Engeneering


Projekt Graphitkolben

Graphitkolben

Kolben werden aus Gewichtsgründen aus einer Aluminium-  Legierung hergestellt. Eigentlich würden sich andere Materialien hierfür besser eignen, denn die Verwendung von Aluminium bringt einige Herausforderungen mit sich. So ist das Material wenig wärmestabil, hat eine hohe Wärmedehnung, eine relativ geringe Festigkeit und eine hohe Wärmeleitfähigkeit. Als Reibungspartner eignet sich Aluminium auch nicht besonders gut. Es neigt zum "fressen".

 

Damit all diese Untugenden uns die Freude am Fahren nicht verderben, hat die Industrie über Jahrzehnte viele Tricks entwickelt um aus den Aluminium- Kolben trotzdem gute Arbeiter zu machen.

 

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts fuhren viele Autos noch mit Eisengusskolben. Diese konnten aufgrund ihres niedrigen Ausdehnungskoeffizienten  viel enger eingepasst werden, weniger Blowby-Gase (Undichtigkeit über Kolbenringe und Schaft) und weniger  Kolbenkippgeräusche resultierten daraus. Auch die Gleiteigenschaft dieses Materials war sehr gut.

Mit der Entwicklung der schnelldrehenden Motoren in den 1920er Jahren wurde das Material jedoch zu schwer. Die daraus resultierenden Fliehkräfte zu hoch. Der Eisengusskolben musste abgelöst werden.

 

Der Konflikt: 

Welches Material vereinigt die Vorteile beider dieser Grundmaterialien und schliesst die Nachteile gleichzeitig aus?

 

Die Idee:

Die Lösung heisst Graphit.

Genauer gesagt - vacuum-imprägnierter Sintergraphit.

Sofort sammelten wir alle verfügbaren Informationen zu diesem Material und begannen ein Anforderungsprofil für den Graphitkolben zu erstellen. Dank guter Beziehungen stand uns eine kleine Türe eines grossen Herstellers für den Bezug des Rohmaterials offen.

 

Graphit zeichnet sich durch extrem hohe Hitzefestigkeit, äusserst geringes spezifisches Gewicht, keine Wärmedehnung, exzellente Gleiteigenschaften, wenig Wärmeverluste aus, die Materialfestigkeit wird mit zunehmender Temperatur höher.

 

Als nachteilig nennen wir die Sprödigkeit sowie die geringere Zugfestigkeit des Materials. Letztere wird mit entsprechend dickeren Wandstärken kompensiert. Es resultiert beim fertigen Kolben dennoch ein Gewichtsvorteil von rund 15 Prozent gegenüber der Variante aus Aluminium.

 

Die Eigenschaften dieses Materials sind so sehr unterschiedlich gegenüber den Metallkolben, dass jeder Aspekt neu überdacht werden musste.

Das machte die Arbeit spannend. Versuche im Ofen mit einem eigens angefertigten  Musterkolben sollten das Dehnverhalten gegenüber dem mit zu verwendenden metallenen Kolbenbolzen und den metallenen Kolbenringen aufzeigen.

Weitere Aspekte wie Ovalität, Konizität, Ringzonendurchmesser, Ringnutenbreite, etc. mussten überdacht und neu festgelegt werden.

 

Das Resultat:

Ein kreisrunder Kolben ohne Konizität und ohne Ovalität mit einem Einbauspiel von nur 0.01mm. Dies entspricht rund einem fünftel der gängigen normalen Einbauspiele.

Es wird immer spannender. Wir besorgen über den Lieferanten weiteres Rohmaterial und lassen die Kolben nach unseren Vorgaben durch eine lokale Firma herstellen.

 

 

Der Versuch: 

Ein guter Freund, der in der Composit- Industrie tätig ist und immer für ein interessantes Projekt zu begeistern ist, konnte als Sponsor und Auftraggeber gewonnen werden den Gedanken weiter zu entwickeln. Er stellte kurzerhand seinen MG B von 1967 als Versuchsträger zur Verfügung.

 

Die Testphase:

Ein erster Testlauf mit dem neuen "Kohle"-Motor war sehr überzeugend. Schnell gewannen wir Vertrauen in die Qualität des Aggregates und entschieden uns das Fahrzeug auf dem "Penrite Alpenbrevet" zu testen. Auf den innert ca. 20 Stunden absolvierten 800 nonstop Kilometern über 20 Alpenpässe in der Schweiz, Österreich und Italien konnten wir beweisen, dass unser Versuchsträger funktioniert.

 

Der Wagen überzeugte danach noch jahrelang mit äusserst niedrigem Verbrauch, kultiviertem Lauf und hoher Leistung.

In der Folge habe ich zwei weitere Fahrzeugmotoren mit Graphitkolben gebaut.

Graphit Rohmaterial
Motor MGB
MGB


Projekt MG B "SC"

Heutzutage sind kompressorgeladene Motoren wieder häufiger anzutreffen. Die grosse Kompressorzeit fand jedoch in den 30er Jahren statt.

 

Mittels direkt von der Kurbelwelle angetriebener, mechanischer Rotationsluftpumpen wird den Zylindern vorverdichtete Luft zugeführt. Dies erhöht den Füllungsgrad. Linear dazu steigt das abgegebene Drehmoment an der Kurbelwelle. Ein  Vorteil gegenüber der Abgasturboaufladung besteht darin, dass sich die Drehmomententfaltung gleichmässiger über den gesamten Drehzahlbereich erstreckt.

 

Für MG's werden komplette Kompressor- Kits zur Nachrüstung angeboten. Wir wollten es genau wissen. Es durfte wieder derselbe MG B herhalten, den wir bereits vom Graphitkolben- Projekt her kennen.

 

 

Was wir nicht wollten, ist, den Lader einfach nur auf den bestehenden Motor aufbauen. Das sieht der Bausatz zwar so vor, jedoch hätte dies nicht unserer Vorstellung eines supercharged MG entsprochen.

 

Der vom Werk voreingestellte Ladedruck von 0.4 bar ist so bemessen, dass ein Motor im Serienzustand nicht umgehend an Hyperventilation zugrunde geht. Aber unseren Anspruch an das Projekt vermochte  diese sanfte Brise nicht zu befriedigen.

 

Die Schwelle zum Spass beginnt weiter oben. Dennoch sollte der Wagen seine  Alltagstauglichkeit behalten. Ebenfalls sollte gewährleistet sein, dass die technische Änderung durch die Motorfahrzeugkontrolle eingetragen werden kann.

 

Zu den technischen Modifikationen zählten eine feingewuchtete Kurbelwelle, H- Profilpleuel, eigens angefertigte Schmiedekolben mit berechneter Mulde für das angestrebte reduzierte, geometrische Verdichtungsverhältnis, eine geeignete Nockenwelle für passende Ventilsteuerzeiten, ein Aluminiumzylinderkopf, eine Komposit- Zylinderkopfdichtung, ein strömungsgünstiger Abgaskrümmer und eine verstärkte Kupplung. Was es nicht zu kaufen gab wurde kurzerhand angefertigt.

Kompressorseitig haben wir ein neu berechnetes  Poullie für 0.75 bar Überdruck sowie ein Cold Air Tube für kühle Ansaugluft angefertigt.

 

Das Resultat 30% mehr Drehmoment, Drehfreude und viel Freude am Fahren.

 

 

Auch dieses Mal wussten wir -  Der Alpenbrevet- Test steht noch bevor. Nach ca. 1'500 Kilometern über unzählige französische Alpenpässe bis an die Code d' Azur und wieder zurück war bewiesen, ein weiteres Meisterstück ist uns gelungen.



Projekt "AH-J"

Austin Healey Conversion

Ein Austin- Healey 3000 mit dem Temperament und der Leichtfüssigkeit eines Sportwagens südlicher Provenienz. Der Gedanke ist bestechend. Das sollte mit einem Healey 3000 MK1, two seater, umgesetzt werden.

 

Der BMC- Originalmotor war aufgrund seines hohen Gewichtes und seiner einfachen OHV- Konstruktion zur Erreichung dieses Zieles nur mässig geeignet.

Für den Big- Healey hatte man damals den für den 100/6 und 3000 angepassten «Serie C- Motor» verwendet. Man hatte diesen Aggregatstyp bereits im Sortiment. Er wurde in gezähmter Form unter anderem für die Limousinen Austin Westminster A90 bis A110, etc. verwendet. Es war den niedrigen Herstellungskosten der Fahrzeuge  geschuldet, dass man auch für den Healey auf dieses Aggregat zurückgriff.

 

Ein Sportwagen von der Art eines Healeys wäre von einem italienischen Konstruktionsbüro sicherlich mit zwei obenliegenden Nockenwellen und drei Doppelvergasern konzipiert worden. Dieses unwiderstehliche Konzept, mit dem Alfa Romeo, Maserati und viele mehr zu Weltruhm gelangt sind, ist bestechend und sollte realisiert werden.

 

Dies war der Beginn darüber nachzudenken, ob sich aus Teilen des famos konstruierten Jaguar XK-Motors eine Maschine machen liess, die dem von mir ersonnenen Konzept nahe kommt.

 

Es zeichnete sich ein gangbarer Weg ab mit Teilen der Jaguar XK- Motorenfamilie das Projekt zu realisieren, ohne auf die Reversibilität des Umbaus verzichten zu müssen.

 

Jaguar präsentierte im Jahre 1948 den seinerzeit progressiven XK- Motor mit 3.4 Litern Hubraum. Von diesem Konzept leiten sich sämtliche weiteren Hubraumvarianten der XK- Baureihe ab.

Der Bereich erstreckt sich vom filigranen und sehr niedrig bauenden 2.4 Liter bis zum grosskolbigen 4.2 Liter- Aggregat.

 

Für mein Projekt kam als Basis nur die kurzhubige 2.4er Variante oder der fast quadratisch ausgelegte 2.8er aus dem XJ6 S1 in Frage. Der Entscheid fiel letztendlich zugunsten des 2.8 Liter Motors. 

 

Aufgebohrt auf 3000 ccm beträgt das Bohrungs/ Hubverhältnis exakt 86 x 86 mm. Diese Masse versprechen niedrige Bauhöhe bei gleichzeitig guter Drehfreudigkeit. Genau die Attribute die es dem Fahrzeug zu geben galt. Der mustergültig konstruierte Crossflow- Zylinderkopf setzt dem ganzen die Krone auf. 

 

Die komplette Maschine wiegt ca. 50kg weniger als ein Serien- Healeymotor, mit der Konsequenz, dass der Wagen vorne zu hoch stand. Um den Wagen wieder auf die normale Höhe zu bringen und den nötigen Negativfederweg zu gewährleisten, mussten weichere Federn verwendet werden. 

 

Obwohl danach immer alles einfach ausschaut, war der Weg zum Ziel lange und interessant. Mit Plug and Play ist so ein Projekt nicht zu realisieren. In der Realität musste jedes Detail, das nicht aus der Serie übernommen werden konnte neu erdacht, konstruiert und getestet werden. Und das waren deren nicht wenige. 

 

Der Aufwand wird mit einem grandiosen Resultat belohnt. Die neu gewonnene Leichtfüssigkeit und Agilität, untermalt von einem breiten nutzbaren Drehzahlbereich und einem betörenden Motorengeräusch, verleiht dem Healey Gewinner- Qualitäten in allen Lebenslagen.

Man cruist gemütlich mit 1500 Umdrehungen über das Land, im nächsten Moment kann eine zu dicht vor einem herfahrende Schikane leichtfüssig überholt werden. Die perfekt angepasste Gangabstufung am Getriebe und die länger gewählte Hinterachs- Übersetzung, samt Torsen Sperrdifferential, tragen ihren Teil dazu bei.


Marke Typ:

Austin Healey 3000 MK1 (Twin Cam)

Bauserie:

BN7

Baujahr:

1960

 

Motor:

6 Zylinder Reihe DOHC

Hubraum:

3025 ccm

Bohrung x Hub:

86.4 x 86.0 mm 

Motorblock und Zylinderkopf Basis Jaguar XK 2.8

Vergaser 3x Weber 40 IDF, Fallstrom

Diverse innermotorischen Modifikationen

 

Getriebe:

Healey Sideshift 4 Gang mit Overdrive, Tulip Renngetriebe

Achsantrieb:

Übersetzung 3.54: 1, Torsen Sperrdifferential

Bremsen: 

vorne Scheibenbremse BJ8 Serie 2, hinten Trommelbremse belüftet

MFK:

Sämtliche technischen Änderungen sind geprüft und eingetragen durch die MFP Münchenstein BL

Austin Healey Restauration
Jaguar XK 120
Austin Healey BN7