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."

Sying av topp og annet.

Arbeidet går stadig fremover på Vikingmotoren. Det grøvste som gjenstår før prøvestart er stempelringene - de opprinnelige var helt utslitte. Vi venter på støpejernsrør/emner fra støperiet slik at vi kan få laget nye.

Det begynner å ligne på en motor. Toppen er bare satt på for å ha den unna veien. Stempel med veivstake og ringer er ikke montert ennå, og kryssboltlageret trenger også utbedringer før det kan skje. Lensepumpa vi jobbet med i forrige innlegg ble erstattet med ei som var litt bedre. Denne ble utbedret med Belzona 1111 i ventilhuset. Sylinderen ble boret opp og fikk innsatt foring. Kazik laget nytt smørekopp-lokk til omstyringa.

Smørerør er rengjort og montert. Smøreapparatet er testet og funnet i orden.

Vi har ikke lyktes i å finne deler til pumpemekanismen over oljebrya, men lar det passere foreløpig. Mekanismen er ikke nødvendig for å kunne kjøre motoren, og oljen kan trekkes opp manuelt. Vikingen har gått uten denne i lengre tid.

Plynsjen i regulatoren er pusset og ujevnheter filt bort, eller "grader" fjernet - som mekkerne våre sier.

Kazik har laget nytt vekesmøresystem som forsyner eksenteren med olje. Det gamle var ødelagt.

Startluftventilen er gjennomgått, pakket om, og montert. Selve ventilakslingen er noe tært ved ventilen, men vi satser på at den vil fungere tilfredsstillende inntil videre.

Regulatormekanismen.

Regulatorhetta er rengjort og overflatebehandlet. Det gjenstår fortsatt å fore opp reguleringsstaget.

Plynsjepinnen - bolten som overfører bevegelsen fra eksenterstaken til plynsjen i regulatoren har vi laget ny i steden for å sette inn foring. Ved bruk av foring ville fjerning av gods i begge slitedelene blitt nødvendig. Vi fant derfor at ny plynsjepinne var beste løsning her.

En noe provisorisk reparasjon av gløderingen på kula som vi håper vil holde til ny kule er anskaffet. Ringen er sveist opp med støpejernspinne.

Skilleveggen på glødekula har også fått ei lita utbedring.

Toppen har ei lei sprekk, og HFS har fått kjøpe nystøpt topp av Morten Neset som er eier av M/K Arnefjord. I tillegg skal den gamle forsøkes reparert slik at de har reservetopp tilgjengelig. Vi har valgt å gjøre dette ved hjelp av metallsøm-systemet fra "Lock-n-stitch". Du kan lese mere om dette systemet på følgende link: http://www.locknstitch.com/Default.htm På bildet ovenfor er første hullet boret.

Etterhvert som en borer langs sprekka skrus spesielle skruer inn som lukker sprekka. Prosessen er ganske tidkrevende. Arbeidet med sprekka tok over 30 timer.

Hver enkelt skrue i sømmen krever endel arbeid. Først borer en hull for skruen.

Deretter forsenkes hullet med en spesiell tapp.

Deretter gjenger en opp hullet med "Lock-n-stitch" gjengetapp. Dette tar mye tid ettersom det bør gjøres for hand, - de skjøre og dyre gjengetappene tenderer å knekke når en bruker maskin.

Lokk-n-stitch leverer ei egen gjengevæske med utstyret.

Deretter skrus skruen inn. Når skruens mothake-formede hode bunner i forsenkninga, brekker det sekskantformede skruehodet av ved høyt nok moment. Gjengene på skruene peker opp mot hodet, mens den delen av hodet som entrer forsenkninga har en mothake som peker andre veien - skruene skal således dra godset omkring sammen. Før skruen skrus inn påføres ei låsevæske - den mørke på neste bilde.

Alt nødvendig utstyr fulgte med i pakken fra Lock-n-stitch.

Etter at reperasjonen var ferdigstilt ble toppen trykktestet. Vi laget en ring som holdt ei gummipakning inn mot kjølkanalene og monterte luftnippel på kjølekanalen. Kjølekanalene ble utsatt ca. 8 bar lufttrykk og reparasjonen påsprøytet såpe. Vi kunne ikke finne lekkasjer.

Etter at toppen var trykktestet i kald tilstand, ble den varmet opp til omlag 115 varmegrader og trykktestet på nytt. Ingen lekkasjer da heller.

NB: Testen ble utført uten fagpersonell tilstede. Dette er IKKE måten å gjøre slik testing på, da luft komprimeres under trykk. Toppen kunne rett og slett eksplodert, men det gjorde den altså ikke. Vi tolker det dithen at den er meget solid. Lekkasjetestene skulle vært utført med tynn væske ala diesel eller whitesprit under trykk i kjølekanalene. Væske lar seg ikke komprimere slik som luft, og testen blir dermed meget tryggere for omgivelsene.

Omstyring, kobling, m.m.

Vi er så smått i gang med å bygge opp motoren igjen. Akslinger og styrestag i kobling og omstyring trengte utbedring. Her har vi valgt forskjellige løsninger, noe er laget nytt og noe er påkrympet foring.

Rammelagrene er istøpt nytt kvitmetall, og dreid ut til riktige dimensjoner. Innskraping begynner vi ikke med før vi har montert sylinder, stempel og alt annet som  kan påvirke innretninga av veivakslingen.

Noen små luftbobler i lagerstøypen er skrapt og slettet.

På akterenden av veivakslingen skal eksenter og koblingsklokke påmonteres. I enden av akslingen skal også et lager som sentrerer mellomakslingen og koblingshjertet i forhold til koblingsklokka, presses inn.

Dreieluftventilene på veivakslingen, en foran og en bak.

Smøreringen montereres i forkant på veiva, rundt dreieluftventilen på forrige bilde. Denne kan lett skades under demontering, dersom man ikke passer på å demontere smørepunktet i forkant av veivhuset først. Denne ringen fanger opp oljedråper fra smørepunktet, og ved hjelp av sentrifugalkraft når akslingen roterer presses oljen videre til krumtappen via hullet vi skimter i overkant av bildet. En kanal i krumtappen leder oljen videre til anleggsflaten mellom krumtapp og veivlager.

Dreieluftventilene presses ut mot veivhuset av fire fjærer inn mot veivaksling og skinker. Tappen i øverkant av bildet holder ventilen i riktig posisjon.

Koblingsklokka er påmontert veivakslingen. Den originale mutteren har fått ublid behandling gjennom årenes løp.

Gjengene på svinghjulsmutteren trengte litt oppfriskning. Vi ser også eksenteren innafor koblingsklokka.

Deler i koblinga/omstyringa bar preg av stor slitasje. Her dreier Stein ned akslingen med tannkransen som driver tannstanga til koblinga.

Når ujevnhetene på akslingen er dreiet bort, krympes hylsa på for å kompensere for slitasjen.

Tannstanga som akslingen på forrige bilde styrer, var såpass tært at vi valgte å lage ny.

Her er Stein godt i gang med fresinga av tannstanga. Fresemaskinen han bruker er overmoden for utskiftning.

Her prøves delene sammen, - det blir tight og fint.

Akslingen for omstyringa, som John Åge jobber med her, er også laget ny. Forøvrig ser vi at mellomaksling er montert, med koblingshjerte og det hele.

Mellomakslingen før montering. Opplagringspunktene fikk istøpt nytt kvitmetall hos oss i 2009. Selve akslingen ble også laget ny av Wàrtsila på samme tid ettersom Vikingen fikk brudd i den opprinnelige. Tappen vi ser i forkant, midt i koblingshjertet er monteringspunkt for sentreringslageret. Denne hadde også fått ublid behandling ved tidligere demontering.

Før montering skraper John Åge pakningsflater på sylinderen rene for malingsrester.

Svinghjul, sylinder og eksospotte er kommet på. Pakning mellom bunnramme, veivhus og sylinder er "Gascoid" 0,15 mm. Pakning mellom lydpotte og sylinder er enlags laminert "Klingersil" grafittpakning 1,5 mm.

Også svinghjulet har vært utsatt for ublid behandling opp gjennom årene. Her ligger det nok endel uforløst spenning i godset og lurer.

Eksospotta så ut til å ha boltehull for ulike flenser.

Etter å ha studert bilder av en mindre Wichmann med dreieluftventiler, laget vi nye luftinntak til motoren.

Slik ble de seende ut til slutt.

Kjølvannspumpa flies opp. Denne ser ut til å være i grei forfatning.

Lensepumpa er det værre med. Denne har mye grafittisering, og etter at bildet ble tatt pusset Stein hull i ventilkammeret.

"Vindkjelen" på lensepumpa er høyst tvilsom. Det spørs nok om den ikke ryr i stykker når vi begynner å arbeide med den.

Ventilhuset på lensepumpa kan muligens bygges opp med "Belzona 1111".

Pumpesylinderen på lensepumpa er også svært tært. Denne setter vi sannsynligvis foring i, dersom vi ikke kommer over ei annen pumpe som kan brukes.

En til Wichmann med sleideventiler!!!

"STP-forumet" er et glimrende nettsted for dem som ønsker å holde seg oppdatert på hva som rører seg i "fartøyvern-Norge". I den utrolig omfattende tråden "Semidiesel", dukket det opp en postering den 5. jan. med link til video av en liten Wichmann som stod og putret og gikk og noen dager senere en video til. I den siste videoen kan en såvidt skimte en detalj som ikke er vanlig, og noen dager senere kom den ny postering fra brukeren "Ekerhovd" med bilder av motoren. Her kan en se bl.a. dette bildet av motoren (klikk link for å vise). Bildet og videoen avslører at motoren har innsugsporter på bunnramma slik som Vikingens motor. Vi har ikke sett utforminga på "svanehalsene" før, og var i ferd med å lage buede rør da denne posten dukket opp. Nå  har vi mere å gå etter.