Stempelringer

I september 2014 ankom støpegods for stempelringene til Vikingmotoren. Arbeidet med disse foregikk helt frem mot nyåret pga. sykemeldinger, ferieavviklig og gjøremål for mekanikerne på andre prosjekter. Det er mye som skal passes sammen slik at fremdriften ikke stopper opp på prosjektene hvor de fleste handverkerne er involvert, - da blir gjerne motorarbeid som dette nedprioritert. Ringene er nå ferdige.

Ringene som fulgte med motoren var svært slitte. De var dessuten for store for sylinderen - når de stod i sylinderen var det knapt 0,3mm klaring mellom endene, noe som kan forklare hvorfor ringene var så slitte der de har passert eksos- og innsugsportene. De virket også veldig grunne i forhold til ringsporene på stempelet.

Her er Sverre godt i gang med dreiing av nye ringer. Dette er vanlig støpegods. Gode emner for stempelringer bør ifølge Oddmunn Brunvoll ha ei hardhet på minst 200 brinell. Gamle soilrør og bremseskiver kan være fine emner.

Det begynner å nærme seg riktig dimensjon.

Her er ringemner dreid. Disse er dreid større enn dimensjonen vi er ute etter slik at de har det nødvendige forspennet. Ringene skal nå kappes og gis overlapping som passer mot sportappene på stempelet.

Ringspor og en av sportappene på stempelet.

Stempelet har ledespor for olje inn til kryssbolten. Stempelringen over sporet skraper med seg olje som forhåpentligvis havner i sporet og videre inn til kryssboltlageret. Denne smøreløsninga er så vidt vi vet ikke original for denne motoren.

Ringsporene var nokså slitte og trengte utbedring. Her har Stein rigget stempelet i dreiebenken, og retter av anleggsflatene for ringenes nerkant. Stempelringene skal ha minst 0,1mm klaring i stempelets lengderetning, men ikke for mye - blir det for stor klaring vil ringene lett slite ut ringsporene. De må ha rom for å "riste løs", blir det for tight vil de lett kokse helt fast. Dybden på de nye ringene er vesentlig større enn de gamle, med i overkant av 1mm klaring mot bunnen av ringsporene, noe som igjen vil minske slitasje på disse.

Her er stempelringen kappet og overlapping ved sportappen maskinert. Når man bruker denne fremgangsmåten, hvor ringemnet dreies ut overdimensjonert for å ha tilstrekkelig forspenn, er det ikke sikkert at ringen blir helt rund når man monterer den i sylinderen. Egentlig skulle den indre diameteren dreies først slik at vi hadde mer kontroll på rundhet når ytterkant skulle dreies. Ringen ville da blitt spent opp mellom to skiver, hvor den ene gav indre diameter - får så å dreie ytterkant. Slik ble det imidlertid ikke pga. kommunikasjonssvikt. Grovdreieinga kom for nært endelige mål, og det var bare findreiing av ytre diameter som gjenstod, - vi måtte derfor improvisere litt. Før findreiinga av ytre diameter spente vi ringene fast mellom to skiver med samlede ender. For å få dem rundest mulig brukte vi strammebånd rundt om ringen. Sentreringa ble imidlertid unødig plundrete.

Ringen prøves i sylinderen for å sjekke at ringgapet er passelig (ringen settes ned slik den skal stå, der hvor sylinderen er minst slitt - bildet er bare for illustrasjon). Ringgapet avhenger av hvor stor omkrets stempelringen har, det bør være minst mulig - men heller ikke for lite. Hvis det er for lite risikerer en at motoren "skjærer seg". Godset utvider seg når det blir varmt, og ringens omkrets blir større. Hvis gapet er for lite vil altså ringen bli for stor for sylinderen når temperaturen blir høy nok. De høyeste temperaturene finner vi inn mot brennkammeret, derfor er også stemplene gjerne dreid svakt koniske mot toppen. Stempelet "vokser seg da jamnstort" under arbeidstemperaturer.

Støpegodsets koeffisient for slik linjær ekspansjon er 0,0000104. Hvis en da tenker seg at de mest ekstreme temperaturene ringene oppnår er omlag 300grader (280 grader økning fra romtemperatur) blir regnestykket omlag slikt: 0,0000104 * 0,84m * 280grader = 0,0024m ringgap (2,4mm). Men - nå er det vel heller tvilsomt at stempelringene på en semidiesel noensinne vil oppnå slike temperaturer...

For Brunvoll type L mente Oddmunn Brunvoll at 1mm var høvelig. Den motoren hadde ei boring på 320 mm, hvilket ga ringene en omkrets på 1,005m. Hvis en snur litt på regnestykket ovenfor kan vi finne makstemperaturen Oddmunn forventet at ringene ville oppnå ved ei ligning: 0,0000104 * 1,005m * X grader = 0,001m. Vi finner da at temperaturøkninga han forutså på ringene var på omlag 100 grader. Vi stoler på Oddmunn og brukte denne temperaturøkninga i en formel som gjaldt for ringene vi jobbet med: 0,0000104 * 0.84m * 100grader = 0,0008736m (tilnærmet 0,9 mm)

Ringene ble dreid mens de ble holdt mellom to skiver med samlede ender til de passet i sylinderen med 0,9mm gap mellom endene.

Stein laget dette verktøyet for å få dreid ringenes innside. Ringen settes inn i støpejernsemnet og låses fast ved å montere ringen som ligger i forkant.

Etter at yttersiden av ringene var dreid til riktig dimensjon ble de spent fast i verktøyet, og innsiden dreid. Ringenes bredde er dermed lik hele veien rundt. De var da klare for montering. Hovedtrekkene i denne metoden å lage stempelringer på har vi fra Kåre Andvik som jobbet for Union i lengre tid. Den samsvarer imidlertid ikke med metoden Oddmunn Brunvoll beskrev. Her følger Ronny Grindsteins notater fra samtaler om stempelringer med Oddmunn:

"Stempelfjærer

Denne fremgangsmåten ble utviklet av Oddmunn Brunvoll på 50-tallet og ble benyttet så lenge semidiesel-motorer ble produsert ved Brunvollfabrikken.

Materiale

Man støper et rør-emne av vanlig støpegods. Denne blir konisk pga slipp-vinkel på støpemodell. I den tykkeste enden (toppen) gjenger man og skruer inn pinne-bolter slik at emnet kan spennes opp i planskive i dreiebenken. Gods for stempelringer bør ha en hardhet på minst 200 Brinell. Gamle ”soil-rør” er godt egnet.

Dreiing

Utvendig diameter dreies til eksakt innvendig sylinderdiameter. Emnet forflyttes da 0,5 mm i planskiven før innvendig diameter dreies. Dette gjør at ringene blir eksentriske. Dsv at ringene får en tykkelsesforskjell på 1 mm. Ringene stikkes så av til rett bredde med et rett stikkstål. Til å stikke av benyttet vi et dobbelt stål sammensatt av to stål montert I en holder. Avstanden mellom stålene må da følgelig være lik riktig ringtykkelse. Det ene stålet retter av kanten mens det andre samtidig stikker av ringene. Dette gir lik bredde på ringene. Siden som blir stukket må som regel files for å få ren kant. Den filte siden av ringene skulle alltid vende oppover ved monterting slik at den rettede siden av ringen vendte nedover og dermed sikret optimal tetting.

Kapping

Ringene kappes med vanlig baufil på det punkt der de har minst tykkelse.

Stempelring lås

Sporene kan bores og/eller files til de er riktige.

Gløding

Ringene glødes i utspent tilstand. Dvs at de monteres f.eks på en plate der de kan spennes ut ca 1,5 ” mellom ring-endene. Deretter varmes de i glødeovn til objekttemperaturen er 640 grader C. Deretter avkjøles de i oppspent tilstand i romtemperatur. Ringene vil nå ha et riktig forspenn og kan nå monteres på stempelet.

Montering/tilpasning

Dimensjonen kontrolleres ved å plassere ringen i sylinderen (oppe og nede) og måle avstanden mellom endene (der endene møtes / ringlåsen) Avstanden bør være minimum 1-en millimeter* for å hindre skjæring når motortemperaturen stiger. * På Brunvoll type L og motorer med tilsvarende stempeldiameter."