Merkwürdige Geräusche aus V6 ABC - Motor

[Grappa]

So Freunde,

da ich leider keine praktischen Erfahrungen mit Motoren und dort auftretenden Geräuschen habe, muss ich also analytisch an die Sache rangehen... Zu irgendwas muss meine tägliche Arbeit als Ing. doch gut sein... Also, wie gesagt, hier folgt ein akademischer Ansatz über den "alte Hasen" sicherlich nur müde lächeln würden...

mit ein paar Handgriffen habe ich mir aus den Kameramikrofonmessungen mal eine Ordnungsanalyse gestrickt. Die Drehzahl musste ich mir dafür etwas zusammenbasteln, da ich die ja nicht gemessen hatte. Das wirkt sich auf die Genauigkeit der Analyse aus, ist aber nicht allzu tragisch. Im Bild (siehe unten) kommen daher auch die etwas fragmentierten Abschnitte zustande.

Das soll uns aber alles mal nicht weiter stören...

Kurzer Exkurs zum Thema "Ordnungsanalyse". Ich denke nicht jeder weiss, was genau das ist. Die Ordnungsanalyse wird benutzt um Frequenzanteile im Gesamtgeräusch speziellen Drehzahlen und damit Bauteilen z.B. im Motor zuzuordnen. Einfaches Beispiel: Welle mit einer Unwucht. Durch das Drehen der Welle entsteht pro Umdrehung genau 1 x ein Geräusch, was durch die Unwucht hervorgerufen ist. Das Geräusch taucht also mit der 1.Ordnung auf. Dreht die Welle z.B. mit 600 1/min, dann muss der Frequenzbereich um 100 Hz = 600 1/min *1/60 *min/s * 1 besonders hervortreten. Bei zwei Unwuchten wären es entsprechend 200 Hz, usw...

Hier im Bild ist das Frequenzspektrum meiner Messung ("Hochlauf") über der Drehzahl dargestellt. Die Ordnungslinien sind Ursprungsgeraden (Diagonale Linien). Die Pegelhöhe wird mit der Farbskala angezeigt.



Beim 4-Zylinder 4-Takter gibt es pro Umdrehung 2 Zündungen, beim 6-Zylinder 4-Takter sind es 3. Daher treten in Motorgeräuschen von 6-Zylinder-motoren (hier mein ABC...) besonders die 3. Ordnung und ganzzahlige Vielfache davon in Erscheinung: 3. Ordnung, 6.Ordnung, 9., 12., ...
Alle anderen Ordnungslinien (siehe Bild) sind entweder der Kurbelwelle (1.Ordnung) oder anderen Komponenten (die mit einer Übersetzung (z.B. Getriebe, Riemen, etc.) zur Kurbelwelle laufen) zuzuordnen.
Drehen sich Komponenten langsamer als die Kurbelwelle, dann sind es Ordnungen kleiner 1, die wichtig sind. Die Nockenwelle z.B. dreht sich halb so schnell wie die Kurbelwelle und trägt zu den Geräuschanteilen in der 0,5. Ordnung bei.

Betrachten wir im obigen Bild die 1. und die 0,5. Ordnung, so fällt an der Farbgebung auf, dass diese Ordnungen nur schwach vertreten sind (im Vergleich zur 3. Ordnung). Ich würde erwarten, dass das Störgeräusch, wenn es so deutlich hervortritt wie im Hörbeispiel auch in der Farbskala ganz gut hervortritt. Pleuellager - ist ja eine der Vermutungen - müssten mit der 1. Ordnung gehen oder (wenn das Geräusch des Pleuellagers nur gleichzeitig mit großer Krafteinwirkung durch z.B. Zündung auftritt) jede 2. Umdrehung = 0,5. Ordnung. Sieht hier aber nicht so aus... natürlich fehlt hier der Vergleich mit einem intakten V6 ABC. Dann könnte man es genau sagen... Nebenbei bemerkt ist die hier gezeigte Ordnungsanalyse eh für kleine Ordnungen ungeeignet, bzw. die Auflösung sinkt zu kleinen Ordnungen hin, da die Drehzahlauflösung und der Dynamikbereich des Kameramikrofons es einfach nicht hergeben...

Dann habe ich mich mal an die zeitliche Auflösung des Geräuschs gemacht, welches regelmäßig auftritt, aber klanglich durchaus etwas variiert. Ich nehme mir dazu eine FFT über Zeit zur Hilfe (kleine Nebenbemerkung: zwischenzeitlich hatte ich die Gelegenheit die Beschleunigung auf dem Motorblock zu messen, die Messungen zeigen also Körperschall und keinen Luftschall, wie oben...):



und siehe da: das Geräusch tritt mit einem Abstand von 0,28s auf. Bitte nicht daran stören, dass das Geräusch nicht regelmäßig wiederkehrend aussieht, dies liegt an der gewählten fft, die erst ab ca. 350 Hz anzeigt. Schraube ich die Zeitauflösung runter, finde ich die Geräusche deutlich auf Höhe von etwa 150 Hz und dann durchgängig und regelmäßig. Die hier gezeigte fft hilft aber, die Zeit besser messen zu können...
Nun ja, was lernt man daraus: Das Geräusch tritt ca. alle 3,3 - 3,5 Umdrehungen auf. Also weder mit 0,5., noch mit 1. Ordnung --> Pleuellager würden damit entfallen.

Ein anderes Drehendes Teil im Zahnriemenbereich fällt damit zunächst auch flach, denn dessen Rad müsste ja mindestens so groß sein wie ein Nockenwellenrad (Faktor 2 = Nockenwelle) und die Nockenwellenräder sind nachweislich die größten Scheiben im Zahnriementrieb.

siehe dazu auch: Link zu MeckisFAQ

Nehmen wir uns mal ein Kugellager vor. Wenn der Aussenring eines Kugellagers einmal den Innenring überrundet, dreht sich der Käfig mit den Wälzkörpern um weniger als 360°. Dies kann sich jeder mit einem ausgebauten Kugellager anschauen oder er greift auf die Geschwindigkeitsbeziehungen bei Planetengetrieben zurück, da ist das nämlich quasi genau so. Wie langsam sich der Käfig gegenüber dem Aussenring dreht ist dabei vom Durchmesser der Wälzkörper abhängig. Dadurch lässt sich also eine beliebige Untersetzung realisieren, eben auch 0,3. Das Geräusch könnte - dies ist die Schlussfolgerung - durch eine defekte Stelle im Bereich eines Wälzkörperlagerkäfigs, bzw. eines defekten Wälzkörpers immer dann ausgelöst werden, wenn diese an einer bestimmten Position steht, bzw. durch die Riemenspannkraft belastet wird...

So, nach dieser theoretischen Auseinandersetzung bin ich jetzt gespannt auf das, was die "alten Hasen" sagen und was bei der Reparatur am Ende rauskommt. Vielleicht habe ich auch einen Denkfehler drin und ich werde eines Besseren belehrt... Wir werden sehen.

Ich hoffe, es war unterhaltsam...
Über weitere Antworten würde ich mich natürlich weiterhin freuen...

Gruß,
Lorenz



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