VEREINFACHTE AUSWAHL DER MOTORLAGER AM BEISPIEL EINER CATALINA 28 (UNIVERSAL M25-MOTOR)

Segelboot: Catalina 28 beim Segeln auf dem Ottawa-Fluss in Kanada. Das Boot benutzt 2 Ellebogen GT-S45 (#120450-06400) und 2 Ellebogen GT-S55 (#120450-06801) Motorlager.  

Einleitung

Brief description of the boat and engine.

Es ist sehr wichtig fĂŒr die richtige Auswahl der Motorlager, die Belastung jedes Lagers zu wissen. DafĂŒr mĂŒssen wir die Position der Motorlager und den Schwerpunkt kennen. Der Schwerpunkt ist der Punkt, wo das ganze Gewicht konzentriert ist und wo der Motor und die Transmission ihr Gleichgewicht finden. Dieser Punkt wird mit dem Symbol  “” gekennzeichnet. Diese Information ist sehr wichtig, aber nicht alle Motorhersteller geben sie.

In diesem Artikel benutzen wir einen realen Fall mit dem Datenblatt eines Universal 25-Motors. Der Motor ist aus und der Besitzer eines Catalina-28-Segelboots will die Motorlager austauschen, weil sie abgenutzt sind. Der Kontakt von Metall mit Metall der Motorlager verursacht einen ungewĂŒnschten LĂ€rm im Bootsrumpf und ein hohes Schwingungsniveau, das die umliegenden Elemente beschĂ€digt. Das Bild unten zeigt den Zustand der Motorlager.

 

Kurze Beschreibung des Segelboots und des Motors.

Das Segelboot wurde von Bootsdesigner Gerry Douglas entworfen. Das Segelboot ist 28.50 ft / 8.69 m lang und 10.17 ft / 3.10 m breit. Seine VerdrĂ€ngung ist 8,300 lb / 3,765 kg und sein Tiefgang ist 5.25 ft / 1.60 m. Die Werft heißt Catalina Yachts (USA).

Sie sehen unten eine Gesamtansicht des Segelboots:

 

Der Motor ist ein Universal Motors M25-Motor. Er hat 3 Zylinder und kann eine Leistung von 21PS bei 3200U/min bringen.

Der Hersteller dieses Motors befand sich in Wisconsin (Oshkosh). Er begann im 2. Weltkrieg mit der Herstellung von sehr zuverlĂ€ssigen Dieselmotoren fĂŒr viele verschiede Anwendungen, wie z.B. Rettungsboote. Der Verkauf und die Marinisierung wurde vom bekannten Unternehmen Westerbeke aus Massachusetts durchgefĂŒhrt. Mehr Information: https://www.westerbeke.com/Category/M-25/5399ADA2DAF73A26740BF7A5#techdocs

Ergebnisse und ErklĂ€rung ĂŒber die Auswahl der Motorlager.

Das Video unten zeigt einen Bootsmotor, der im Leerlauf lÀuft und dann mit eingelegtem Gang die Geschwindigkeit steigert.

Die Befestigung der Motorlager war provisionell, weil der Besitzer das Isolierungsniveau sehen wollte.

Wir bedanken uns herzlich bei Chris Sandes, Besitzer des Catalina 28 Segelboots und Geoff Mealing, Freund von Chris, der Chris beim Austausch geholfen hat. Beide waren so freundlich, uns die folgenden E-Mails zu schicken:

 

 

 

Berechnung der Belastungspunkte in AbhÀngigkeit vom Abstand zum Schwerpunkt.

Das Datenblatt des Motors zeigt keine Information ĂŒber die Position des Schwerpunkts. We können annehmen, dass die Position des Schwerpunkts in Querrichtung (Y) im Motorzentrum ist. Trotzdem ist es sehr unwahrscheinlich, dass der Schwerpunkt in LĂ€ngsrichtung (X) im geometrischen Zentrum ist.

Deswegen mĂŒssen wir die Position des Schwerpunkts schĂ€tzen. DafĂŒr haben wir die Maße der Zeichnung des Motors berĂŒcksichtigt (siehe unten) und haben den folgenden Berechnungsprozess durchgefĂŒhrt, um die Position des Schwerpunkts zu berechnen

 

  • 1st Schritt: Wir haben die verschiedenen Elemente des Motors mit Rechtecken dargestellt:

  • 2nd Schritt: Wir haben die Schwerpunktsposition jedes Rechtecks berechnet. Wir wissen, dass der Schwerpunkt eines Rechtecks in seinem Zentrum liegt.

Deswegen bekommen wir das folgende Bild. Wir haben auch die OberflÀche (S) jedes Rechtecks berechnet.
  • 3rd Schritt: Wir platzieren beide Schwerpunkte auf demselben Koordinatensystem und bekommen fĂŒr jeden die Koordinate in X-Richtung.

  • 4th Schritt: Mit den vorberechneten Werten können wir den globalen Schwerpunkt mit der folgenden Formel berechnen:

Sobald wir den Wert von Xcg bekommen, haben wir die ganze Information, um die Berechnung durchzufĂŒhren.

Um die Position der Motorlager zu festzulegen, haben wir das Koordinatesystem im Schwerpunkt platziert. Das Datenblatt zeigt ein Trockengewicht von 134kg. Um die Motorlager nicht ĂŒberzubelasten, haben wir ein Gewicht von 150kg angenommen.

 

Von der Belastung pro Motorlager zur Auswahl des Motorlagers.

The load that we have calculated has to be understood as static load. Waves, movement of the sailboat originated by strong winds or navigation style will input dynamic loads on the mount. The severity of the movement will have a proportional impact on the dynamic loads.

Dynamic loads can input additional deformations on the rubber of the marine engine mounts and this will affect the durability.

Due to this fact, it is not advisable that the mounts are selected to their maximum static load capacity. It is advisable not to overpass the 90% of their static load capacity. Being a safe approach to dimension them around the 70% of their maximum load capacity.

Ellebogen marine mount’s data sheets indicate the maximum static load capacity on a graph indicating the deflection of the mount also.

GTS-45: https://www.ellebogen.com/wp-content/downloads/datasheet/technical-data-sheet-ellebogen-gt-s45.pdf

GTS-55 : https://www.ellebogen.com/wp-content/downloads/datasheet/technical-data-sheet-ellebogen-gt-s55.pdf

 

ELLEBOGEN GT-S55 (Ref. 120450-06801)

NÂș Beschreibung X (mm) Y (mm) F (Kg) s (mm) % (MAX)
1 ELLEBOGEN GT-S55 (Ref. 120450-06801) -141,5 -146 46,2 2,28 66
2 ELLEBOGEN GT-S55 (Ref. 120450-06801) -141,5 146 46,2 2,28 66
3  ELLEBOGEN GT-S45 (Ref. 120450-06400) 227 203 28,8 2,58 64
4 ELLEBOGEN GT-S45 (Ref. 120450-06400) 227 -203 28,8 2,58 64

 

Am Beispiel vom Universal M25 XT Motor des Catalina 28 Segelboots haben wir die folgende Tabelle gemacht.

Diese Tabelle zeigt die Position der Motorlager in X- und Y-Richtungen, die Belastung pro Motorlager (F), die Einfederung (S) und die Beziehung der Belastung im Vergleich zur maximalen BelastungskapazitÀt des Motorlagers (%).

Die Tabelle zeigt, dass die vorderen Motorlager weniger Belastung als die Motorlager auf der Getriebeseite aushalten. In diesem Fall können wir nicht dieselbe GummihÀrte benutzen, weil die Einfederungen der Motorlager sehr unterschiedlich wÀren. Deswegen wurden 55Sh Motorlager auf der Getriebeseite und 45Sh Motorlager auf der vorderen Seite installiert.

Die Eigenfrequenz des Motors berechnen (vereinfachte Berechnung).

Die Eigenfrequenz des Motors ist die Drehgeschwindigkeit, bei der der Motor eine Resonanz oder ein Klappern hat. Normalerweise sehen wir zu starke Bewegungen des Motors und der Antriebswelle. Diese Drehgeschwindigkeit heißt „Eigenfrequenz“. Diese Eigenfrequenz sollte vom Leerlauf, der vom Hersteller empfohlen ist, entfernt sein. Die Motorlager sollten eine viel niedriegere Eigenfrequenz anbieten, damit wir nicht zu viele Schwingungen im Leerlauf haben.

Schritte, um die Resonanzfrequenz des Motors zu berechnen:

1 Schritt: Wir finden die Einfederung des Lagers auf der linken Achse.

2 Schritt: Wir ziehen eine horizontale Linie bis zur rechten Achse (Eigenfrequenz)

3 Schritt: In diesem Fall haben wir 2 Lager mit einer Eigenfrequenz von 580 U/min und 2 mit 595 U/min. Das ist eine ungefĂ€hre Angabe fĂŒr die Resonanzfrequenz des Motors.

Wie man die Schwingungsisolierung berechnet

Die Schwingungsisolierung des Motors wird in Prozent ausgedrĂŒckt. Das wĂ€re die Verringerung der Schwingungsgeschwindigkeit. Es gibt einen einfachen Weg, mit diesen Schritten die Schwingungsisolierung zu berechnen.

1  Schritt: Wir finden die Einfederung des Lagers auf der linken Achse.

2  Schritt: Wir ziehen eine horizontale Linie bis zur rechten Achse (Eigenfrequenz).

3  Schritt: Wenn wir die Schwingungsisolierung bei 2000 U/min wissen möchten, zeichnen wir eine vertikale Linie bis zwischen die zwei schwarzen Linien der Einfederung.

4  Schritt: Wir folgen der diagonalen Linie, bis wir auf den Prozentsatz der Schwingungsisolierung treffen. In diesem Fall ist die Schwingungsisolierung 90%.

Einige interessante Links:

FĂŒr alle, die mehr Informationen ĂŒber Schwingungsisolierung möchten, kann der folgende kostenlose Kurs vom MIT interessant sein. https://ocw.mit.edu/courses/2-003sc-engineering-dynamics-fall-2011/resources/lecture-21-vibration-isolation/

Auf dem Ottawa Fluss segeln

Es ist möglich, von Ottawa nach Montreal zu segeln. Der ganze Weg ist gut schiffbar und gut ausgezeichnet, wo es nötig ist. Der Weg ist 360km lang, sein Ufer ist dicht besiedelt und bietet alle nötigen Services an. Die Canada Shipping Act schreibt vor, dass alle Boote, die nĂ€her als 30m von JachthĂ€fen segeln, eine Geschwindigkeit von unter 5 Knoten einhalten mĂŒssen. Der Link unten zeigt alle JachthĂ€fen auf dem Weg:

https://marinas.com/search?category=marina&country=CA&region=ON&city=Ottawa

Nepean Segelclub: https://nsc.ca/web2/

Der Link unten bietet eine gute ErklÀrung der Strecke an:

http://sailquest.com/ottawa/downrvr.htm