Het Café

[Tato]

Als het erg hoog zit, kun je het nog altijd aan Ed China vragen.
https://youtu.be/fQ9WWeoaKbA

[Breeze]

Leuk, Ed was ook een keer te gast in Project Binky. Voor wie dat niet kent:
https://www.youtube.com/watch?v=7hCPODjJO7s
Zeer de moeite waard, hoe je een gare Mini ombouwt naar een potente vierwielaangedreven bak. Nu al 37 afleveringen en hij rijdt bijna.

Adri

[Alfred]

Eerlijk gezegd wacht ik nog steeds op iemand die gaten schiet in mijn redenering. Alfred?

In een gesprek met Henk kwam het onderwerp aan bod.
Naar mijn mening verandert de spanning op de kopbouten van een cilinderkop niet door de compressie/verbrandingsdruk.
(Vervormingen en temperatuurinvloeden even buiten beschouwing gelaten).

De spanning van de bouten brengt een druk aan op het vlak tussen kop en blok. Zodra er een druk in een cilinder is wordt deze afgeteld van de druk op dit vlak zonder dat er iets verandert aan de trekkracht van de bouten. (Uiteraard zolang die druk niet hoger wordt dan de trekspanning van de bouten).

Misschien vergelijkbaar met het volgende. Stel je zet je garagekrik onder een brug. Zolang het hefvermogen van die krik (ver) onder het gewicht van die brug blijft, komt er niets in beweging. Alles wat je heft wordt afgeteld van wat de twee brugliggers dragen. Als je denkbeeldig het gewicht van die brug zou vervangen door trekbouten zullen die niets 'merken' van je krik.

Of zie ik dit verkeerd?

Grt. Alfred.

[henkr]

Nog een duit in het zakje:
De druk in de cilinder op het moment van compressie en verbranding is door de constructeur natuurlijk aardig berekend.
Stel nou eens dat je die druk tot oneindig zou kunnen opvoeren, dan komt er een moment dat de kop van het blok geblazen wordt.
Al lang voor dat moment beginnen de bouten al verder te rekken voordat ze breken.
Geef dit eens heel simpel grafisch weer in een grafiek met de druk op de x-as en de boutlengte op de y-as, dan kan ik niet geloven dat de grafiek ergens in het "luchtledige" begint maar gewoon op 0
Ik zou verwachten dat het geen rechte lijn wordt maar eerder in de buurt van een halve parabool.

[Breeze]

De spanning van de bouten brengt een druk aan op het vlak tussen kop en blok. Zodra er een druk in een cilinder is wordt deze afgeteld van de druk op dit vlak zonder dat er iets verandert aan de trekkracht van de bouten. (Uiteraard zolang die druk niet hoger wordt dan de trekspanning van de bouten).

Hier gaat de redenering in de fout. De kop en het motorblok worden door de voorbelaste kopbouten op elkaar gedrukt, een statische toestand bij stilstaande motor. De compressie en de verbranding veroorzaakt een drukverhoging in de verbrandingskamer, waardoor de kop en het motorblok uit elkaar gedrukt worden en dat verhoogt onvermijdelijk de trekkracht en dus de trekspanning in de kopbouten, die bovenop de (trek)voorspanning komt. Zolang de kop niet loskomt is er dus geen verlenging van de kopbouten. Bij het toenemen van de druk zijn er 2 (theoretische) kantelpunten. De eerste is wanneer de druk zo hoog is geworden dat de kop en het motorblok los van elkaar komen, er ontstaat dan een spleet en de koppakking gaat (kan gaan) rammelen. Dit punt wordt bereikt als de kracht omhoog op de kop door de verbrandingsdruk groter wordt dan de kracht waarmee de kopbouten de kop omlaag trekken . Het tweede kantelpunt is als de druk zo hoog is geworden dat de kopbouten breken, na te zijn gaan vloeien. Maar dat is theoretisch, want na het loskomen van de koppakking, verdwijnt de verbrandingsdruk door de kopspleet.
Waarom breekt er dan soms toch een kopbout. Dat komt bijna altijd door vermoeiing. De wisseling van de druk in de verbrandingskamer veroorzaakt ook een wisseling van de spanning in de kopbouten, evenredig met het toerental. Gelukkig kan je berekenen hoe laag de materiaalspanning moet blijven om een vermoeiingsbreuk te voorkomen. De spanning in de kopbouten kan je verlagen door meer of dikkere bouten toe te passen.

Misschien vergelijkbaar met het volgende. Stel je zet je garagekrik onder een brug. Zolang het hefvermogen van die krik (ver) onder het gewicht van die brug blijft, komt er niets in beweging. Alles wat je heft wordt afgeteld van wat de twee brugliggers dragen. Als je denkbeeldig het gewicht van die brug zou vervangen door trekbouten zullen die niets 'merken' van je krik.

Of zie ik dit verkeerd?

Met de hefbrug-analogie moet ik toch wel heel diep nadenken. Je vergelijkt het gewicht (massa) van de brug met trekbouten. Dat zijn onvergelijkbare grootheden, dus daar gaan mijn hersenen al in hele moeilijke kronkels spartelen.
Toch een poging. Het gewicht van de brugmassa is een kracht omlaag op de krik. Dus dat vergelijk jij met trekbouten, die de krik omlaag belasten, neem ik aan.

Zolang het hefvermogen van die krik (ver) onder het gewicht van die brug blijft, komt er niets in beweging. Alles wat je heft wordt afgeteld van wat de twee brugliggers dragen.

Dus je zegt hier dat als de massa van de brug het hefvermogen van de krik overschrijdt, er iets in beweging komt. Ik zie dan alleen maar een spastisch (sorry, ik bedoel plastisch) vervormde krik.
Wat bedoel je met "alles wat je heft"? Is dat de beweging van de brug of een (extra) last op de brug?
Tot zover ben ik gekomen, maar ik kom er nu niet meer uit.

Adri

[H@ns]

Maar impliciet zeg je nu dat de “rekbouten” in de cilinderkop toch een soort elasticiteit bezitten. Waarmee mijn theorie- de bouten passen zich aan- zou kloppen…

Hoe dan ook; ik denk dat we het er over eens zijn dat de bouten onderhevig zijn aan wisselende druk/spanning.

[Breeze]

Ik zeg expliciet dat elk materiaal, dus ook staal, elastisch is. Dat noemen we in de materiaalkunde de elasticiteitsmodulus. Van staal is dat 210 000 MPa (N/mm2). En de kopbouten zijn niet aan druk- maar aan trekspanning onderhevig.

Adri

[Alfred]

Het lijkt er op dat mijn uitleg helemaal niet is begrepen. Misschien is mijn communicatie te slecht om het helder te beschrijven.

Wat ik bedoel is dat de druk in de cilinder niet bij de trekkracht van de cilinderbouten opgeteld moet worden, maar afgetrokken wordt van de kracht op het pasvlak tussen kop en blok. En dat daarom de kracht op de bouten niet toeneemt. (Totdat natuurlijk de druk in de cilinder zo hoog wordt dat de druk op het pasvlak naar 0 gaat en alles barst. Maar daar had ik het niet over).

[Breeze]

Ik wil niet zeggen dat ik slecht heb geslapen, maar het feit dat bij verbranding de trekkracht in de kopbouten hoger wordt, zonder dat ze verlengen, is een contra-intuïtief verschijnsel. En vannacht bedacht ik me de volgende demo om het aanschouwelijk te maken.
Stel dat de kop van de motor wordt belast door een verbrandingsdruk, zonder dat de kopbouten zijn gemonteerd. Uiteraard verheft de kop zich dan onmiddellijk en omdat het een gedachtenexperiment is kan er geen gasdruk weglekken door de kopspleet, dus al die tijd blijft de imaginaire verbrandingsdruk de kop omhoog drukken. Vervolgens trek je de kop middels de kopbouten omlaag tot hij weer aansluit op het motorblok. Tijdens het aandraaien is de verlenging van de bout evenredig met de benodigde trekkracht (wet van Hooke). Na het aanliggen blijf je doordraaien aan de kopbouten tot de benodigde voorspanning is bereikt. Voila.
Ik geloof dat ik het zelf nu snap, maar dat zegt natuurlijk niets.

Verder zijn kopbouten meestal tapeinden, maar dat maakt voor het verhaal niets uit.

Adri

[henkr]

Verder zijn kopbouten meestal tapeinden, maar dat maakt voor het verhaal niets uit. Adri

Dat ben ik bij PSA nog niet tegengekomen, meestal is het toch zoiets?:
https://www.winparts.nl/motordelen-toeb ... 11350.html

Voor alu blokken zou ik best tapeinden willen hebben, het aandraaien blijft een spannende aangelegenheid.