invoeren van de gewenste openingsduur en maximale lift is niet zo’n punt, maar de maximum versnelling en de maximum vertraging is echter nog niet zo eenvoudig,  je weet immers niet wat bijvoorbeeld de maximale versnelling kan zijn voordat de klepbediening van een bepaalde motor het laat afweten ! 
Dergelijke maximale waardes worden mede bepaald door de soort klepbediening van de motor.
Mijn oude Triumph heeft bijvoorbeeld een klepbediening met stoterstangen, een dergelijke klepbediening is minder sterk dan bijvoorbeeld de enkele bovenliggende nokkenas met tuimelaars zoals gemonteerd in mijn Laverda. 
Met name de maximaal toelaatbare versnelling zal bij een stoterstangbediening lager zijn.
Dit is allemaal zeer moeilijk te berekenen, en hiermee experimenteren lijkt mij ook niet zo verstandig !

Het kan ook anders. In computerprogramma's voor het ontwerpen van nokkenasprofielen kunnen meestal klepliftgrafieken worden ingevoerd waarna dit programma de maximale versnellingen en vertragingen e.d. uitrekent.
Het is daarom verstandig om van zoveel mogelijk (race) nokkenassen (bestemd voor alleen jouw type motor natuurlijk) klepliftgrafieken te maken (graden versus lift). Zie elders bij "Tuning" voor informatie over het maken van een klepliftdiagram.
Mocht je op het internet ergens een (gedetaileerde) klepliftgrafiek van je motor tegenkomen, downloaden. Kun je van een kennis een (race)nokkenas lenen waarvan je de gegevens nog niet hebt, altijd doen.

Op een dergelijke manier weet je op den duur wat voor jouw type motor acceptabele waardes voor versnellingen en vertragingen e.d zijn zonder te hoeven experimenteren.

Nadat de maximale versnellingen en vertragingen e.d. bekend zijn kan een nieuw nokkenas-profiel m.b.v. het computerprogramma gemaakt worden.  Het computerprogramma komt met een “default” nokkenasprofiel. 
Nadat de openingsduur en maximale lift en acceleratie e.d. in het computerprogramma allemaal zijn aangepast wordt een enorme hoeveelheid coördinaten geproduceerd waar een CNC gestuurde machine een nok van zou kunnen maken.
Voor meer nauwkeurigheid maak ik echter gebruik van "moedernokken" die een veel grotere basiscirkel hebben dan de later te slijpen nokken. Zie ook het onderstaand filmpje en de foto's.
Alle coordinaten zet ik daarom in het programma Autocad op een basiscirkel van R=65 mm (commando “Offset”). 
Hiervoor is het allereerst nodig dat alle coordinaten op een manier worden geschreven waar Autocad mee overweg kan, de coordinaten moeten al volgt zijn geschreven : 0.000,0.000. De coordinaten kun je indien nodig met behulp van het programma Excel en met de daarvoor benodigde formule aanpassen.
Om alle coordinaten daarna in Autocad te kunnen invoeren kun je het beste een "Script" document gebruiken anders moet je de vele honderden coordinaten allemaal met de hand invoeren. Wanneer je een "Script" document gebruikt is alles een kwestie van "copieren" en "plakken".

Nadat Autocad de basiscirkel heeft aangepast op R=65 kan de "moedernok" worden gemaakt. Dit laat ik doen door iemand met een CNC gestuurde machine (is voor een dergelijke machine een kleinigheid).
Voor mijn Triumph (en voor alle motoren met een gelijke klepbediening) zijn op deze manier een zestal verschillende profielen gemaakt met allemaal dezelfde acceleratie waardes e.d.  Alle 6 hebben echter een andere openingsduur en maximale lift, zodat er volop geexperimenteerd kan worden!

Als de "moedernok" (basiscikel R=65) klaar is dan kan deze op een “Dummy” as worden gemonteerd zodat het profiel kan worden gecopieerd op ieder gewenste nokkenas, zie weer de foto's.
Omdat er met een grote "moedernok" wordt gewerkt (basiscirkel R=65) is hiervoor een drie-assige constructie nodig:
De eerste as, de "Dummy" as, zit in de drieklauw van de draaibank. Op deze "Dummy" as kan de CNC "moedernok" worden gemonteerd terwijl deze as daarnaast is voorzien van een gedraaid center zodat een nokkenas tussen centers kan worden opgespannen. Deze eerste as is tevens voorzien van een meeneemconstructie en een voorziening om de nokkenas "op tijd" te zetten.
De tweede as is voorzien van een zwenkarm waarop een volgrol is gelagerd die dezelfde diameter heeft als de te gebruiken slijpsteen.
De derde as is voorzien van een identieke zwenkarm en een constructie die het mogelijk maakt een slijpsteen met motor in lengte richting van de te slijpen nokkenas heen en weer te schuiven. De zwenkarmen van de tweede en de derde as zijn gekoppeld met een constructie die het mogelijk maakt "aanzet" te geven.

In onderstaand filmpje zie je hoe dit slijpen in z'n werk gaat (een Triumph nokkenas wordt hier geslepen) :


Op het bovenstaande filmpje lijkt het een ingewikkelde construktie, niets is minder waar. Een aantal foto's genomen tijdens het plaatsen van de slijpmachine op de draaibank maakt veel duidelijk:



Heb je een nokkenas geslepen dan is het verstandig om het resultaat eerst te controleren (graden versus lift) voordat je de nokkenas in een blok monteert. Dit kan bij een stoterstang klepbediening het beste worden gecontroleerd met behulp van een draaibank. Zie elders bij "Het maken van een klepliftdiagram".

Voor de Laverda (erg lang geleden) nieuwe assen gemaakt (materiaal:  16MnCr5, beide nokken inzetharden, hardingslaag 0,8 – 1 mm,  harding  60-63 Rc).

Tegenwoordig worden nokkenassen ook wel opgelast met bijvoorbeeld een Stellite elektrode.
Er worden regelmatig (meer of minder versleten) nokkenassen op marktplaats e.d. aangeboden.
Dit kost erg weinig, en wanneer een Stellite eletrode wordt gebruikt dan kan het harden ook achterwege blijven!
Daarom zijn de Triumph nokkenassen opgelast en naderhand geslepen.


Over "Ramps", maximale versnelling en maximale vertraging e.d. :


Over bovenstaande grafiek:

Klepliftkrommes:
Er zijn twee klepliftkrommes zichtbaar: in rood een jaren 50 / 60 Triumph "High Performance" E3134 profiel (uitlaat), en in donkerblauw een modern nokkenasprofiel (inlaat).
Dit moderne profiel heeft meer lift en openingsduur en heeft duidelijk zichtbare "Ramps".
(rechte gedeeltes met een constante lage lifttoename om de klepspeling geleidelijk op te heffen).


Snelheidslijnen:
De rose lijn hoort bij de rode klepliftkromme, de groene lijn hoort bij de donkerblauwe klepliftkromme. Deze beide lijnen stellen de snelheid voor van een object die de bijbehorende klepliftkromme volgt. De snelheid is maximaal wanneer de maat "X" in de afbeelding rechts het grootst is (omtreksnelheid het hoogst).
Aan deze twee lijnen is goed te zijn dat de openingssnelheid bij 3,5 mm (rood) en bij 4 mm kleplift (donkerblauw) al maximaal is en dat de snelheid bij maximum lift nul is.


Acceleratie / vertraging:
Acceleratie en vertraging spreekt voor zich, betekent een wijziging in de snelheid.
De gele lijn hoort bij de rode klepliftkromme, de lichtblauwe lijn hoort bij de donkerblauwe klepliftkromme. Deze lijnen stellen de acceleratie / vertraging voor van de klepbedieningsonderdelen en daarmee samenhangend de belasting.
Deze waarden mogen niet te groot worden anders krijg je "brokken".
Het is duidelijk te zien dat het openen en sluiten van een klep zondermeer voor de meeste acceleratie (en daarmee belasting) zorgt. Het openen van de klep door een modern nokkenasprofiel zorgt in dit geval voor ongeveer een 10% hogere maximale belasting (bij gelijkblijvend maximum toerental).

Het is ook duidelijk te zien dat de acceleratie veroorzaakt door het openen van de klep al bij 3 mm (rood) en 4 mm kleplift (donkerblauw) overgaat in een negatieve acceleratie oftewel een vertraging. Dat betekent dat al na 3 en 4 mm lift de klepveer moet zorgen dat de nokvolger op de nok blijft gedrukt !
De gele en de lichtblauwe lijnen onder de nul-lijn stelt dus de vertraging voor.
Het is duidelijk zichtbaar dat de benodigde klepveersterkte voor de modernere nokkenasprofiel nauwelijks groter hoeft te zijn dan bij het oude E3134 profiel (bij gelijkblijvende klepbediening en toerental).

 

"Snelle" nokkenassen geven vrijwel altijd meer vermogen bij hogere toerentallen.
Wat kun je doen om klepbedieningsonderdelen geschikt(er) te maken voor hogere toerentallen:

1: Het is altijd een goed idee om de heen- en weer gaande klepbedieningsonderdelen zo licht mogelijk te maken
(alleen ergens materiaal weghalen op plekken waar de sterkte niet door wordt aangetast).
Ik gebruik daarnaast niet standaard klepveren, deze hebben minder windingen, zijn iets sterker, zijn beter geschikt voor meer lift en bestaat uit slechts 1 veer per klep waardoor er enorm op gewicht wordt bespaard (bij een klepveer wordt de helft van het gewicht van de veer als heen en weer gaande gewicht gerekend).  
     
2:
Stoterstangen bijvoorbeeld, maak ik van een moderne aluminiumsoort, hierdoor zijn ze aanmerkelijk sterker geworden en toch niet in gewicht toegenomen (het schijnt dat stoterstangen onder hoge belasting / toerentallen kunnen gaan buigen).

 

 

 

 

 

© www.mijn-eigen-website.nl (design)