Verständnisfrage zur Materialwahl im Getriebe

[TS250-1 1979]

Habe jetzt einige Getriebeteile für den MM250/4 bestellt (Danke an Günter Six für den seeehr schnellen Versand! ) und dabei ist mir aufgefallen, dass das Antriebsrad vom 4. Gang einen so hohen Kupferanteil hat, dass es Grünspan ansetzt. Auch die Schaltgabel vom 4. und 5. Gang hat ggü. den beiden anderen Gabeln einen höheren Kupferanteil.
Weiß jemand welche Überlegung dahintersteckt?

Gruß, Florian

[ertz]

Einige Getriebeteile wurden original, oberflächlich verkupfert, um bessere Verschleißeigenschaften zu haben, im Material drin ist dort das Kupfer nicht !
Nach langer Lagerung setzt diese Oberflächenbeschichtung etwas Grünspan an.
Nix wildes, einfach einbauen und über original Teile freuen.
Bye
Ralph

[TS250-1 1979]

Hallo Ralph,
ja, die Wahl fiel soweit möglich gezielt auf Originalteile und ich bin froh vorerst alles benötigte zusammenzuhaben.
Die Frage war eher aus Neugier, da ich Kupfer als Bestandteil zur Verbesserung der thermischen Leitfähigkeit kenne. Und als Oberflächenbeschichtung kenne ich es außer als Zwischenschicht nur zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit, z.B. bei Schrauben im Bereich der Abgasanlage, aber für beides wird die hauchdünne Schicht zu dünn sein bzw. laufen die Teile ja im Öl.

Gruß, Florian

[P-J]

Halbedelmetalle haben ne Notlaufeigenschaft und schmieren etwas. Dabei gehts drum das die Zahnräder in den ersten Minuten des Betriebs nicht gleich einlaufen.

[Klaus P.]

Habe jetzt einige Getriebeteile für den MM250/4 bestellt

Gruß, Florian

Ich würde dir noch empfehlen das Antriebsrad 5. Gang mit 22 Zähnen zu suchen, auch wenn es teuer ist.

Gruß Klaus

[hiha]

Ich glaube eher, dasd die Kupferschicht mit dem Abdecken bei der Einsatzhärtung zusammenhängt.
Gruß
Hans

[Klaus P.]

Sollten dann nicht gleich alle Getrieberäder/Schaltgabeln verkupfert sein ?

Gruß Klaus

[TS250-1 1979]

Hallo.

5. Gang mit 22 Zähnen

Interessant! Kannte ich noch nicht. Ebenso neu, dass dann trotzdem nur ein Zahnrad vom Zahnradpaar geändert wurde / werden kann.
Hab allerdings bereits das Zahnrad mit 23 Zähnen und werde es dabei belassen. Lieber die längere Übersetzung im 5. und wenn es nicht reicht im 4. etwas langsamer fahren. Die TS muss keine Rekorde brechen.

Dass es dann bei allen Zahnrädern sinnvoll gewesen wäre, denke ich mir auch bzgl. Notlaufeigenschaften. *SchulterZuck* Im 4. fährt man beim 5-Gang Getriebe natürlich viel.

Gruß

[Christof]

Die Verkupferung der Gangräder und Schaltgabeln hängt mit der verbesserten Wärmeabfuhr / Wärmeübertragung und dem besseren Haft- & Kondensatvermögens des Öls an solchen Oberflächen zusammen. Bei Pleuelen wurde das auch gemacht, und da auch nur am Schaft, nicht direkt an den Lagerstellen.

[P-J]

Interessant!

Zumindest als Gepann find ich das sehr gut. Als Solo muss das nicht sein.

[robin]

Ich glaube eher, dasd die Kupferschicht mit dem Abdecken bei der Einsatzhärtung zusammenhängt.
Gruß
Hans

Das ist auch meine Vermutung und auch beim Pleuel war das für mich immer der Grund für den verkupferten Schaft

[hermann27]

haben wir im forum einen oder mehrere werkstoffkundler oder werkstoffpruefer der/die diese vernmutungen bestaetigen oder widerlegen kann/koennen?
wuerde micht sehr interessieren
mfg hermann

[hiha]

Die Verkupferung der Gangräder und Schaltgabeln hängt mit der verbesserten Wärmeabfuhr / Wärmeübertragung und dem besseren Haft- & Kondensatvermögens des Öls an solchen Oberflächen zusammen. Bei Pleuelen wurde das auch gemacht, und da nicht auch nur am Schaft, nicht direkt an den Lagerstellen.

Sorry, das ist falsch. Pleuelstangen und Zahnräder sind oft partiell einsatzgehärtet, was bedeutet dass ein mangels ausreichend Kohlenstoffgehalt nicht härtbarer, aber vergütbarer Stahl an ausgewählten Stellen mit Kohlenstoff angereichert wird, wodurch er da -und nur da- härtbar wird. Die Aufkohlung findet heute meist mit Aufkohlungsgasen statt, früher verwendete man das Kastenaufkohlen, wo das Pleuel in Kohlepulver gepackt, und viele Stunden geglüht wurde. Wo das Pleuel verkupfert ist, kann kein Kohlenstoff eindringen, und hart werden sollen nur die Wälzlagerflächen.
Bei Zahnrädern will man nur die Zahnflanken und Wälz/gleitlagerflächen hart bekommen, der Zahnkern soll zäh sein.

Gruß
Hans

[Stephan]

MZ-Getriebeteile wurden in der Härtepresse einsatzgehärtet, vorher auf Fertigmaß bearbeitet.

@Hans: Christoph hat doch nur ein nicht zu viel, sonst entspricht das doch auch deinen Ausführungen.

[hiha]

Hermann schrieb, dass das Kupfer zur Wârmeableitung und Ölhaftung aufgebracht wird, was beides nicht stimmt. Das Kupfer dient dort ausschließlich als Abdeckschicht gegen das Aufkohlen. Eine wenige hundertstel mm dünne Kupferschicht leitet keine Wärme nirgendwo hin, und für Ölhaftung oder als Gleitwerkstoff nutzt sie allenfalls am Nadelkäfig des Pleuelfußlagers.
Gruß
Hans

[Christof]

Danke für die Info, Hans. Das kann metallurgisch durchaus möglich sein, erklärt aber leider nicht, warum zum Beispiel im Reparaturhandbuch und in den technischen Informationen unten aufgeführte Aussagen getroffen werden. Für mich ist das ganz klar ein Rückschluß auf einen verbesserten Wärmehaushalt.

Das Axialspiel (s. Doppelpfeil) des Pleuels in der Kurbelwelle beträgt im Neuzustand

0,25...0,40 mm

Ist das Pleuel allseitig verkupfert, verringt sich dieses Spiel auf

0,13...0,36 mm

Bei 0,55 mm Axialspiel ist die Kurbelwelle verschlissen.

123.jpg

@Hans: Christoph hat doch nur ein nicht zu viel, sonst entspricht das doch auch deinen Ausführungen.

Stimmt, eins war zuviel.

Hermann schrieb,

Hermann?

[hermann27]

MZ-Getriebeteile wurden in der Härtepresse einsatzgehärtet, vorher auf Fertigmaß bearbeitet.

was bitte ist eine haertepresse? ich kenne lediglich das erhitzen in oefen und abschrecken meist in wasser oder oel
oder induktionshaerten
mfg hermann

-- Hinzugefügt: 11. Oktober 2020 11:54 --

Hermann schrieb, dass das Kupfer
Gruß
Hans

ne ne ich habe nur fragen gestellt und nichts festgestellt/behauptet oder bezweifelt
mfg hermann

[hiha]

Äh, Hermann ist Christoph. Sorry.
Zur Härtepresse: Da hätt ich gern Belege, dass dieses Verfahren tatsächlich zu DDR-Zeiten in der MZ-Getrieberadfertigung eingeführt war. Zum Einsetzen müssen die Teile aber trotzdem noch verkupfert werden.
Zur Wärmeableitung: Das Kupfer bietet eine Gleitlagerschicht zwischen den Seiten des großen Auges und den Wangen. Glaub mir, eine 2/100mm dicke Schicht leitet keine Wärme ab, dafür ist sie zu dünn. Probiers aus: Nimm ein verkupfertes Pleuel in die Eine, und die Stoppuhr in die andere Hand, halte das Ende des Pleuels in eine Gasflamme, bis Du Dir die Pfote verbrennst. Vergleiche mit einem Kupferstab gleichen Quetschnitts. Da liegen Minuten dazwischen.
Gruß
Hans

[je125sx]

Für mich ist das ganz klar ein Rückschluß auf einen verbesserten Wärmehaushalt.

Aber da steht doch gar nichts von Wärme. Ich glaube auch nicht, dass ein ständig von Frischgas umströmtes Pleuel Wärmeprobleme hat, die man verringern müsste.

Vielmehr bestätigt der von dir zitierte Text über Umwege die Aussage von @hiha.
Die Standfestigkeit der Pleuellagerung wird "durch härten" erhöht, die Seitenflächen werden vorher verkupfert, "damit sie keinen Kohlenstoff aufnehmen, der den Schaft spröde werden lässt".

[kutt]

Da ich aus der Materialwissenschaft komme, oder zumindest damit zu tun habe...

Ich vermute, daß das Kupfer dazu da ist, um beim Härten eine Cu-P-Fe Schicht zu erzeugen.

siehe: https://link.springer.com/chapter/10.10 ... -04471-0_6

Das Problem mit der "Abdeckung" beim Härten ist, daß Cu in Eisen ca 0,6% bei 650 °C und bei 850°C sogar 1,3% Lösbarkeit hat. Damit würde man die Cu Stellen unweigerlich damit "Härten"

Man müsste halt mal einen Schliff machen und messen, wie tief das Kupfer im Eisen ist..

Zumindest würde das die Infoblätter von Christof unterstützen.

[Christof]

Zur Wärmeableitung: Das Kupfer bietet eine Gleitlagerschicht zwischen den Seiten des großen Auges und den Wangen. Glaub mir, eine 2/100mm dicke Schicht leitet keine Wärme ab, dafür ist sie zu dünn. Probiers aus: Nimm ein verkupfertes Pleuel in die Eine, und die Stoppuhr in die andere Hand, halte das Ende des Pleuels in eine Gasflamme, bis Du Dir die Pfote verbrennst. Vergleiche mit einem Kupferstab gleichen Quetschnitts. Da liegen Minuten dazwischen.

Ich glaube du verstehst das falsch. Es geht nicht um eine bessere Wärmeübertragung im Pleuel selbst, sondern vielmehr darum die Wärme aus dem Pleuel besser an die Umgebung abzugeben. Also einen bessere Wärmekonvektion zu ermöglichen. Wenn man aus tribologischen Gründen Bauteile verkupfert, spart man Lagerstellen eigentlich doch nicht aus. So ist es aber fast immer, wie z.B. an dem Trabantpleuel unten oder bei den Gangrädern des 5-Gang-Getriebes.

pleuel.jpg

Das man eine Verkupferung zum Abdecken bei Härtevorgängen nutzt, ist auch nicht abwegig, jedoch müsste diese Kupferschicht während des Härtevorgangs und in den nachfolgenden Bearbeitungsschritten deutliche Spuren abbekommen. Das sieht aber eher danach aus, als hätte man die Kupferschicht zum finalen Arbeitschritt aufgetragen.

Ich glaube auch nicht, dass ein ständig von Frischgas umströmtes Pleuel Wärmeprobleme hat, die man verringern müsste.

Das Pleuel selbst nicht, aber die unteren Lagerung. Verschiedene Publikationen geben hier eine maximale Betriebstemperatur von 150°C an. Wenn man aber sieht, wie oft die originalen Alukäfige am unteren Pleuellager geschmolzen sind, sind Temperaturen über 200°C sicher keine Seltenheit. Da ist eine bessere Konvektion der Abwärme an die Frischgase lebenswichtig für diese Bauteile.

[hiha]

Tut mir Leid dass ichs besser weiß, ich habs halt mal gelernt. Und in der damaligen Zeit auch oft genug gemacht.
Bin hiermit raus,
Hans

[hermann27]

das ist sehr schade immer wenn man etwas hinzulernen kann ,was man in der metallverarbeitung und veredelung noch nicht oder nicht genau weiss
wird fachwissen ,halbwissen und laienmeinung so vermischt ,dass man schluessendlich nicht mehr weiss was oder wieviel man von was glauben soll oder kann.
ich haette gerne mehr ueber den sinn und zweck der verkupferten oberflaechen und deren einfluss auf die notlaufeigenschaften oder reibwerte gelernt.

zu den alukaefigen der pleuelfuesse: ich glaube nicht ,dass der tod nicht allein temperaturbedingt ist sondern durch schmierungsmangel hervorgerufen wird
mfg hermann

[Stephan]

was bitte ist eine haertepresse? ich kenne lediglich das erhitzen in oefen und abschrecken meist in wasser oder oel
oder induktionshaerten
mfg hermann

Die Härteverfahren sind in den letzten Jahrzehnten so vielfältig geworden. Den genauen Fachbegriff des Verfahrens nach DIN EN ISO kann ich nicht liefern. Mir ist das nur unter Härtepressen bekannt, quasi die Oberflächenbehandlung als letzten Fertigungsschritt im entsprechenden Werkzeug.
Eventuell hat da Christof noch was dazu?

Tut mir Leid dass ichs besser weiß, ich habs halt mal gelernt. Und in der damaligen Zeit auch oft genug gemacht.
Bin hiermit raus,
Hans

Sorry Hans, ist das hier so verfahren, dass man sich aus einer technischen Diskussion so verabschieden muss. Das hebt den Wert der Technikthemen dieses Forums, die eh schon in der Qualität sehr spärlich sind, nicht wirklich.

Bezüglich Belege zum Verfahren bei MZ: Mein ehemaliger Kollege hat seit dem Studium bei AWE und später im gesamten IFA-Kombinat maßgeblich an der Entwicklung und Umsetzung von Härteverfahren gearbeitet, nur die Familie zog ihn zu Robur nach Zittau. Wir haben dann bei einem Präzisionsteilehersteller im Bereich Technologie zusammen gearbeitet.
Eventuell hat Christof auch noch was dazu?

[hiha]

Ja, gut, ich revidiere und bleib mal hier. Ich weiß halt, was ich mal mühsam gelernt und jahrelang praktiziert hab, und ich will das ungern rechtfertigen, zumal mans damals ja auch in sämtlichen Lehrbüchern nachlesen konnte. Warum muss das plötzlich in Frage gestellt werden. Egal, ich schreib mal was ich halt so weiß.

Härtepresse oder Quette kenn ich als Abschreckverfahren unter einer gekühlten Formpresse, um beim Abschrecken Verzug zu vermeiden. Das brauchts bei verzugsgefährdeten Teilen wie z.B. Schaltgabeln, und vielleicht Getrieberädern mit filigranen Fenstern. Das Bauteil muss aber zuvor an den betreffenden Stellen eingesetzt (aufgekohlt) werden, wozu man es wiederum verkupfern muss.
Die Theorie vom kutt mit der Cu-P-Fe Schicht hat irgendwie damit nix zu tun, denn selbst wenn Cu in den Stahl reindiffundiert, wird er dadurch noch lang nicht härtbar. Das Kupfer ist wirklich zur zum Abdecken da, manche Viertaktpleuelhersteller verkupfern zusätzlich das obere Pleuelauge innen mit um eine bessere Gleitschicht für den Kolbenbolzen zu erhalten. Dass Kupfer in die Oberfläche eindiffundiert mag sein, aber es hat keine Auswirkung aufs Gefüge.
Der Literatur nach eignet sich Verkupfern als Abdeckmethode nur für Gas- und Kastenaufkohlung, es ist auch ein Verfahren das u.A. auch im Apfelbeck zur Herstellung einsatzgehärteter Teile beschrieben wird. Pleuel werden dann im Doppelhärtungsverfahren gehärtet, wodurch die Wälzlagerflächen die optimale Härte, und der Pleuelschaft die optimale Zähigkeit/Zugfestigkeit erhalten.

Temperaturen am Nadelkäfig unten: Alukäfige haben erhebliche Gewichtsvorteile, dem gegenüber steht der niedrige Erweichungspunkt. Diese Nadellager leben von Frischgaskühlung und Schmierung, aber ganz besonders von der präzisen Fertigung. Die Nadelfenster müssen pingelig genau achsparallel zur Bohrung stehen. Schieflaufende Nadeln laufen seitlich raus und erhitzen den Käfig. Ab 150° wird übrigens nicht erst das Alu weicher, auch die gehärtete Wälzlagerfläche fängt ab da an, Härte zu verlieren. Heutige Stahlkäfige sind meist verkupfert oder sogar versilbert, was möglicherweise auch mit Wärmeableitung zu tun hat, vor Allem aber mit Ölanhaftung und der Bildung von Triboschichten. Der Lagerkäfig wird von der immensen Fliehkraft ins Pleuelauge gepresst und rumgewirbelt, dabei soll er natürlich möglichst wenig gebremst werden weil sonst die Nadeln rutschen. Wenn man sich das genauer durchdenkt, wundert man sich eh warum das so gut funktioniert.

Zu Cristof: Man spart die WÄLZlagerstellen beim Verkupfern natürlich aus, weil ein Wälzlager auf Kupfer einfach nicht läuft. Ausserdem will man sie ja aufkohlen, was das Kupfer ja verhindert. Dass Kupfer die Wärmeabstrahlung (nicht konvektion, die findet in mehr oder weniger stehenden Flüssigkeiten und Gasen statt) durch Kupfer verbessert wird, ist höchstens eine Vermutung, und findet wenn dann im kaum messbaren Bereich statt. Im Kurbelgehäuse tobt ein Rumgewirble, da geht eine eventuelle Abstrahlung im Rauschen unter. Dass im verlinkten Dokument das verkleinerte Axialspiel direkt mit der Verkupferung zu tun hat, kann ich mir nur erklären, wenn die Seitenflächen des Pleuelfußes mit verkupfert wurden. Da müsste man sich dieses Pleuel mal anschauen.

Die Kupferschicht kriegt deshalb keine sichtbaren Spuren ab, weil man da peinlichst drauf achten muss. Hat die Kupferschicht eine minimale Beschädigung, diffundiert an der Stelle Kohlenstoff ins Gefüge, die Stelle wird eine Härtespannung bekommen, und davon wird mit hoher Wahrscheinlichkeit eine Rissbildung stattfinden. Man verkupfert deshalb kritische Teile oft mehrfach mit Zwischenpolieren.

So, genug geschwafelt, schönen Tag wünsch ich.

Hans

[hermann27]

herzlichen dank hans
so stelle ich mir eklaerungen technischer zusammenhaenge vor
endlich kann ich mir auch unter einer haertepresse etwas vorstellen, denn vorher war mir unklar wie man die hitze in ein in einer pressform befindliches teil gezielt einbringen will. aber ein bereits erhitztes teil zum abschrecken durch kuehlung im presswerkzeug formstabil zu halten leuchtet mir ein.
wirklich gut und plausibel erklaert
nochmals vielen dank
mfg hermann

[starke136]

Danke Hans.
So ergibt es für mich auch Sinn.

Eine gezielte Wärmeableitung durch eine so dünne Kupferschicht halte ich ebenfalls für technisch wenig sinnvoll.

[hermann27]

zumal ja die waerme sowohl bei zahnraedern als auch pleuel an den nicht verkupferten stellen ( zahnflanken und lagerstellen entstehen duerfte
mfg hermann

[TS250-1 1979]

Danke an ALLE für die rege Diskussion.

Die Erläuterung zur Notwendigkeit für das Aufkohlen vorm Härten erscheint schlüssig. Etwas näher beschrieben wird das auch auf S. 27 "Merktblatt 452" vom Stahl-Informations-Zentrum.

Die Variante, dass es dem Wärmehaushalt dient, halte ich zumindest im Getriebe für unwahrscheinlich. Bei der Schaltgabel, ok, wobei selbst da der Effekt einer so dünnen Schicht vernachlässigbar sein dürfte. Aber spätestens bei den Zahnrädern? Das Getriebe muss flutschen, andernfalls wäre der Verschleiß hoch. Natürlich entsteht durch Reibung eine gewisse Wärme, aber welche Rolle spielen schon 100 - 200°C an einem Bauteil aus Eisen / Stahl? Auf der Stirnseite würde die Wärme zum nächsten Zahnrad hin abstrahlen und letztlich abtransportiert werden muss diese ohnehin durch das Öl.

Gruß, Florian

[Mainzer]

100 bis 200 Grad machen den Unterschied zwischen einer gehärteten Oberfläche und Butter.

[hiha]

Jo, bei dem üblichen niedriglegiertem Stahl ist das so.
Gruß
Hans