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May 26, 2023

Warum Größe und Stärke bei Stößelstangen wichtig sind

Stößelstangenmotoren sind die bevorzugte Wahl vieler im Leistungs- und Rennsport

Pushrod-Motoren sind aufgrund ihres einfachen Designs und ihrer Leistungsfähigkeit im unteren Leistungsbereich die bevorzugte Wahl vieler in der Leistungs- und Rennwelt. OHV-Motoren bieten aufgrund ihrer kleineren Bauform und größeren Hubräume im Vergleich zu ihren OHC-Gegenstücken viele Vorteile. Ein großer Teil des Vorteils beruht auf einer Komponente – der Stößelstange. Auch wenn sie äußerlich relativ einfach ist, steckt hinter einer Stößelstange mehr, als man auf den ersten Blick sieht. Sie können ein schwaches Glied in Ihrem Ventiltrieb sein, wenn Sie sie nicht richtig einrichten oder das richtige Material und die richtige Größe für Ihren Aufbau wählen.

Wenn man beginnt, OHV-Motoren ausgehend von der Originalversion zu modifizieren – d. h. niedrige Drehzahl, leichte Last und Drehzahlen im Bereich von 6.000 bis 6.500 U/min –, ändert sich die Dynamik. Der Einbau einer heißen Nocke mit mehr Hub und Dauer bedeutet, dass Sie auch die Stößelstangen und Ventilfedern aufrüsten müssen, um den höheren Motordrehzahlen und -lasten gerecht zu werden. Aber wie viel Upgrade benötigen Sie?

„Normalerweise muss der Motorenbauer jedes Mal, wenn der Federdruck über den Standardwert steigt, eine Aufrüstung der Stößelstangen in Betracht ziehen“, sagt Roger Borer von der Engine Parts Group. „Bei älteren Anwendungen, bei denen Führungsplatten hinzugefügt werden, müssen die Stößelstangen auf ein gehärtetes Material aufgerüstet werden, selbst bei OE-Federdrücken. Alle Engine Pro-Stösselstangen sind gehärtet und verfügen über ein einteiliges Design.“

Einer der häufigsten Fehler bei Stößelstangen ist laut Brier Dieckman, Qualitätsmanager bei Elgin Industries, mangelnde Schmierung und erhöhter Federdruck. „Es ist hilfreich, sich Stößelstangen als ‚Sicherungen‘ innerhalb des Ventiltriebs vorzustellen. Die häufigsten Ausfallursachen sind Überlastung, die zu einem verbogenen Teil führt, und mangelnde Schmierung, die den Endverschleiß beschleunigt.“

Dieckman schließt sich Borers Meinung an, wenn es darum geht, auf eine stärkere Stößelstange umzusteigen: „Sie sollten ein Upgrade immer dann in Betracht ziehen, wenn Sie die Belastung erhöhen, die auf die Stößelstange ausgeübt wird. Wenn Sie also die Drehzahl erhöhen oder das Timing ändern, denken Sie über ein Upgrade auf nach.“ eine stärkere Stößelstange.

Laut Steve Rhodey, Brand Manager bei Trend Performance, können sich die Stößelstangen bei hohem Federdruck verbiegen und die Ventilsteuerung verfälschen. „Verformung ist eines der größten Probleme, die zu Ermüdung und Oberschwingungen führen – was hauptsächlich darauf zurückzuführen ist, dass nicht die richtige Wandstärke für die Anwendung verwendet wird. Wenn es um den Ventiltrieb geht, haben viele Motorenbauer das Gewicht im Blick. Das ist es.“ Dieses große Wort, vor dem jeder Angst hat, und auf dieser Seite des Drehpunkts müssen sie erkennen, dass es viel sinnvoller ist, einen größeren, stabileren Ventiltrieb zu haben. Es ist ein Hinweis darauf, dass ein stärkerer Ventiltrieb die Leistung erhöht.“

Viele Stößelstangenausfälle lassen sich laut Borer auf eine Fehlanpassung mit hohem Federdruck oder zu hoher Drehzahl zurückführen. Darüber hinaus führen eine falsche Ventiltriebgeometrie, eine schlechte Schmierung und eine unzureichende Einlaufzeit zu einem Ausfall. „Die Kontrolle des Metall-zu-Metall-Kontakts ist bei der Stößel-/Kipphebel-Schnittstelle genauso wichtig wie bei der Nocken-/Heber-Schnittstelle. Die Verwendung leistungsstarker Montageschmierstoffe (mit Zink) ist wichtig.“

Borer sagt, dass ihre Premium-Stößelstangen mit einer Wandstärke von 0,094 Zoll und gehärtetem 1010-Kohlenstoffstahl ausgestattet sind. „Das einteilige Design verwendet geschwungene Enden, um die geschweißte Kugelspitze zu vermeiden. Sie sind auf 58 Rockwell C gehärtet, was eine schöne Verbesserung gegenüber OEM-Stösselstangen darstellt. Sie eignen sich auch gut für Anwendungen mit geringer Leistung, bei denen der offene Federdruck unter 400 liegt psi."

Wenn der Federdruck und die Drehzahl steigen, empfiehlt Borer die Verwendung eines höherfesten 4130-Chrom-Molybdän-Materials, das sowohl in der Ausführung mit 5/16 Zoll als auch mit 3/8 Zoll Durchmesser erhältlich ist. „Die nahtlosen Rohre mit einer Wandstärke von 0,083 Zoll sind mit Kohlenstoffnitrid behandelt und haben eine Rockwell-Temperatur von 60–62 °C. Und die Enden dieser einteiligen Konstruktion sind auf einen Radius von 0,156 Grad bearbeitet.“

Wenn die Leistung aufgrund der „Abtrennung des Ventiltriebs“ flach wird oder abnimmt, ist häufig die Auslenkung der Stößelstange der größte Übeltäter. In Tests, die von einem bekannten Nockenwellenhersteller durchgeführt wurden, gaben sie an, 12 PS bei einem SBC mit einer 204/214 @ .050-Nockenwelle (.420/.443 Ventilhub) gefunden zu haben, allein durch den Wechsel von einer .065˝ Wall Stock-Stösselstange zu einer 0,080 Zoll Wandschubstange, und die Federn wogen nur 110 Pfund. auf dem Sitz und 245 lbs. offen.

Einige Hersteller von Stößelstangen verwenden eine 0,094-Zoll-Wand mit mildem 1010-Performance-Carbon, entscheiden sich jedoch für eine noch dünnere 0,083-Zoll-Wand für Performance-4130-Chrom-Molybdän-Anwendungen. Sie fragen sich vielleicht, warum, aber Borer sagt, dass 4130, da es sich um ein stärkeres Material handelt, oft dort eingesetzt wird, wo eine höhere Festigkeit und ein geringeres Gewicht unerlässlich sind. Aufgrund der inhärenten Festigkeit des Materials kann eine Verformung mit einem dünneren Wanddurchmesser wirksamer verhindert werden.

Mit zunehmendem Federdruck und steigender Drehzahl steigt der Bedarf an steiferen Stößelstangen. Hersteller von Stößelstangen bieten verschiedene Wandstärken an, die für eine Vielzahl von Leistungsanwendungen ausgelegt sind. „Sobald der Kunde die Möglichkeiten dickwandiger Stößelstangen überschreitet, ist es an der Zeit, den Durchmesser der Stößelstangen zu vergrößern“, fügt Borer hinzu.

Dieckman von Elgin empfiehlt, den größtmöglichen Stößelstangendurchmesser zu verwenden, der immer noch den nötigen Spielraum bietet. „In der Regel hängt es von der Anwendung ab, welche Größe passt. Der Grundsatz lautet: Je schwerer die Wand, desto weniger Bewegung oder Biegung erleben Sie mit dem Teil. Das bedeutet auch, dass Sie unter allen Betriebsbedingungen eine gleichmäßigere Federrate haben. "

Während größere Durchmesser und dickere Stößelstangen das Gewicht des Ventiltriebs erhöhen, sagen unsere Experten, dass das Gewicht auf der Stößelstangenseite weitaus weniger negative Folgen hat als das Gewicht auf der Ventilseite der Kipphebel.

Das Hubverhältnis des Kipphebels vervielfacht die Kraft der Feder, die beim Schließen des Ventils gegen den Kipphebel zurückdrückt. Auch die Bewegung und der zurückgelegte Weg sind auf der Ventilseite des Kipphebels von größerer Bedeutung als auf der Stößel- und Stößelstangenseite. Es ist am besten, das Gewicht auf der Ventilseite des Kipphebels mit leichteren Federn und leichten Halterungen zu reduzieren, als sich über die Gewichtszunahme auf der Stößelstangenseite mit dickeren, schwereren Stößelstangen Gedanken zu machen.

Mit steigender Drehzahl steigt auch der Bedarf an steiferen Ventilfedern, steiferen Stößelstangen und leichteren Ventiltriebkomponenten (Ventile, Halterungen und Kipphebel). Unter Last und hoher Motordrehzahl wackeln und verbiegen sich die Stößelstangen. Das ist nicht gut für die Stabilität des Ventiltriebs, die Ventilsteuerung oder die konstante Leistung. Durch die Vergrößerung des Durchmessers und der Wandstärke der Stößelstangen werden diese stärker, steifer und stabiler.

Laut Rhodey wurde aufgrund seines Spintron-Programms ein Großteil der Vorbereitungsarbeit bei der Auswahl geleistet. Trend hat von Anfang an seine Stößelstangen mithilfe von Spintronics überprüft. „Wir führen hier bis heute kontinuierliche Spintronic-Tests mit neuartigen Plattformen wie dem LS-Motor durch. Aufgrund der großen Kubikzoll-LS-Motoren mit einstellbarem Ventiltrieb haben viele Unternehmen wie Jesel hervorragende einstellbare Kipphebelkonfigurationen herausgebracht.“ die über sehr lange Stößelstangen von den großen Zylinderköpfen verfügen, die viel Platz bieten. Es ist nichts, in diese Dinger eine halbe Zoll oder eine 9/16 Zoll große Stößelstange einzubauen. Mit Hilfe des Spintron haben wir bereits viele Pakete zusammengestellt bis zum Rätselraten.

Dieckman sagt, dass die meisten OEM-Stösselstangen über Rohre und Enden aus kohlenstoffarmem Stahl verfügen, aber er sieht, dass sich die Materialqualität für Leistungsanwendungen verbessert. „Wir sehen eine Verlagerung hin zu legiertem Stahl in Lagerqualität wie dem Material 52100 mit Enden aus Werkzeugstahl. In der Leistungskategorie ist unsere beste Technologie ein einteiliges Design mit nahtlosen Rohren und Enden aus 4130 Chrom-Molybdän. Die Metallurgie für kohlenstoffarmen.“ Das Material bleibt aufgrund seiner nachgewiesenen Vorteile im Wesentlichen unverändert. Neuerer 52100-Stahl erfordert eine bessere Kontrolle, mehrere Härtegrade und unterschiedliche Wärmebehandlungsansätze.“

Unsere Stößelstangen-Experten sagen, dass die Auswahl der richtigen Spitze (z. B. Werkzeugstahl, Becherform, Kugelform usw.) von der Anwendung abhängt, insbesondere davon, welche Art von Spiel zwischen Stößelstange und Kipphebel erforderlich ist, insbesondere zwischen vollständig geöffnet und geschlossen. Unzureichendes Spiel, insbesondere bei hohen Drehzahlen, führt zum Ausfall der Spitze. Auch der Spitzenradius und das Design sind von entscheidender Bedeutung.

Einige Hersteller bevorzugen die Verwendung einer Spitze mit einem Radius von 0,210 Grad bei Anwendungen mit höherem Hub, bei denen eine Interferenz zwischen Kipphebel und Stößelstange ein Problem darstellen kann. Da es sich bei diesen Anwendungen typischerweise um hohe Drehzahlen, hohen Hub und hohen Federdruck handelt, bieten sie laut Borer keinen Radius von 0,210 im 1010-Material oder in der Wandleistungslinie von 0,083 Zoll an. Sie bieten es jedoch in ihrer leistungsstarken Nitro Black-Reihe von Stößelstangen mit Wandstärken von 0,116 Zoll (5/16 Zoll Durchmesser) bis 0,140 Zoll Wandstärke (3/8 Zoll Durchmesser) an.

Dieckman sagt, dass das Motordesign das Design der Spitze vorgibt. „Ihre Optionen liegen im Material; Sie können auf ein Spitzenmaterial aufrüsten, das eine bessere Verschleißfestigkeit bietet.“

Laut Rhodey ist die 4130-Chrom-Molybdän-Stößelstange von Trend sehr beliebt, da sie gut auf die Wärmebehandlung reagiert. Es ist sehr einfach zu glätten. Es verfügt über eine hervorragende Beständigkeit gegen Ermüdung, Rissbildung und hohe Hitze. Er sagt, wenn es um Stößelstangenspitzen und -materialien geht, sollten Sie die Kompatibilität zwischen den verschiedenen Herstellern von Kipphebelverstellern prüfen und dabei jede Winkligkeit oder seltsame Geometrie berücksichtigen.

„Die Nockenhubs heutzutage sind einfach unglaublich. Wenn Sie einen Offset-Heber verwenden und ein großes, unangenehmes Kipphebelverhältnis haben, und dann einen Nockenhub von einem Zoll verwenden, kneifen Sie Öl, Sie.“ „Das sind Ihre Punkte“, sagt er, „deshalb ist das Ölen so wichtig.“

Sobald man die Dinge erhitzt, sagt Rhodey, dass der Einsteller und die Stößelstangenoberflächen von Hersteller zu Hersteller unterschiedlich wärmebehandelt werden. „Daher können sie alle auch bei unterschiedlichen Temperaturen geglüht werden. Bei vielen extremen Anwendungen verwenden wir gerne eine Werkzeugstahlspitze, bei der es sich um H13-gehärteten und nitrierten Werkzeugstahl handelt. Wir haben auch unsere Reihe von Einstellern, und zwar jeweils Auch aus kohlenstoffnitriertem H13-Werkzeugstahl. Es gibt jedoch eine gewisse proprietäre Form auf der Passfläche. Es gibt also etwas Wissenschaft zwischen unserer Stößelstange und dem Einsteller, die anscheinend alles sehr glücklich macht.“

Rhodey fügt hinzu, dass die Stößelstange nicht nur eine Verbindung zwischen Ventiltrieb und Nocken ist; es ist auch ausfallsicher. „Es gibt viele Möglichkeiten, wie eine Stößelstange brechen kann: Detonation, Tuning, ein kaputter Drehmomentwandler, eine Überdrehung in der Burnout-Box. Es ist verrückt, wie viel Last auf dieses kleine Stück Metall übertragen werden kann.“ "