Nockenwelle

Erstes Bauteil: das Ventil. Wie bei vielen Bleifrei-Umbauten schon üblich geworden, sollten Ventile mit 30 oder 32 mm Durchmesser zum Einsatz kommen, da diese die geometrischen Grenzen des Zylinderkopfs ausnutzen. Nachteilig dabei ist natürlich das mit der Größe verbundene höhere Gewicht. Ich habe mich daher entschieden, Ventile mit einem Schaft-Durchmesser von 6 mm zu verwenden, im Gegensatz zu 7 mm bei den Originalventilen. Bei den heutigen Materialqualitäten sollte dies kein Problem sein und wird auch in zahlreichen Serienfahrzeugen so eingesetzt.

Erwartungsgemäß waren keine Serienventile zu finden, die die erforderliche Gesamtlänge und eine passende Kopfgeometrie aufweisen. Die Wahl fiel daher auf entsprechend überlange Serienventile aus der Automobilindustrie.

Diese wurden gekürzt, in der Kopfform auf die verwendeten Ventilkeile angepasst und anschließend an der Kipphebel-Kontaktfläche nachgehärtet.

Durch vorsichtiges Überarbeiten im Bereich der Ventilteller ließen sich die Ventile sogar auf ein geringeres Gewicht bringen, als die Originale mit kleinerem Tellerdurchmesser.

Als nächstes wurde an Hand der Geometriedaten in den CAD-Zeichnungen überprüft, welche Möglichkeiten zur Erhöhung des Ventilhubs bestehen. Die Nachstellbarkeit der Kipphebel lässt hier einigen Spielraum zu, ohne im Bewegungsablauf eine zu große Exzentrizität des Berührungspunktes vom Kipphebel auf dem Ventilkopf zu erzeugen.

Wie sich herausgestellt hat, ist der begrenzende Faktor für den Ventilhub die Ventilfeder. Die Schwierigkeit beim Heinkel-Zylinderkopf ist die extrem kurze Federlänge, wodurch die maximal realisierbare Federkraft sehr schnell an ihre Grenzen stößt. Je größer die Federkraft sein soll, umso kleiner wird der zulässige Federweg im elastischen Bereich. Bei Überschreitung dieses elastischen Federwegs kommt es zu dauerhaften plastischen Verformungen, sprich zu einer Ermüdung der Feder. In der Serienausführung werden beim Heinkel-Motor zwei ineinanderliegende Federn je Ventil eingesetzt, um in der Addition die gewünschte Federkraft zu erreichen

Die Ventilfeder geht in die Berechnung der bewegten Massen zur Hälfte ein. Mein Ziel war es daher statt der serienmäßigen Doppelfedern pro Ventil nur noch eine Einzelfeder einzusetzen. Fertige Ventilfedern in dieser Länge waren am Markt nicht auffindbar. Ich musste mich daher an die Entwicklungsabteilung einer Federnfabrik wenden. Glücklicherweise traf ich dort auf einen sehr engagierten Mitarbeiter, der sein Berechnungsprogramm so lange gequält hat, bis sich eine Federgeometrie finden ließ, mit der die erforderliche Dauerstandfestigkeit gewährleistet ist. Dies war aber bei der begrenzten Länge nur bis zu einem maximalen Federweg von 8 mm möglich. Die Erhöhung des Ventilhubs auf 8 mm bedeutet jedoch immerhin einen Zuwachs um ca. 25 % gegenüber der Serie. Und dies mit nur einer Feder und der dabei erreichten Gewichtseinsparung.

Größtes Einsparungspotential beim Gewicht bot der obere Federteller, der zu vollen Teilen in die Berechnung der bewegten Massen eingeht. Der Original-Federteller ist verhältnismäßig schwer, weil er die zwei ineinanderliegenden Federn aufnehmen muss und dadurch einen großen Durchmesser aufweist. Der jetzt von mir ausgewählte Federteller aus der Autoindustrie ist deutlich kleiner und wesentlich leichter. Einen zusätzlichen Vorteil für die Größe bot die Ausbildung der Ventilfeder in leicht konischer Form.

Aus den gewählten Umbaumaßnahmen ergeben sich jetzt folgende Resultate:

  • Erhöhung des maximalen Öffnungsquerschnitts der Ventile: ca. 35 %
  • Reduzierung der bewegten Massen des Ventiltriebs:  ca. 15 %
  • Erhöhung der Ventilfederkraft bei maximalem Hub:   ca. 10 %