Verschleiß, Betriebszahlen und Wirtschaftlichkeit von Verbrennungskraftmaschinen

298 Pages·1952·20.416 MB·German

by  Dr.-Ing. Carl Englisch (auth.)

Die
Verbrennungskraftmaschine
Herausgegeben von
Prof. Dr. Hans List
Graz
Band 14
Verschleif3, Betriebszahlen und Wirtschaftlichkeit
von Verbrennungskraftmaschinen
Wien
Springer-Verlag
1952
Verschlei6, Belriebszahlen und
Wirlschafllichkeil von
Verbrennungskraftmaschinen
Von
Dr.-Ing. Carl Englisch
Gl.lteborg
Z wei t e, erweiterte Auflage
Mit 393 Textabbildungen
Wien
Springer-Verlag
1952
ISBN-13: 978-3-211-80286-1 e-ISBN-13: 978-3-7091-8002-0
DOl: 10.1007/978-3-7091-8002-0
AlIe Rechte, insbesondere das der Ubersetzung
in fremde Sprachen, vorbehalten
Copyright 1943 and 1952 by Springer-Verlag in Vierwa
Vorwort znr ersten Anflage.
Wird die durch Zusammenarbeit von Gestalter und Werkstatt auf Grund schopfe
rischer Gedanken, theoretischer Erwagungen und praktischer Erfahrungen ausgefiihrte
Verbrennungskraftmaschine nach Erprobung der neuen Bauart durch eine Versuchs
maschine, gegebenenfaHs auch nach Bewahrung mehrerer Maschinen, fiir den Verkauf frei
gegeben, so folgt darauf im praktischen Betrieb die scharfste Erprobung von unerbitt
lie her Strenge. Unter oft rauhen Betriebsbedingungen und haufig iiberdies bei unzu
reichender Pflege muB die Maschine gegeniiber den Erzeugnissen des Wettbewerbes be
stehen; sie muB wahrend einer angemessenen Lebensdauer betriebssicher und verlaBlich
arbeiten und wird sich nur dann durchsetzen konnen, wenn sie sich im Betrieb auf die
Dauer so wirtschaftlich zeigt, als dies im Hinblick auf den augenblicklichen Entwicklungs
stand del' Technik gefordert werden kann.
VerschleiBerscheinungen am Motor und Instandhaltungskosten hangen eng zusammen.
VerschleiB bedeutet Verlust, nicht nur an Werkstoffen, sondern auch an aufgewendeter
Arbeitskraft und Arbeitszeit, bedeutet demnach unwiederbringlichen Verlust an Volks
giitern im weitesten Sinn. Den VerschleiBursachen nachzuforschen und den VerschleiB
moglichst einzudammen, ist eine vordringliche Aufgabe fiir unsere gesamte Werkstoff
wirtschaft und fiir jeden Einzelnen, del' mit del' Auswahl des Werkstoffes und dessen Ver
arb eitung zu tun hat. Der erste Teil dieses Bandes ist daher den wichtigsten, in den Verbren
nungskraftmaschinen zu beobachtenden VerschleiBerscheinungen gewidmet; entsprechend
ihrer Bedeutung fiir die allgemeine Volkswirtschaft ist dieser Abschnitt verhaltnismaBig
stark betont worden. Es soHte hier versucht werden, dem Ingenieur das ihm vielfach etwas
fremde VerschleiBgebiet naher zu bringen.
Anschaffungskosten, Betriebskosten und Instandhaltungskosten beeinflussen grund
legend die Wirtschaftlichkeit. Unter den Betriebskosten nehmen wieder jene fiir die
Betriebsmittel den ersten Platz ein. Der Zweck des zweiten Abschnittes dieses Bandes
soIl es sein, einen Uberblick iiber den Betriebsmittelverbrauch del' heute iiblichen Motoren
bauarten zu geben, Vergleiche iiber die Verbrauchsziffern verschiedener Motoren zu e1'
moglichen und diese gegebenenfalls fiir Neuausfiih1'ungen voreinschatzen zu lassen.
Der Kriegsverhaltnisse halber konnten die Verbrauchsangaben nicht in wiinschens
wertem Umfang erhalten werden, es sind daher in diesem Abschnitt einige fiihlbare Liicken
offen ge blie ben.
1m dritten Abschnitt des Bandes wird endlich kurz aufgezeigt, wie sich die Wirtschaft
lichkeit der Verbrennungskraftmaschinen erfassen laBt. Gerade diesel' Abschnitt laBt sich
aber heute, wo nicht die das normale 'Virtschaftsleben beherrschenden Grundsatze im
Vordergrund stehen, im starkeren MaB nodi als die vorhergehenden, nicht so darstellen,
wie normale Zeiten es erlauben und erfordern wiirden. Es ist daher hier bei einigen grund
satzlichen Andeutungen geblieben.
Es ist mir eine angenehme Pflicht, meinen Dank allen jenen zu sagen, die das Zu
standekommen del' Arbeit gefordert haben : Herrn Professor LIST fiir vielfache Anregungen
und Unterstiitzungen, die er mir bei der Abfassung der Arbeit zuteil werden lieB; Herrn
S. PAOHERNEGG fiir maBgebende Mitarbeit, vor aHem in Abschnitt 2; den zahlreichen
Werken, die reichlich Versuchsmaterial und Zeichnungen zur Verfiigung gestellt haben,
endlich auch dem Verlag fiir die mustergiiltige Ausstattung des Bandes.
Frankfurt a.M., im April 1943.
C. ENGLISCH.
Vorwort znl' zweiten Auflage.
Die Uberarbeitung fur die Neuauflage erstreckte sich auf die Verwertung neu gewon
nener Erfahrungen zur Bekampfung des motorischen VerschleiBes und auf die Aufnahme
der Verbrauchsbilder neuerer Motoren; solche von veralteten Bauarten wurden dagegen
fortgelassen. - Den Firmen, die durch Uberlassung von Unterlagen die Ausgestaltung
dieser Abschnitte ermogIichten, sei hier auf das beste gedankt.
Hinsichtlich des Abschnittes "Wirtschaftlichkeit" sind die Verhaltnisse auch heute
noch allenthalben derart ungeklart, daB es hier bei grundsatzlichen Angaben bleiben
muBte.
Herm Professor LIST danke ich fur die bei der Neubearbeitung gewahrte Unterstut
zung, dem Verlag fur die Ermoglichung der Neuauflage sowie fUr die sorgfaltige Aus
fuhrung derselben.
Rankweil, im Februar 1952.
C. ENGLISCH.
Inhaltsverzeichnis.
Erster Teil.
Verschleifi in Verbrcnnungskl'aftmaschinen.
Seite
Einleitl1ng
A. Allgemeines libel' Vel'schleifierscheillullgen
I. Die Begriffe "Abnutzl1ng" und "VerschleiB" .
II. VerschleiBarten . . . . . . . . . 2
1. Tl'ockene und gleitende Reibl1ng 4
a) GesetzmaBigkeiten . 4
b) Veranderung del' Oberflachen: Einlaufen 5
c) Beanspruchungen in den Oberflachen 6
d) EinfluB del' Oberflachenbearbeitung 8
2. Geschmiel'te gleitende Reibung 8
3. Rollende Reibung, trocken . . . . . . 9
4. Rollende Reibung geschmiel'ter Teile II
5. Geschmierte Gleitflachen und verunreinigtes Schmiermittel 12
6. Reiboxydation. ......... . 15
7. VersehleiG dumh Schlagbeanspruchl1ng 17
III. Vel'sehleiBverhalten verschiedenel' \Vorkstoffe 17
1. Gl1Beisen auf GuBeisen . . . . . . . . 18
2. Stahl auf Stahl . . . . . . . . . . . . 24
ex) KohlenstoffsUihle, Baustahle und Vergi'ttungsstii,hle . 24
(J) Vel'schleiB von weichem Stahl (0,04 C) auf gehartetem Chromstahl 28
y) EinfluB del' Legiel'ung auf den VerschleiB 29
0) Einsatzstahle . . . . . . . . . . 29
3. GuBeisen auf Stahl . . . . . . . . . 31
4. VerschleiBverhalten von Leichtmetallen .. 33
Schrifttum 34
B. Verschleifi von ll'Iotorbauteilell 35
1. Zylinder und Kolbenringe 35
1. Das Vel'schleiBbild im Zylindel' 35
2. VerschleiBerscheinungen an den Kolbenringen 37
3. VerschleiBfortschritt . . . . . 40
4. VerschleiBbedingungen 41
a) Innere Vel'schleiBbedingungen 42
ex) Gefiigeausbildung . . . . 42
(J) Spannung del' Kolbel1l'inge 52
b) Au Bore V8rschleiBbedingungen 53
ex) Betriebsbedingungen . . . 55
(J) EinfluB del' Reinh8it von Ansaugluft und Schmiel'ol 61
}'J EinfluB del' Qualitat des Kraftstoffs. 62
5. MaBnahmen gcgen den ZylinderverschleiB 66
a) Gestaltung . . . . . . . . . . . . 66
b) Werkstoffe . . . . . . . . . . . . 69
6. Obel'flachenbehandlung von Kolbenl'ingen, Laufflaehenbehandlung von Zylindern 76
7. Instandsetzung ausgelaufener Zylinder . . . . . . . . 77
8. Korrosion an den AuBenseiten von Zylinderlaufbuchsen 78
Schrifttum 79
II. Kolben. 80
1. Kolbenwerkstoffe 80
a) GrauguB 81
b) SonderstahlguB 81
e) Leichtmetall-Legierungen 81
VIII
Seite
2. Laufeigenschaften von Kolbenlegienmgcn . 87
3. Gestaltung, Bearbeitung und VerschleiB 87
a) Kolbenschaft. . . . . . . . . . . . 87
b) Kolbenringnuten. . 89
c) Kolbenbolzenlocher und Kolbenbolzen 90
d) Kolbenboden . . . . . . . . . 91
4. Oberflachenbehandlung del' Kolben 92
a) Eloxieren del' Leichtmetallkolben . 92
b) Metallische Schutzschichten auf Kolben 93
0<) Verzinnen 93
(3) Verkadmieren . 93
y) Verbleien . . . 93
c) Nichtmetallische Schutzschichten 93
Schrifttum 94
III. Filter 94
1. Luftfilter. 94
Schrifttum 100
2. Fliissigkeitsfilter 100
IV. Ventile, Ventilsitze und Ventilfiihrungen 104
1. Ventile .... . . . . . . . . . 104
a) Ventilkegelwerkstoffe. . . . . . 105
b) VerschleiBerscheinungen am Venti I und Ventilschaden 1I0
c) Formgebung und VerschloiB . . 113
d) Korrosionsangriffc am VentiI . . . . . . . . . . . 1I4
e) Kii.nstliche K iLhlung von Venti len . . . . . : . . . 1I4
f) Erhohen des Widerstandes an den verschleiBbeanspruchten Stellen des Ventils 1I5
Schrifttum 1I6
2. Ventilsitze 116
Schrifttum 121
3. Ventilhi.hrungen 121
V. Gleitlager. . . . . 123
1. Verschlei13ursachen 127
2. Lagerwerkstoffe. . 130
a) IVei13metallager 132
b) Kadmiumlager . 138
c) Bleibronzelager. 139
d) Leichtmetallager . 143
0<) Aluminiumlagermetalle 143
(3) Magnesiumlagermetalle 146
e) Bronzelager . . 146
f) Zinklagermetalle 148
g) Messinglager . 148
h) Gu13eisenlager . 149
i) Sintermetalle 149
k) Kunstharz-Pre13stofflager 149
3. StOrungen in Gleitlagern . 150
Schriftturn 151
VI. Wiilzlager. 151
Schrifttum 154
VII. Kurbelwellen 154
Schrifttum 159
·VIII. Zahnrader 159
Schrifttum 162
IX. Schmierol und VerschleiB 162
Schrifttum 164
IX
Zwoiter Teil.
Verbrauch von BetriebsmitteIn.
Seite
A. Kraftstoffverbrauch 165
I. Einleitung . 165
II. Kraftstoffverbrauchsmessungen 165
1. Allgemeines . . . . . . . 165
2. Verbrauchsmessungen mit fIussigen Kraftstoffen 172
a) Gewichtsmessung ........... . 172
b) V oIumetrische Messungen . . . . . . . . . 173
c) Unmittelbare MessLmg des Verbrauches je Zeiteinheit 174
d) Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . 174
3. Vel'brauchsmessungen mit gasf6rmigen Kraftstoffen 175
4. Verbrauchsmessungen mit festen Kraftstoffen 176
III. Mechanischer Wirkungsgrad und Vel'brauch. . 177
IV. Einflul.l del' Eigenschaften del' Betriebsstoffe auf den Vcrbrauch 181
V. WarmebiIanzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
VI. Durchfiihrung und Auswertung von Kraftstoffverbrauchsmessungen 183
1. Ortsfeste Motoren . 183
2. Schiffsmotoren . 183
3. Fahrzeugmotoren 184
Schrifttum 187
VII. Verbrauchsangaben ausgefiihrter Motoren . 188
I. Dieselmotoren 191
a) Raschlaufende Dieselmotoren fiir Kraftfahrzeugo 191
<X) Viertaktmotoren. . . : . . . . . . . . . 191
f3) Zweitaktmotoren. . . . . . . . . . . . . 202
b) Raschlaufende Dieselmotoren fiiI' SchienenfahI'zeuge 209
<X) TI'iebwagenmotoI'cn . 209
f3) Verschublokomoti yen . 211
y) Lokomotivmotoren. 213
c) Ortsfeste Motoren 214
<X) Viertaktmotoren . 219
f3) Zweitaktmotoren. 219
d) Schiffsdieselmotoren 223
<X) Viertaktmotoren . 225
f3) Zweitaktmotoren. 226
e) Aufgeladene Viertakt-Dieselmotoren 228
f) Zweitaktdieselmotoren mit KuI'belkastenspiiIpumpe 233
2. Niederdruekmotoren. 234
3. GIuhkopfmotoren. . 237
4. Ottomotoren . . . . 238
a) Fhissige Kraftstoffe . 238
IX) Viertaktmotoren . 240
f3) Zweitaktmotoren. 245
y) Hochverdichtende Ottomotoren 246
b) Gasmotoren . . . . . . 247
1. Ortsfeste Gasmotoren. 247
<X) Druckgasmotoren . 248
f3) Sauggasmotoren. . 250
2. Gasmotoren im KI'aftwagcnbetI'ieb 251
<X) Speichergase 252
f3) Generatorgas . . . . . . . . 254
x
Seite
5. Motoren mit Diesel-Gas-Betl'ieb. . . . 254
a) Fahrzeugmotoren. . . . . . . . . 255
(X) Diesel-GasbetTieb mit Fliissiggas. 255
(J) Diesel-Gasbetl'ieb mit GeneTatOl'gas 256
b) Ortsfeste Motol'en. 257
6. KohlenstaubmotOl'en 259
Schrifttum 259
B. SchmierOlverbrauch ............ . 260
I. Tauchschmiel'ung . . . . . . . . . . . . 260
1. Tauchschmienmg mit sinkendem Olstand . 260
2. Tauchschmiel'1mg mit unve:dinderlichem Olstand 260
II. Frischolschmierung 261
III. Druckumlaufschmierung . . . . . . . . . . 261
1. Dl'uckumlaufschmierung mit nassem Olsumpf 261
2. Druckumlaufschmicrung mit Trockensumpf 261
IV. Mischungsschmiel'ung . . . . . . . . . . . 261
V. Schmierolverbl'auchsmessungen und Olvel'brauch ausgefiilil'tel' Motoren . 262
C. Kiihlmittelverbl'auch 266
I. "\Vassel'kiililung 266
1. Fl'ischwassel'kiililung 266
2. Umlaufkiihlung. . . 266
3. Vel'dampfungskiihlung 267
II. HeiBkuhlung 267
III. Olkiihlung 267
IV. Luftkiihlung 267
Dl'ittel' Teil.
Wirtsehaftlichkeit.
A. Allgemeines 270
B. Ortsfeste Anlagen und Schiffsanlagen 270
1. Feste Kosten. . . . . . 270
2. Betl'iebskosten . . . . . . 271
a) Kosten fill' Bedienung und Wartung 271
b) Botriebsmittelkosten . . . . . . . 272
i\) KTaftstoff-Kosten . . . . . . . 272
(J) Kosten fiir Schmiel'mittel und Putzmittol 275
c) Instandhaltungskosten . . . . . . . . . 276
3. MaBnahmcn zur Erhohung del' Wirtschaftlichkeit 278
C. Kraftfahrzeuge . . . . . 279
1. Feste Kosten. . 279
2. Laufende Kosten 280
a) Betriebsstoffkosten . 280
b) Kosten fill' die Bereifung. 282
c) Instandhaltungskosten 283
3. Wil'tschaftlichkeitsberechnungen 285
D. Schleppermotoren und Hilfsmotoren in del' Landwirtschaft 287
Schrifttum 288
E. SchluJlwort 288
Berichtigungszette 1
S. 5, Z. 17 von unten: lies: ... abel' nul' einen statt: ... abel' einen.
S.5, Z. 17 von unten: lies: VerschleiBerscheinungen statt: VerschloiBerr;choinrmgon.
S. 6, Z. 12 von unton: lies: . statt: ;
S. 18, Z. 12 von unton: lies: lamollar statt: lamallar.
S.38, Z. 16 von oben: lies: S.47 statt: S.49.
S.55, Z. 2 von unten: lies: Abb. 93 statt: Abb. 90.
S.69, Z. 2 von oben: lies: getrachtot statt: betrachtet.
S.74, Z. 13 von oben: lies: soheint statt: erscheint.
S. 100, Z.22 von oben: lies: in m6glichst statt: cntfernt von.
S. 163, Z. 15 von unten: lies: Schutzschicht statt: Schmutzschicht.
S.188, Z.26 von oben: und S.189, Z. 7 von obon: lies: L],).,t statt: .111)81'
S. 188, Z. 22 von oben: lies:..11) I statt: ..11).
S. 206: Naoh dem ersten Absatz von oben ist del' letzte Absatz auf S. 207 und fort bis S. 209 Zll Ie sen ;
dann erst folgt del' Abschnitt: "Luftgekiihlte IHotoren".
S.233, Z. 1 von oben: lies: Einstollung statt: Einsteuel'ung.
S.269. Nach Z. 15 von oben ist einzufiigen:
Soh l' i f t tum.
1. RIEmr: Lei8tungsol'h6hl.mg del' Vicrtakt-Dieselmotorf'll. Z. VDl Bd. 67 (1923) S. 763.
2. BRUOE: Some Factors Limiting the Power of Diosel Engines. Transact. lnst.. Eng. Shipbuild
Scotl. 1924.
S.278, streichen von 'Wort "fiir ... " in Zeile 21 von oben bis 'Vort " .. . jedoch" in Z. 22 von oben.
S. 278, Z. 4 von unten: lies: 0,04 statt: 004.
S.284, Zahlentafe15, Z. 3 von oben: lies: 80% statt: 8%.
S.288, Z. 7 von oben: lies: Betriebsstunclenzahlen statt: Betriebsstunden zahkn.