Pleuel wiegen – schwer gemacht

Die Pleuel eines Motors zu wiegen und an ein einheitliches Gewicht anzupassen gilt seit jeher als hohe Tuning-Schule. Es geht dabei weniger um gesteigerte Leistung, als vielmehr um feineren Rundlauf und ausgewogene Massenverhältnisse. Ich wollte mir – neugierig, wie ich bin – den Spaß nicht nehmen lassen und Spencers Pleuel selbst anpassen. Learning by Doing, sozusagen. Es wurde ein langer Weg der Erkenntnis!

Die Theorie

Das obere Pleuelauge bewegt sich im Motor (in einer Dimension) auf und ab. Der Fuß rotiert hingegen im Kreis um die Kurbelwellenachse (in zwei Dimensionen). Daher müssen bei der Gewichtsangleichung oszillierende und rotierende Massen getrennt betrachtet werden. Das Verhältnis beider Größen beträgt beim Rover V8 etwa 24 zu 76%.

Besonders beim Einbau einer feingewuchteten Kurbelwelle (wie bei Spencer) sind perfekt austarierte Gewichte interessant – übrigens auch beim Kolben. Weil dann alle beweglichen Teile des Kurbeltriebs massenoptimiert sind. Der Serienstreuung beim Gießen und Bearbeiten der Bauteile wird damit entgegengewirkt, zumal sich wenige Gramm Unwucht bei höheren Drehzahlen schnell zu mehreren Kilos addieren. Und, wer will das schon?

Richtig wiegen lernen heißt siegen lernen

Man muss jedes Pleuel wegen der oszillierenden und rotierenden Massen an beiden Seiten separat wiegen. Dazu bringt man es genau in die Horizontale und wiegt die Enden mit möglichst geringer Reibung an den Auflageflächen, um Messfehler zu vermeiden. Im Internet finden sich dazu unzählige Beschreibungen, von denen ich in den letzten Tagen die meisten probiert habe. Ich komme aber zum enttäuschenden Schluss, dass 90% aller Berichte nichts taugen. Selbst Doppelwaagen oder das Aufhängen an dünnen Fäden bringt in meinen Augen nichts. Ich will gern erklären warum:

Ab in die Horizontale!

Die empfohlenen Methoden ignorieren meist, dass die Horizontale Lage des Pleuels entscheidend ist. 0,2° Abweichung verfälschen das Gewicht auf der Waage bereits wesentlich. Auch reibungsfreie, aber schwingende Fäden taugen nichts. Die Anzeige der Waage kommt nicht zur Ruhe, weil das Gewicht immer leicht pendelt. Und reproduzierbar ist da gar nichts.

Fehlerquellen ausschließen

Ich bin am Anfang selbst in mehreren Versuchen gescheitert, als ich das Pleuel zunächst auf einen dünnen Draht, bewegliche Kugeln oder am erwähnten Faden montiert habe (Messfehler von rund 5%!). Man muss also einen optimalen Messplatz schaffen, der es erlaubt, das Pleuel genau horizontal, mehrfach hintereinander mit gleichen Ergebnissen zu wiegen. Wenn die Gewichte der beiden Enden möglichst aufs Gramm genau dem Gesamtgewicht des Pleuels entsprechen ist man am Ziel.

Es gibt kein Over-Engineering

Am besten eignet sich daher eine maßgeschneiderte, statische Messeinrichtung. Zu viel Genauigkeit gibt es dabei nicht. Metall-Schrott aus der Reste-Kiste und etwas „Zubehör“ genügt aber trotzdem. Mein Konzept im Detail:

  • Das Fundament besteht aus einer 5 mm Stahlplatte – das Eigengewicht stabilisiert
  • Die Waage (ein zuverlässiger China-Kracher) steht auf einem stabilen Podest und kann sich dort keinen Millimeter bewegen
  • Das nicht zu wiegende Ende des Pleuels wird an einem höhenverstellbaren, stabilen Stahlwinkel fixiert, an dem im 90°-Winkel eine M5-Mutter verschweißt ist – diese nimmt einen Bolzen als Messachse auf
  • Der Bolzen trägt zwei kleine Kugellager (5×12 mm), die ich im Abstand von ca. 1 cm montiert habe (gut, wenn man nix wegwirft…)
  • Auf der Waage wird eine identische, aber nicht einstellbare Halterung mit kugelgelagerter Achse platziert
  • Durch die einseitige Verstellung kann man mit einer Wasserwaage und Testmessungen die Horizontale finden

Mit dieser Konstruktion konnte ich den Messfehler auf 0,7 Gramm bzw. 0,09% verringern. Ein, wie ich finde, vertretbarer Wert.

Silikonbuchsen drehen

Das Pleuel könnte nun auf die Achsen gelegt werden. Weil die Bohrungen von oberem Auge und Pleuelfuß aber nicht gleich groß sind (keine Horizontale!) habe ich mir PTFE-Rundmaterial (aka Silikon, 25 mm breit) besorgt und auf das passende Maß abgedreht. Ich habe dazu meine Bohrmaschine zweckentfremdet. So konnte ich für beide Seiten passende Buchsen herstellen, die saugend in das Pleuel passen. Der Innendurchmesser der Buchsen flutschte dann auf die Kugellager. So konnte ich die Pleuel im Nullkommanichts wenden und beide Seiten quasi ohne Reibung wiegen. Natürlich muss man dabei das Gewicht von Halterung plus Buchse auf der Waage abziehen bzw. die Waage entsprechend eichen.

Die Praxis

Die Pleuel von Spencers V8 sind Serienteile von Range Rover (Guss). An einigen Stellen kann man die Spuren der groben Werks-Bearbeitung gut erkennen. Mit meiner Feinwaage (0,1 Gramm genau) stellte ich eine maximale Abweichung des Gesamtgewichts von ca. 0,7% bzw. 4,3 Gramm fest. Die maximale Gewichtsdifferenz an einer Seite fand sich am oberen Auge von Pleuel Nummer Vier: 2,8 Gramm bzw. 2%. Pleuel Nummer Zwei wurde als (leichteste) Referenz auserkoren. Damit war klar, wo wie viel Gewicht entfernt werden musste.

Ran an den Speck

Mit einem Dremel konnte ich die Pleuel nun vorsichtig erleichtern. Der Reihe nach trug ich mit einem Fräser, grobem Korn, dem Fächerschleifer fürs grobe Finish und schließlich 600er Sandpapier als finaler Arbeitsgang Material ab. Immer wieder schleifen und wiegen, über mehrere Stunden… Aber Achtung: Pleuel darf man nicht strukturell schwächen! Das heißt: Keine Quer-Riefen am Schaft produzieren, nur längs am Schaft bzw. an den Außenseiten der Bohrungen arbeiten, Lagerstellen schützen und nie zu viel Material abtragen. Sonst beginnt der ganze Spaß von vorn.

Excel für Dummies

Um alle Messungen und nötige Veränderungen gut zu dokumentieren habe ich eine Tabelle erstellt, die mir beim Pleuel wiegen/optimieren eine große Hilfe war. Man kann sie hier downloaden (XLS). Aus der Liste ergibt sich automatisch das optimale Gewicht – und auch Messfehler habe ich versucht zu integrieren. Ziel ist es, den Messfehler und reale Abweichungen pro Seite auf unter 1 Gramm zu bringen.

Fazit

Der Weg ist ja bekanntlich das Ziel. Doch die erhoffte Erkenntnis fand sich beim Pleuel wiegen erst auf den allerletzten Metern eines Werkstatt-Marathons, der von mir einen langen Atem forderte. Gut 14 Stunden verbrachte ich mit dem Bau der Messeinrichtung und dem Wiegen/Angleichen (plus ~30 € Materialkosten). Nicht ansatzweise habe ich diesen zeitlichen Aufwand vorausgesehen.

Trotzdem: Es bleibt ein glücklicher Rückblick angesichts des erreichten Ziels und die Erkenntnis, dass Pleuel genau zu wiegen eine echte Wissenschaft ist! Die vermeintlich simplen Tipps aus den Weiten des Internets sind nur selten eine Lösung, weil ihre Ergebnisse kaum brauchbar sind. Im Zweifelsfall wird man beim Motorenbauer seiner Wahl besser bzw. schneller bedient (rund 40 € je Pleuel). Nur kann man dann nicht sagen, man hätte es selbst probiert… 😉

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7 Gedanken zu “Pleuel wiegen – schwer gemacht

  1. Bin „schwer“ beeindruckt. Super Sache!
    Nur aus Interesse hatte ich mich vor längerer Zeit mal mit dem Thema beschäftigt und bin dabei über das Hondaforum gestolpert. Vielleicht auch interessant für Dich, auch wenn es nur um 4 Zylinder geht. Insgesamt immer wieder erstaunlich, wie professionell oft hinter heimischen Garagentoren gearbeitet wird 🙂 (http://www.hondaforum.de/forum/showthread.php/178807-Mein-EG6-K20-Projekt-(-S48-Rotrex-Kompressor)/page43)
    Beste Grüße und weiter gutes Gelingen!

  2. Hi Sven,
    immer wieder interessant Deinen Weg zu verfolgen,
    wie ernst Du Dich auf die Dinge einlässt………………

    Ein befreundeter MG-Freak & Nürburgringfahrer hat
    vor Jahren mal seinen B-Vierzylinder „gesupert“ @
    da waren dann auch mal die Pleuel dran. Dazu hat
    er einen sehr pragmatischen Weg beschritten. Seiner
    Meinung nach handelt es sich hier um dynamische
    Massen, die möglichst gleich sein sollen. Gemessen
    oder gewogen hat er nichts. Er hat einfach unsere
    Schwerkraft befragt ! Dazu hat er seine Pleuel schön
    gleichmäßig auf einer Stange an Zylinder-förmigen
    Federn hängend, aufgereiht. Das Idealbild wäre hier,
    wenn alle gleich tief, im gleichen Winkel und ungekippt
    ( also in einer gedachten Achse ) , wie Ballettbeine
    hängen. Dann hat er an allen so lange rumgefeilt, bis
    sie frei floatend,wie die Zinnsoldaten hingen. @ der
    Motor läuft sehr vibrationsarm !
    Viel Erfolg , Axel

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