YANMAR 2GM20, LÖSUNG FÜR EINE SCHWERE INSTALLATION MIT ELLEBOGEN GTS 40 MOTORLAGER

4 Motorlager ELLEBOGEN GTS 40 (Ref. 120450-06201)

Kurze Beschreibung des Boots und des Motors.

Das Segelboot wurde von Gaffers & Luggers (Mylor Bridge, Cornwall) gebaut. Es ist 7,19m (23,6ft) lang und 2,43m (8,0ft) breit. Die Wasserverdrängung des Boots ist 5000kg (11023lbs) und sein Tiefgang ist 1,37m (4,6ft). Das Modell des Boots heiβt Heard 23.

Celt of Greystones [Heard 23]

WerftGaffers & Luggers, Mylor Bridge, Cornwall
LÜA9,75m  Bugspriet und Ruder, 7,09m auf DeckSegelober-
fläche
53m2, Groβsegel, Klüver, Stagsegel, und Marssegel
LWL7,19mTakelageGaff Cutter
BÜA2,43mTiefgang1,37m
Verdrängung5000 kgMotorYanmar 2GM20
KieltypLanger Kiel  

Das Segelboot hat einen Yanmar-Motor 2GM20, einer der populärsten Bootsmotoren für diese Art von Segelbooten.

Segelboot: Heard 23, beim Segeln an der Irischen Küste in der Nähe von Wicklow.

Installation und Verhalten des Motors

 

Der Segelbootsbesitzer konnte die OEM Yanmar Motorlager nicht installieren, weil es zu wenig Platz im Motorraum gab. Die OEM Yanmar Motorlager waren zu hoch und die Installation war unmöglich. Deswegen hat er beschlossen, sich den Motorlagermarkt anzuschauen, und er fand einen guten Lieferanten, der eine Motorlager- Premiummarke lieferte.

Obwohl der Lieferant und der Hersteller Motorlager mit guter Qualität produziert haben, war der Besitzer nicht glücklich mit dem Resultat. Deswegen hat er einen Post gemacht und in einem Forum über Bootsmotoren um Rat gefragt, weil er nicht sicher mit der Auswahl der Motorlager war. Ellebogen ist ein stolzes Mitglied von diesem Forum.

Wie man auf dem oberen Bild sehen kann, hat der Bootsbesitzer um Rat gefragt, ob die Motorlager richtig waren oder ob es steifere bzw. weichere sein müssten.

Ellebogen hat beschlossen, dem Besitzer zu helfen.

Ellebogen decided to help. Ellebogen hat den Besitzer des Segelboots um einige Informationen gebeten, wie die Höhe der Motorlager, Details der aktuellen Motorlager und Information über die Installation des Motors. Genaue Bilder und Videos des Motors bei verschiedenen Laufgeschwindigkeiten mit aktuellen Motorlagern werden unten gezeigt:

1000 RPM

1100 RPM

1200 RPM

1400 RPM

2100 RPM

Grundberechnung (1 Freiheitsgrad)

Mit der Information des Yanmar 2GM20 Motors und der Steifigkeit des aktuellen Motorlagers, wurde eine 1 Freiheitsgradberechnung gemacht (Motoren schwingen bei 6 Freiheitsgraden). Die Steifigkeiten der aktuellen Motorlager waren: Vordere Seite: 270N/mm, Getriebeseite: 200N/mm. Die Eigenfrequenz des Systems war 18,29Hz. Das bedeutet, dass wenn etwas bei 1097 U/min schwingt, würden wir eine Verstärkung der Schwingungen sehen (vertikale Schwingungen).

Der Yanmar 2GM20 Bootsmotor ist ein 2-Zylinder-Motor. Wie wir bei vorherigen Messungen gesehen haben, werden die Ordnungen 1,5 (21Hz) and 2 (28Hz) erzeugt, wenn der Motor in Leerlauf läuft (850rpm). Ein Messungsergebnis eines Yanmar 2GM20 Motors bei 867 U/min wird unten gezeigt:

Diese Tabelle zeigt die Eigenfrequenzen, in denen der Motor in Resonanz wäre (Klappern). Wenn der Motor bei 1000U/min läuft, wird die Ordnung 1,5 die 5. Eigenfrequenz (25,53Hz) und die Ordnung 2 die 6. Eigenfrequenz (33,57Hz) erregen. Dieses Phänomen wird im folgenden Video gezeigt:

Wenn die Auswahl der Motorlager theoretisch richtig war, warum ist der Bootsbesitzer nicht zufrieden? Die Antwort auf diese Frage kann kompliziert sein, aber wir werden versuchen, sie so einfach wie möglich zu machen.

Zunächst sollten wir berücksichtigen, was eine 1 Freiheitsgradberechnung ist. Das heiβt, dass das gelagerte Element (Motor) nur eine Resonanzfrequenz hat (auch bekannt als Eigenfrequenz), die mit der folgenden Formel berechnet werden kann.

Fig 4: Formel für Eigenfrequenz.
Fig 4: Formel für Eigenfrequenz.
Wo “k” die Steifigkeit der Motorlager und “m” die Masse des Bootsmotors sind.
Fig 1: Übertragungskurve.
Fig 1: Übertragungskurve.

Die gelbe Linie bewegt sich von links nach rechts, abhängig von der Laufgeschwindigkeit des Motors, von niederem nach hohem Leerlauf.

Aber die Realität ist leider schwieriger. Der Motor kann sich in 6 möglichen Rictungen bewegen (auch bekannt als Freiheitsgrade).

Obwohl die wichtigste Resonaz die vertikale ist, ist die Realität, dass der gelagerte Motor 6 Resonanzfrequenzen haben wird.

Warum 6? Weil der Motor sich in 6 mögliche Richtungen bewegen kann, 3 Translationsrichtungen (X, Y und Z) und 3 Rotationsrichtungen (Pitch, Roll and Yaw).

Erweiterte Berechnung des Motors (6Freiheitsgrade)

Mit der Information des 2GM20 Yanmar-Motors und der Steifigkeit der aktuellen Motorlager wurde eine 6-Freiheitsgradberechnung gemacht. Diese Berechnung erlaubt uns zu wissen, warum der Bootsbesitzer nicht zufrieden war.

Resultate mit den aktuellen Motorlagern:

Die Tabelle unten zeigt die Eigenfrequenzen des Bootsmotors. Basierend auf der “1” kann man den Schwingungsmodus sehen. Z.B. die 3. Eigenfrequenz hat eine ”1” auf dem Z. Das heiβt, dass diese Eigenfrequenz einen Schwingungsmodus in Z-Richtung hat. Das ist, was die 1-Freiheitsgradberechnung berechnet hat. Wenn man eine “1” auf dem “Phi” sieht, dann heiβt es, dass sie rotational sind. Man kann sehen, dass die letzten 3 Eigenfrequenzen in der Laufzone des Motors wären.

Diese Tabelle zeigt die Eigenfrequenzen, in denen der Motor in Resonanz wäre (Klappern). Wenn der Motor bei 1000U/min läuft, wird die Ordnung 1,5 die 5. Eigenfrequenz (25,53Hz) und die Ordnung 2 die 6. Eigenfrequenz (33,57Hz) erregen. Dieses Phänomen wird im folgenden Video gezeigt:

Wenn der Motor bei 2100U/min läuft, wird die Kurbelwelle bei 35Hz schwingen (2100/60). Das würde erklären, warum wir diesen Schwingungspegel haben.

Wir können unten den Ausdruck der vorherigen Tabelle in einer Grafik sehen. Wir können sehen, wo die Verstärkungen der Schwingungen bei Frequenzen liegen, wo die Übertragunskurven gröβer als 1 sind.

Um die Schwingungsmoden besser zu verstehen, zeigt das folgende Video, wie sich der Motor bewegen würde.

Ergebnisse der Berechnungen mit ELLEBOGEN GTS 40

Mit der Steifigkeit und Dämpfung des ELLEBOGEN GTS 40 Motorlagers bekommen wir die folgenden Eigenfrequenzen:

Wir können sehen, dass jetzt die Eigenfrequenzen stark verringert werden, wegen der niedrigeren Steifigkeit der Motorlager (100N/mm). Das ist zwischen 2 bis 3 mal niedriger als die aktuellen Motorlager (Vordere Seite: 270N/mm, Getriebeseite: 200N/mm). Die Verstärkung der Schwingung bei Resonanz wird auch verringert. Das wird erreicht durch die Dämpfungseigenschaften der Mischung.

 

Die Einfederung der Motorlager ist unter 4mm in allen Positionen. Deswegen wissen wir, dass die Motorlager nicht überbelastet werden. Sehen Sie unten das Datenblatt des ELLEBOGEN GTS40 Motorlagers.

Auch verfügbar unter diesem Link: https://www.ellebogen.com/de/ellebogen-gt-s40/

Wichtigkeit der Viskosität der Mischung.

Die Ellebogen GTS 40 Motorlager haben ein gedämpftes Gummi, das eine niedrige Steifigkeit hat. Die Dämpfung baut die Energie ab. Dieser Abbau hilft, dass der Motor bei niedrigen Eigenfrequenzen stabiler ist.

Die nächste Grafik zeigt eine Übertragungskurve mit zwei verschiedenen Gummimischungen. Niedrige Dämpfung in Blau und hohe Dämpfung in Schwarz.

Das Video unten zeigt zwei Gummibälle mit diesen zwei Gummitypen und derselben Härte.

Das Resultat

Wir danken Herrn Joe Walsh für sein Vertrauen in Ellebogen und die gut dokumentierten Berichte, die er uns geschickt hat. Wir sind sehr stolz, ihn in der Ellebogen-Community zu haben.

1000 RPM

2000 RPM

1000 RPM

1200 RPM

1600 RPM

1800 RPM

2000 RPM

2400 RPM

Der Bootsbesitzer machte den folgenden Komentar im Forum.

Wir danken Herrn Joe Walsh für sein Vertrauen in Ellebogen und die gut dokumentierten Berichte, die er uns geschickt hat.

Wir sind sehr stolz, ihn in der Ellebogen-Community zu haben.

Segeln an der Küste von Wicklow, Irland

Herr Joe Walsh ist ein Irischer Segler, der in Wicklow (Irland) wohnt. Er ist ein aktives Mitglid von Yanmar-Foren und gibt anderen Seglern Empfehlungen, ihre Probleme an Bord (typische und nicht typische) zu lösen. Ein gutes Beispiel für die Brüderschaft, die zwischen Seglern existiert.

Joe segelt an der Küste con Wicklow. Für die Segler, die an dieser Region interessiert sind, könnten die follgenden Webseite interessant sein.

https://www.cruiserswiki.org/wiki/Wicklow,_Ireland
https://www.wicklowsailingclub.com/
http://www.gsc.ie/
https://www.sailing.ie/
https://www.waterwaysireland.org/things-to-do/sailing
https://offshore-yacht-charter.com/sailing-holidays-ireland/?lang=en