Motorrad Tuning: Scharfe Nockenwelle

Wenn ein Motor ernsthaft auf Spitzenleistung getunt werden soll, führt kein Weg an einer schärferen Nockenwelle vorbei.
Nocken, die 20° länger öffnen (also 10° frühere Öffnung und 10° späteres Schließen) als die Serienteile, bringen schon eine ganz erhebliche Leistungssteigerung. Diese liegt bei 10-20% und findet immer im oberen Drehzahlbereich statt.

Da bei einer Verlängerung der Steuerzeiten die maximale Leistung auf höhere Drehzahlen verschoben wird, solltest du prüfen, ob nicht Regionen erreicht werden, die der Motor mechanisch nicht mehr verkraftet. Robuste Serienmotoren mit geringer Literleistung und drehzahlfestem Nockentrieb können auch 30° oder sogar 40° mehr Öffnung vertragen, während mechanisch ausgereizte Hochleistungsmotoren, die mit 98% vom maximalen Drehmoment in den Drehzahlbegrenzer rauschen, nicht mal 5° zulassen. In solchen Motoren, die von der Dauer der Öffnung her am Limit sind, bringt eher eine Vergrößerung des Ventilhubs zusammen mit mehr Überschneidung etwas.

Auch wenn es dir vor allem um mehr Drehmoment geht, solltest du dir eine Nockenwelle anfertigen lassen, die gleiche oder kürzere Steuerzeiten, aber einen vergrößertem Hub hat. Sie wird evtl. aber auch die Leistung im oberen Drehzahlbereich noch leicht erhöhen können. Der Ventiltrieb wird durch ein solches Profil wesentlich höher belastet. Ich kenne aber Motoren, in denen solche Nocken auch mit den Serienventilfedern prima funktionieren. Wenn der Motor nur im unteren und mittleren Drehzahlbereich Leistung haben soll, kannst du die Steuerzeiten deutlich und den Hub etwas verkürzen. Dazu noch kleinere Vergaser und der Motor wird von unten wie ein Ochse ziehen. Beim Drehen wird ihm dann aber schnell die Luft ausgehen.

Es gibt Betriebe, die sich auf das Anfertigen von Nockenwellen spezialisiert haben. Wenn noch keine Erfahrungswerte für einen Motor vorliegen, solltest du mit diesen Leuten abklären, was möglich und sinnvoll ist. Die machen den ganzen Tag nichts anderes und wissen inzwischen, was sie tun. Sag ihnen, was du mit deinem Motor vorhast, und die finden was Passendes. Ich habe gute Erfahrungen mit den Firmen Campro und Schrick gemacht, aber es gibt auch namhafte andere (Megacycle, Großewächter usw.).

Die einfachste und kostengünstigste Möglichkeit, eine scharfe Nockenwelle herzustellen, ist das Umschleifen einer Seriennockenwelle. Hierbei wird der Grundkreis abgetragen, so daß auf dem Nocken genug „Fleisch“ entsteht, um das Profil umarbeiten zu können. Da diese Maßnahme den Flächendruck erhöht und eine erhebliche Verstellmöglichkeit des Ventilspiels erfordert, kommt sie fast nur für robust konstruierte Motoren mit Einstellschrauben für das Ventilspiel in Frage. Man könnte auch den Ventilsitz tiefer fräsen, aber dadurch sinkt die Vorspannung der Ventilfeder (kann man durch Unterlegen der unteren Ventilfederteller kompensieren) und der Brennraum muß im Einlaßbereich nachgearbeitet werden.
Die bessere, aber auch teurere Lösung ist das Aufbringen von Material auf die Nocke vor dem Umschleifen oder noch besser der Einbau einer speziell angefertigten Nockenwelle.

Die Einstellung der veränderten Nockenwellen sollte dann so erfolgen wie das Justieren der Serienteile. Also Überschneidung in oder kurz vor OT, die Nockenwellen mal ein bißchen nach außen, mal ein bißchen nach innen drehen und natürlich immer die Prüfung auf ausreichende Freigängigkeit der Ventile.

Da eine starke Überschneidung der Ventile im OT die Abgaswerte verschlechtert, ist sie bei Serien-motoren meistens relativ gering. Hier geht noch was. In vielen Fällen verbessert eine stärkere Über-schneidung auch die Leistung im mittleren Drehzahlbereich. Es kann also gut sein, daß eine scharfe Nocke mit maßvoll längeren Öffnungszeiten und deutlich höherer Überschneidung eine höhere Spitzenleistung ereicht und trotzdem die Leistung im mittleren Bereich steigt oder zumindest gleichbleibt. Im unteren Drehzahlbereich wirst du aber immer etwas verlieren.

Wenn du also eine Nocke mit 20° mehr Öffnung hast, solltest du auf jeden Fall mal versuchen, davon nur 5° für den späteren Einlaßschluß bzw. früheren Auslaßbeginn, aber 15° für die Überschneidung zu nehmen. Und wenn du für einen Motor mit geringer Überschneidung eine schärfere Nockenwelle anfertigen läßt, überleg dir, ob du einen Teil der Öffnungszeit für die Überschneidung brauchen wirst. (Natürlich wird aber auch schon die längere Öffnungszeit die Überschneidung erhöhen.)

Ein Anhaltswert: Die Überschneidungshöhe in Rennmotoren liegt bei ca. 40% des maximalen Nocken-hubs. Gerade die starke Überschneidung wird durch die Freigängigkeit der Ventile zum Kolbenboden (Einl.1,5mm/ Ausl. 1,0mm) und zueinander eingeschränkt. Bevor du dir eine zu optimistische Nockenwelle anfertigen läßt, solltest du prüfen, wieviel Luft hier noch ist oder sich schaffen läßt.
In Motoren mit hohem Bohrung/Hub-Verhältnis sind die Brennräume konstruktionsbedingt sehr flach, um eine hohe Verdichtung zu erreichen. Dadurch ist auch der Abstand der Ventile zum Kolbenboden sehr klein und du wirst fast immer die Ventiltaschen tiefer setzen müssen.

Links die scharfe Version mit längerer Öffnung und mehr Hub.

Da oft der Ventiltrieb das Kriterium ist, das die Drehzahl begrenzt, besteht hier die Möglichkeit, durch Gewichtserleichterungen Spielraum für höhere Drehzahlen zu schaffen. Das können leichtere Ventile, Stößel und Federteller sein. Du kannst dir diese Teile aus Titan anfertigen lassen. Titan ist aber nicht nur sauteuer und schwer zu bearbeiten, es hat auch furchterregend schlechte Reibwerte und deswegen müssen die Oberflächen beschichtet werden. Da inzwischen immer mehr Hersteller ihre Topmodelle serienmäßig mit Titanventilen bestücken, werden diese in den nächsten Jahren auch immer häufiger bei deinem Schwager, dem Motorradschlachter zu finden sein. Oder du versuchst, an die Daten dieser Ventile (Ventilgröße, Länge und Schaftdurchmesser etc.) heranzukommen, so daß du sie als Neuteile beim Händler besorgen kannst. Für viele OHV-Motoren werden verbesserte (leichtere, steifere) Stößelstangen angeboten, die die möglichen Drehzahlen erhöhen. In Motoren mit langen Stößelstangen ist oft weniger das Gewicht als die Labilität der Stößelstangen das Problem. Da auch die Ventilfedern mit ca. der Hälfte ihres Gewichts zu den beschleunigten Massen gehören, solltest du sehen, ob es nicht leichtere Exemplare mit gleicher Federrate gibt. Stärkere Ventilfedern sollten das letzte Mittel sein. Bei schärferen Nockenwellen mit längeren Öffnungszeiten und unverändertem Hub hat der Nocken mehr Zeit, die Ventile zu öffnen und zu schließen. Dadurch sinkt die Ventilbeschleunigung und die mögliche Drehzahl steigt.

Selbst bei größerem Ventilhub und verlängerten Steuerzeiten könnte also die Beschleunigung der Ventile gleichbleiben. Durch einen größeren Ventilhub wird die Ventilfeder stärker komprimiert, so daß manchmal sogar dazu geraten wird, eine etwas schwächere Feder einzubauen. Als groben Anhaltspunkt kannst du rechnen, daß eine Nocke, die 20° länger öffnet, bei 1mm mehr Hub eine ungefähr der Serie entsprechende Ventilbeschleunigung hat und durch die stärker komprimierte Ventilfeder über eine etwas höhere Drehzahlfestigkeit verfügt. Erst Nocken mit steileren An- und Abstiegen oder eine stark gestiegene Drehzahl würden eine stärkere Feder erforderlich machen. Da eine stärkere Feder höhere Materialbelastungen mit sich bringt, solltest du aber immer zuerst versuchen, durch Erleichtern des Ventiltriebs zum Ziel zu kommen. Stärkere Ventilfedern und größere Ventilhübe belasten bei niedrigen Drehzahlen die Nockenspitzen, so daß das Standgas erhöht werden sollte.

Bei den früher weitverbreiteten Schlepp- und Kipphebeln (Schlepphebel kommen gerade wieder in Mode) kann man durch Umschleifen den Radius der Lauffläche des Hebels vergrößern und dadurch die Ventilerhebungskurve verändern. Das macht aber heute kaum noch einer, weil die Ventilbeschleunigung erheblich zunimmt und der Nockentrieb schnell zum Hammerwerk wird.

Der Ventilhub im Einlaß liegt meist bei 25-30% des Ventiltellerdurchmessers. Mehr als 30% bringen keinen Leistungsgewinn, weil der dafür erforderliche Kanaldurchmesser nicht vorhanden sein kann und die mögliche Drehzahl durch die hohe Ventilbeschleunigung unnötig eingeschränkt wird. Wenn du das für deinen Motor nachrechnen möchtest. Wirksamer Ringspalt am Ventil = Ventildurchmesser x pi x Ventilhub x 0,71. Die 0,71 sind ziemlich genau der Sinus von 45° (0,7071067). Dieser Faktor ist aber nur ein Näherungswert und berücksichtigt den Winkel, in dem der Gasstrom am Ventil in den Brennraum eintritt.

Also z.B. für ein 40er Einlaßventil mit 12mm (30%) Ventilhub 1070mm². Ein Kanal mit 36mm Durchmesser hat einen Querschnitt von 1017mm². Und da gehen noch die gut 27mm² ab die ein 6mm Ventilschaft hat. Bleiben noch 990mm² In diesem Fall wäre die Ventilöffnung also zu groß.

Beim Auslaßventil liegt der relative Hub oft höher, weil die Strömungsgeschwindigkeit schon zu Beginn des Auslaßtaktes am höchsten ist und das meist kleinere und leichtere Auslassventil stärkere Beschleunigungen ermöglicht.

Wenn du aber die Steuerzeiten gefunden hast, die deinen Motor mit der gewünschten Leistungscharakteristik laufen lassen, kannst du nochmal versuchen, den maximalen Nockenhub zu erreichen, den dein Ventiltrieb noch sauber verarbeiten kann. Das wird sich fast immer lohnen.

Ein Praxistip:
Wenn du die Steuerzeiten für eine Nockenwelle aufgezeichnet hast, kannst du dich bei allen weiteren Einstellungen an der Höhe des Ventilhubs im OT orientieren. Du weißt z. B., dass das Einlassventil im OT 2,5 mm geöffnet ist und willst den Einlassschluss um 4° zurückverlegen. Dann schaust du auf die Kurve und kannst hier z.B. sehen, daß der Wert dafür 2,15 mm betragen muß. Den stellst du dann auf der OT-Markierung (,die du ja genau ermittelt und markiert hast) ein. Du sparst dir so die aufwendigere Einstellung mit der Gradscheibe.

Tuning-Nachschlagewerk auch für Hobby-Schrauber: » www.Tuning-Fibel.de