bmwe21.net forums

De rationale achter het vervangen van de krukasnaaf had ik tot op heden alleen maar vanuit een theoretische onderbouwing en een enkel praktijk voorbeeld gegeven, maar voordat ik deze aan mijn eigen motor installeerde leek het mij een goed idee om de verschillende versies met elkaar te vergelijken en te documenteren.



Aangezien ik de oude krukasnaaf al op de krukas had geplaatst moest ik deze eerst weer losnemen; niet alleen kon ik de OEM versie met die van Frank Fahey vergelijken, maar ook heb ik de oude krukasnaaf van mijn M88/3 erbij gepakt. Deze lag nog in mijn projectarchief.



Het linker (donkere) exemplaar is de Frank Fahey versie t.b.v. de S38B36 met nul kilometer. De middelste is de oude (OEM) krukasnaaf van mijn S38B36 (195655km). De meest rechter exemplaar is de oude krukasnaaf van mijn M88/3 (155608 km). De oplettende lezer kan meteen het verschil zien tussen de naaf van de M88 en die van de S38B36.



Duidelijk te zien is dat de naaf van de M88 in het midden meer vlees heeft dan de naaf van de S38B36. We weten dat BMW om tot op heden niet herleidbare redenen het ontwerp van de krukasnaaf voor de M88/S38 meerdere malen heeft gewijzigd. Daar waar bij de M88 en de S38B35 de constructie van de M30, een M24 moer met enkele sluitring, is toegepast, is voor de S38B36 gekozen voor een M20 bout en een kegelvormig tussenstuk.



Interessant is de vraag hoe de druk op het materiaal zich tussen de verschillende versies verhoudt?

Nemen we als uitgangspunt de voorgeschreven procedure voor de M24 moer zoals die bij de M88/S38B35 wordt toegepast. Deze wordt net als bij de M30 met 450Nm vastgezet. Zuiver wetenschappelijk is het weliswaar interessant om het exacte oppervlak van de verdikking rondom de krukas te bepalen. Dat is op zich vrij eenvoudig te berekenen als je de constructie maten opmeet, maar is voor dit vergelijk niet relevant aangezien een kniesoor kan zien dat bij gelijkblijvende kracht de druk op het materiaal het grootste is bij het onderdeel met het kleinste oppervlak, immers we weten allemaal dat de druk op het materiaal bepaald wordt door de het quotiënt van de kracht en het oppervlak.



Ofwel, de mensen van BMW Motorsport hebben destijds om willekeurig welke redenen duidelijk in de rats gezeten, want anders wijzig je niet en (1) de constructie en laat je het (2) niet na, de constructieberekeningen opnieuw uit te voeren, zeker omdat je de procedure voor het vastzetten ook nog eens wijzigt waarbij de druk niet lager wordt, maar door het toepassen van de moment/hoek methode voor een bout met sterkteklasse 12,9 zelfs met meer dan 90% toeneemt.



Wellicht hebben we hier de oorzaak te pakken waarom S38 krukasnaven bij reparaties zo af en toe de geest geven. Kijken we nu even naar een close-up van mijn oude krukasnaaf (S38B36). Duidelijk zichtbaar zijn de slijtagesporen rondom de uitsparing voor de spiebaan.



Als we een uitvergroting van bovenstaande foto maken is duidelijk te zien dat er materiaal rondom de uitsparing is weg gesleten (paarse en gele cirkels). Verder is te zien dat de scherpe hoeken van de uitsparing zelf behoorlijk ver zijn vervormd (rode cirkel).



Door deze vervorming ontstaat er speling tussen de spiebaan van de krukas en de krukasnaaf. Dit is een continue proces en uiteindelijk leidt dit tot een dermate grote speling waardoor de naaf radiaal kan gaan oscilleren. Wacht je maar lang genoeg kost dat je de krukas……... Ofwel, mijn oude krukasnaaf heeft na 195655 afgelegde kilometers enkel nog wat documentatie waarde.



Waarom BMW deze niet van een harder (druk vaster) materiaal heeft gemaakt weet ik niet, maar Frank Fahey heeft de gevolgen van de zwakte van de OEM versie zelf ondervonden en een verbeterde versie gemaakt. Deze verschilt enkel op de kwaliteit van het toegepaste materiaal (staal met een hardheid van 38 i.p.v. 15 op de schaal van Rockwell). Daarmee is deze een stuk beter geschikt om de door het aanhalen van de krukasbout veroorzaakte (veel) hogere druk op de naaf te weerstaan.

Mooie beschrijving, Raymond. Maar maakt dat hardere metaal de krukas juist niet sneller stuk? Flex is nu niet meer mogelijk?

uwbuurman wrote:Mooie beschrijving, Raymond. Maar maakt dat hardere metaal de krukas juist niet sneller stuk? Flex is nu niet meer mogelijk?

Hoi Koos; tussen de eerste lager tap van de krukas en de krukasnaaf zit het krukastandwiel. De axiale druk die op de drie delen rust wordt enkel bepaald door de voorspanning van de krukasbout. Aangezien de moment/hoek methode ongewijzigd blijft zullen druk en spanning in axiale richting hetzelfde blijven.

Het is juist van belang dat de druk tussen krukastandwiel en krukas enerzijds en krukastandwiel en krukasnaaf anderzijds zo uniform mogelijk verdeeld wordt. Dit is noodzakelijk om de door de torsie trillingen (ja, ook bij een zes cilinder in lijn omdat de ontsteking sequentieel werkt en er maar een cilinder tegelijkertijd een vonk krijgt) gegenereerde energie zo efficiënt als mogelijk over te dragen aan de trillingdemper die deze energie dan dissipeert.

Juist daarom moet de warmte weerstand tussen krukas en trillingdemper zo laag mogelijk zijn. Tussen de M88 en de S38B38 heeft het basis ontwerp van de krukas verschillende evoluties doorgemaakt. De reden daarvan is niet meer zo makkelijk te achterhalen, maar ik heb ergens een document waaruit blijkt dat de trillingdemper van de M88/3 en de S38B35 vanaf 6800RPM niet meer in staat is om de eigenfrequenties van de krukas en zuigers te compenseren. Aangezien beide motoren hun maximale vermogen bij 6500RPM afgeven heeft het niet zoveel zin om zover door te gaan, maar met name bij langdurige stints op hoge snelheid op de Duitse autobahn (en dat weet ik uit ervaring) haalt een M88/3 moeiteloos die 6800-6900RPM. Dientengevolge zullen er destijds zeker een aantal motoren overleden zijn.

Nu, na de revisie in 2009 schakel ik bij maximaal 6300RPM wel over en langere hogesnelheidstrajecten beperk ik tot circa 6200RPM, waarbij de teller evengoed nog 240km/h aanwijst. Die laatste 300RPM geloof ik inmiddels wel, maar het risico is het mij niet (meer) waard.

De S38B36 en de S38B38 geven hun maximale vermogen af bij 6900RPM, dus BMW moest de constructie van de krukas wel wijzigen. De wijze van montage van de krukasflens is nu overduidelijk, maar een andere maatregel is het toevoegen van een belangrijke proces stap waarbij de krukas 'koud genitreerd' werd.

Later bij de S38B38 is de krukas nog een keer gewijzigd. Daar wordt niet meer een enkele M24 moer of enkele M20 bout toegepast, maar wordt de trillingdemper d.m.v. een viertal M12 bouten met de in de krukas verbonden. Al met is wel duidelijk dat BMW best veel issues heeft gehad, want waarom zouden ze anders zo vaak het design hebben gewijzigd?

Tegenwoordig hebben ontwikkelaars de beschikking over enorm veel rekenkracht en allerlei CFD achtige simulatie programma’s, maar dat was destijds (jaren tachtig) zeker nog niet het geval waardoor er veel meer handmatige berekeningen nodig waren om iets aan te tonen. Veelal wordt het model dan te complex om voor een enkele engineer te bevatten, laat staan na een jaar of tien waarbij deze de documentatie van zijn voorganger(s) eerst maar eens moest zien te begrijpen. Tegenwoordig is dat veel makkelijker omdat simulaties e.d. vooraf veel afvangen voordat er een eerste prototype werd gemaakt. Het opzoeken van de design grenzen is daardoor veel makkelijker geworden. Dat kon in de jaren tachtig allemaal (nog) niet.

Wat blijft is goed vakmanschap van de ontwikkelaar / engineer. Je ziet met name oudere leidinggevenden die vanuit onder aan de ladder gegroeid zijn daarop vertrouwen. Jongere leidinggevenden hebben veelal die ervaring niet en moeten daardoor meer op het proces en de herleidbare feiten vertrouwen. Daarbij delft goed vakmanschap vaak het onderspit. Paul Rosche was natuurlijk een optimaal vakman, maar hij kon al die projecten natuurlijk ook niet alleen, laat staan dat hij overal bij betrokken was, maar uit zijn biografie (voor diegene die hem gelezen heeft) staat een interessant stuk over hoe de S14B25 tot stand is gekomen. Dat is tegenwoordig ondenkbaar.

Ik zal morgen proberen een korte samenvatting te schrijven, maar eind van de middag hebben we voor de eerste keer bij de E34S de oliedruk opgebouwd. Ging op zich prima. Nu eerst de issue en risico lijsten bijwerken. Kijken of we maandag avond de motor voor het eerst kunnen starten.

Mooi! Ben benieuwd!

Inmiddels heb ik genoeg geschreven over de achtergronden waarom ik zo lang heb moeten wachten voordat ik met de E34S verder kon. Het enigste wat ik daarover nu nog krijt wil is dat ik dat goed kan spiegelen aan de vier pijlers van PMI, te weten (1) klant, (2) product, (3) kwaliteit en (4) team. Dee zijn goed te vertalen in KPI’s waarmee ik een klein inkijkje geef in mijn dagelijkse werkzaamheden.

De klant, dat ben ik als eigenaar van deze E34S zelf. Het product, is de E34S zelf en dan met name gericht op het behoud van de investering t.o.v. de huidige markt. Niet dat ik als klant geïnteresseerd ben in die markt op dit moment, maar niemand kan tien jaar vooruit kijken, laat staan vijf jaar. Kan goed zijn dat de wereld er dan heel anders uitziet. Het kwaliteit aspect heb ik inmiddels meer dan voldoende toegelicht en het team, tja, dat ben ik zelf en de mensen waarvan ik afhankelijk of die van mij afhankelijk zijn (gezin en werk) ben. Dan kom je direct weer terug bij de derde pijler (kwaliteit).

Daarom houdt ik mijn taken en risico lijstjes goed bij. Vaak is het namelijk zo dat je te snel door wilt, maar net die ene (kritische) afhankelijkheid over het hoofd hebt gezien en dat kan afhankelijk van de technische of proces matige complexiteit fataal zijn.

Even afstand nemen en terug de helikopter in om het algehele plaatje te overzien voorkomt fouten. Aangezien ik geen echte tijd kritische paden heb (of het moet de Eiffel toertocht zijn), voldoet een simpel issuelijstje. We hoeven immers ook niet te overdrijven.



Afgelopen vrijdagochtend zijn we begonnen met het vervangen van de krukasnaaf. Aangezien ik de krukas bout nog niet vast had gezet was dit een kwestie van losdraaien van de krukasbout en het lostrekken van de oude krukasnaaf m.b.v. een pulley trekker.



Voor het plaatsen van de nieuwe krukasnaaf controleren we natuurlijk eerst de spie in de krukas zelf. Ondanks dat het vervangen ervan in principe een goed idee is, is dat vanuit risico management geen sinecure. Maak altijd een afweging tussen de procedurele en technische risico’s. Aangezien vanuit kwaliteit het technische risico van hergebruik nihil is wilde ik het procedurele risico van het vervangen ervan niet lopen, dus heb ik de oude spie laten zitten (die gaan overigens nooit stuk).



Voor het monteren van de kakelverse krukasnaaf heb ik deze vooraf met een beetje olie ingesmeerd. Dat verlaagt de wrijving coëfficiënt en thermische stress. Dat bleek ook geen overbodige luxe aangezien een nieuwe krukasnaaf een heel precieze passing heeft. Daarom draai ik deze (m.b.v. de oude krukasbout voorzichtig in.



De krukasnaaf rust uiteindelijk tegen het krukastandwiel. Op dat moment neemt de weerstand toe en moeten we de oude krukasbout vervangen door een nieuwe.



Maar voor het zover is, plaatsen we eerst de blokkeerhaak t.b.v. de krukas. Er zijn weliswaar meerdere wegen die naar Rome leiden, maar ik heb er ooit voor gekozen om het speciaal gereedschap van BMW zelf aan te schaffen. Het voordeel van deze is dat de kracht op de krukasbout van de krukas naar de chassisbalk afgeleid wordt en daarmee niet de krukas tordeert.

Note 1: Vanwege de precieze pasvorm, een van de acht boutgaten is niet equidistant t.o.v. de overige zeven, kan de blokkeerhaak alleen maar geplaatst worden als de motor ongeveer op BDP staat. Dan staat namelijk de borgpin die de trillingdemper met de krukas naaf uitlijnt in de laagste stand.



Note 2: Ook de nieuwe krukasbout wordt vooraf licht geolied om de wrijving coëfficiënt zo laag mogelijk te houden en daarmee een zo hoog mogelijke voorspan kracht te verkrijgen.

De acht M8 bouten draaien we nu met 22Nm vast waarna we de nieuwe krukasbout met gelvormig sluitstuk indraaien. Daarna draaien we de nieuwe krukasbout met bijbehorende kegelvormig sluitstuk in en verdraaien de krukas totdat de blokkeerhaak tegen de rechter chassis balk rust. Vanwege de enorme kracht en zeer hoge druk die tijdens de procedure worden bereikt pas ik ter bescherming van de chassisbalk altijd een klein stukje hout toe.



Bij de M88, M30 en S38B35 is het nu een kwestie van op moment (450Nm) vastzetten en klaar!. Daarvoor heb je voldoende aan een ¾” dop en geschikte momentsleutel. Bij een S38B36 heb je daar niets aan aangezien de krukasbout met de moment/hoek methode wordt vastgezet. Dit gebeurt in zes fasen.

Note 3: Om dat goed te doen, moet je methodisch en gestructureerd werken. Het risico zit hem in het routinematig benaderen. Daarom lees ik lees altijd van te voren de procedures uitvoerig door en vertaal deze in mijn issue/risico lijst naar concrete stappen.

De eerste stap is het voorspannen met 150Nm zodat de combinatie van krukasnaaf/tandwiel goed op de krukas aansluit. Dat kan met een gewone moment sleutel.



Bij de tweede fase wordt de bout weer gelost (halve slag) en opnieuw met 60Nm vastgezet (derde fase). Dit bepaalt de voorspankracht van de bout voor het toepassen van de hoekverdraaiing (vierde, vijfde en zesde fase).

De hoekverdraaiing brengt de bout voorbij zijn rekgrens en wordt vanuit praktische overwegingen in drie fasen verdeelt. Bij de S38B36 is er te weinig ruimte om de hoek verdraaiing meter toe te passen en aangezien ik het budget niet heb om een dure sleutel te kopen die dit kan pas ik dat stukje goniometrische kennis welke ik ooit op de middelbare school heb opgedaan toe en meet dit op de trillingdemper zelf wel af. Dat werkt net zo goed en je weet (begrijpt) waar je mee bezig bent



Bij de vierde en vijfde fase verdraaien we de bout met ieder 60°. Bij de zesde fase doen we er nog eens 30° overheen. In die laatste fase wordt de bout dan ook voorbij zijn vloeigrens (= rekgrens) gebracht.

Note 4: Om dat voor een M20 bout met strekte klasse 12.9 te bereiken is meer dan 800Nm nodig. Normaal gesproken vereist dat een 1” dop en bijbehorende draaistuk, maar die zijn te groot om bij ingebouwde motor toe te passen. Als de dop en draaistuk van goede kwaliteit zijn kan een ½” dop en sleutel ook. De kracht die je zelf kan uitoefenen is dan alles bepalend. Zelf pas ik een verlengstuk toe om de laatste stap van de vijfde fase en de zesde fase zelf te kunnen uitvoeren.



En juist dit is wat de S38B36 zo kritisch maakt en waarom veel garagisten dit überhaupt niet (willen) doen of terugkeren naar de bekende luchtsleutel waarvoor je de gehele voorkant moet losnemen. Echter het is te doen, alleen wel tijdrovend. Normaal gesproken moet je voor het vervangen van een krukaskeerring zeker een dag uittrekken.



Daarmee kunnen we ook de krukaspulley weer terug plaatsen. Natuurlijk ook hier weer nieuwe boutjes (sterkteklasse 10.9) die i.t.t. bij de M30/M88/S38B35 met 34Nm moeten worden vastgezet (weer een verschil).

Alvorens de volgende fase in te gaan hebben we de krukas handmatig een paar omwentelingen gedraaid. Daarbij letten we met name op het uitblijven van onregelmatigheden (bijgeluiden en mechanische weerstand). Ook dat ging goed, dus we kunnen de motor verder afbouwen en oliedruk gaan opbouwen, maar dat komt in een volgende bijdrage wel.

Man man, wat weer een prachtige beschrijving van kennis, kunde en resultaat.

En dan kan het snel gaan, maar pas op. Wel waakzaam blijven.

• Luchtslang tussen terugslagklep en uitlaatspruitstuk monteren => Check
• V-snaren monteren en initieel spannen => Check
• Luchtgeleiders van dynamo koeling monteren => Check



• Oliefilter en toebehoren vervangen => Check
• Windgeleider en visco fan monteren => Check
• Nieuwe bougies plaatsen => Check
• Aansluiten bougiekabels => Check
• Plastic platen afdekken => Check
• Lucht filterhuis monteren => Check
• Luchtmassa meter en temperatuursensor aansluiten => Check



• Restant van hydraulische olie van niveau regeling af tappen => Check



• Koelvloeistof bijvullen => Check
• Vijf en driekwart liter motorolie vullen => Check
• Twee liter Pentosin in het reservoir voor de stuurbekrachtiging en niveau regeling kiepen => Check.



Note 1: In eerste instantie passen we minerale olie toe. Deze wordt na circa 500 kilometer weer gewisseld om alle toegepaste montage-pasta te spoelen waarmee we de nieuwe lagers en oliepomp hebben voorgesmeerd.

Voor het opbouwen van de oliedruk is het essentieel om de brandstof toevoer en de ontsteking uit te schakelen. Daarvoor verwijderen we (1) het DME relais en (2) het brandstofpomp relais.



Daarna het spannende moment. Maar niet voor alle check-listen nog een keer na te hebben gelopen. Niks vergeten, dus gaan met die banaan; het primen van de oliepomp en het opbouwen van de oliedruk.



In eerste instantie kostte het vier cycli van een tiental krukasomwentelingen voordat het olielampje doofde, maar dat is OK. Dat wordt voldoende opgevangen door al dat assemblage vet waarmee ik de lagers en oliepomp heb voorgesmeerd.

Volgende stap is de eerste start van de motor, maar daarvoor moet ik eerst een litertje extra koelvloeistof bijkopen. Voor de M88/S38 gebruik ik namelijk uitsluiten een speciaal goedje van Eurol.

Petje af!

Prachtig werk Raymond, heerlijk hoe je alles tot in detail plant en ook met ons deelt. Ik blijf met plezier lezen en bijleren.

Wat is dat speciaal goedje van Eurol dat je als kvs gebruikt?

Tot de kleinste details .. petje af !!!

Ongelooflijk, wat een project weer. Hulde voor de beschrijving.

Vanavond hebben we het controleren van de vloeistof niveaus, de motor voor het eerst gestart. Helaas geen videootje van het moment zelf, maar wel van direct er na.



Ging direct goed. Motor loopt en loopt goed. Bij het ontluchten van het PAS systeem viel meteen op dat het stuurhuis veel strakker stuurt, dus ook dat belooft veel goeds. I.i.g. is het risico nu behoorlijk afgenomen. We kunnen nu door naar de inbedrijfstelling. Wellicht donderdag mee naar Son, kan ik meteen de olie op vrijdag verversen.

Nog wel een aantal uitdagingen zoals (1) het laten uitlijnen en (2) het vullen van het A/C systeem. Voor het uitlijnen moet ik even goed gaan nadenken, met name omdat door het uit- en inbouwen van het stuurhuis een aantal parameters zijn gewijzigd die niet onder normaal uitlijnen vallen.

Sta versteld van je kunde Raymond, en het leest ook zo lekker weg!

Mvg, Krijn

Jammer dat ze zover weg woont, Raymond.voor speciale uitlijnklusjes moet je bij Lammert in Dokkum zijn. Ze komen vanuit heel Nelderland.