Wenn man eine neue Nockenwelle (engl. Cam) für seine Harley haben möchte, dann wird man schier erschlagen von den Daten und Fakten. Wofür ist welche Nockenwelle gut? Was bedeuten die Kennwerte? Wie kann ich verschiedene Fabrikate miteinander vergleichen? Worauf muss ich achten?

Auf diese Fragen werde ich versuchen, eine Antwort zu geben. Da wir es mit amerikanischen Zulieferern zu tun haben, werde ich im folgenden das Zollmass verwenden. (1"=2.54cm). Diese Notation ist einfach üblich.

Zudem werde ich Bildmaterial und Infos der beiden Firmen CompCams.com und NRHSPerformance.com mit deren freundlicher Genehmigung verwenden.


Die verschiedenen Nockenwellen:

NRHS - High Performance for your Harley Twin Cam, Evolution, Sportster or Buell!

Klicke auf die Grafik für eine vergrößerte Ansicht

Name: 4cams.jpg
Ansichten: 1
Größe: 25,8 KB
ID: 3260


In diesem Bild sind verschiedene Nockenwellen (von einer Sporty, nur zur Veranschaulichung!) aufgelistet, die von links nach rechts immer aggressiver werden. Die Nocke ist der elliptische Hügel, der vor dem Zahnrad ist. Während das Rad sich dreht, wird durch die Nocke eine Stösselstange nach oben geschoben, welche die Ventile betätigt. An der obersten Position der Nocke ist das Ventil maximal auf, auf der anderen Seite ist es komplett zu.

Zur Verdeutlichung kann man sich auch das Zusammenspiel von Nocken, Stösselstangen und Ventilen hier einmal ansehen:
AnimatedPiston Animated Piston Twin Cam Engine Screensaver - Animated Motorcycle Engines


Bezeichnung der Nockenwellen:

Bauartbedingt sind die Nockenwellen für Ketten- und Getriebebetrieb verschieden. Während die kettenbetriebene Wellen eine Zahnrad an der Stirn haben und ansonsten identisch sind (sie laufen ja in dieselbe Richtung) haben die getriebe betriebenen Nockenwellen einen Zapfen zur Aufnahme der Zahnräder. Zum anderen laufen sie dadurch entgegengesetzt zueinander, weshalb die Nockenwelle für vorne komplett anders ist wie die für hinten.

Gekennzeichnet sind die Getriebenockenwellen mit einen "G" im Namen. Die Nockenwellen für die hydraulischen Ketten ab ´07 haben ein "H" im Namen. Die Hybrid-Nockenwellen haben ein "N" im Namen. Nur die alten Nockenwellen bis ´06 haben keine besondere Kennzeichnung.

Getriebenockenwellen bis BJ´06 sind natürlich auch wieder anders, als die ab BJ´07. Die haben dann deshalb die Bezeichnung "GN".

Zu diesem Thema siehe auch Teil III:
http://g-homeserver.com/harley-david...euerkette.html

Valve Lift:

Wie man auf dem Photo unschwer sieht, ist die linke Nocke relativ kurz und sie steigt in einen sanften Bogen an. Das heisst das Ventil wird nicht besonders weit geöffnet, und der Anstieg passiert sanft; die Stösselstangen haben genug Zeit, auf die Änderung zu reagieren. Ganz rechts hingegen steht die Nocke sehr viel stärker raus, und der Anstieg ist fast senkrecht.

Die Höhe der Nocke nennt man Cam Lobe Lift (CLL). Manchmal wird sie auch Valve Lift oder einfach nur Lift genannt. Sie ist das erste wichtige Mass einer Nockenwelle. Sie wird in inch angegeben. Typische Werte für eine Standardnockenwelle sind 0.473" bzw. 0.484". Eine Tuningnocke hat .550", aggressive Monsternocken über .600".

Diese Längen sind für den Ventilausschlag angegeben. Die gemessene Höhe an der Cam ist um den Faktor 1,625 geringer. Das liegt daran, dass oben im Kopf die Rockerarme eine Übersetzung von 1,625 bilden. So hätte beispielsweise eine Standardnockenwelle eine Nockenhöhe von 0.290". Das ganze multipiluiert mit 1,625 ergibt 0.471". Und dieser Wert würde dann in den Werte für die Nockenwelle eingetragen werden.


Duration:

Wie lange bleibt das Ventil auf? Wenn man genau hinsieht, sind die Nocken im Bild auch unterschiedlich dick. Sie werden nach rechts hin dicker. Das heisst also, dass bei der ganz rechten Nocke das Ventil auch länger auf ist. Genauer gesagt öffnet dadurch das Ventil früher, und schliesst sich später. Dieser Wert heisst Duration. Er wird in Grad Umdrehung der Kurbelwelle angegeben. Dieser Wert wird für die Einlassnocke und die Auslassnocke getrennt angegeben. Er kann zwischen 200 und 260 Grad liegen. Üblicherweise bleibt die Auslassnocke etwas länger auf als die Einlassnocke. Bei der SE-255 Cam sind die Werte 235°/211°.

EVO Cams:

Es gibt für die Harley Motoren verschiedene Arten von Nockenwellen. Der EVO Motor hatte nur eine Cam. Deshalb sind auf dieser Nockenwelle 4 Nocken drauf, jeweils zwei (Einlass, Auslass) für den Vorderen und für den hinteren Zylinder:
Klicke auf die Grafik für eine vergrößerte Ansicht

Name: bigtwincam.jpg
Ansichten: 1
Größe: 1,7 KB
ID: 3261


TC Cams:

Der TwinCam (TC) Motor hat, wie der Name schon sagt, zwei Nockenwellen. Jeweils eine für den vorderen und eine für den hinteren Zylinder. Das wurde notwendig wegen der Vergrösserung des Hubraums und der strengeren Umweltauflagen (Lärm). Beide Nockenwellen sind gleich, deshalb muss man nicht für beide Cams eine eigene Grössenangabe machen.

Diese beiden Nockenwellen sind über eine Kette miteinander verbunden, die mit einem Kettenspanner gespannt wird. Bis 2007 war dieser Kettenspanner mechanisch durch eine Feder "angetrieben". Er neigte bei manchen Maschinen dazu, vorzeitig zu verschleissen. Bei den neueren Maschienn hat man andere Ketten verwendet (abgerundete) und der Kettenspanner ist Hydraulisch betrieben. Damit ist das Problem offensichtlich gelöst worden.

Ältere Maschinen können auf das hydraulische System umgerüstet werden:
Screamin' Eagle® Hydraulic Cam Chain Tensioner Plate Upgrade Kit | Genuine Motor Accessories | Harley-Davidson USA

Zurück zu den Nockenwellen. Im weiteren Verlauf werden wir nur die TC Nockenwellen behandeln, da sie jeweils nur einen Zylinder betreiben. Auf jeder Cam sitzen zwei Nocken, eine für den Einlass und eine für den Auslass. Im Folgenden werde ich als Beispiel immer die Werte der Screaming Eagle SE-255 Nockenwelle nehmen.


Klicke auf die Grafik für eine vergrößerte Ansicht

Name: tccams.JPG
Ansichten: 1
Größe: 32,8 KB
ID: 3262




Graph der TC Nockenwelle:

Wenn man sich die TC Cams von Vorne ansieht , dann sehen sie aus wie auf folgendem Bild:
The Science Behind Camshaft Design - Circle Track Magazine

Klicke auf die Grafik für eine vergrößerte Ansicht

Name: ctrp_0701_04_z+engine_camshaft+lobe_diagram.jpg
Ansichten: 1
Größe: 32,4 KB
ID: 3258

Man muss sich vorstellen, dass sich diese Cam im Uhrzeigersinn dreht, während der Motor läuft. Wenn die Gradanzeige ganz unten steht, dann ist 0 Grad, also Zündung des Gemisches, der Kolben ist ganz oben. Danach kommt zuerst der Exhaust (Auspuff) Nocken rechts oben, dann der Intake (Einsaugen) Nocken links oben. Und dann folgt auch wieder die nächste Zündung.

Da alle Verschlusswerte in Grad der Kurbelwelle angegeben werden, muss man sich vor Augen führen, dass ein 4-Takt Motor seine Kurbelwelle 2-mal dreht, bevor er wieder von vorne anfängt. Die Cam dreht sich aber nur einmal. Eine ganze Umdrehung der Cam entspricht einem Kurbelwellenwinkel von 360° +360° = 720°.

Deshalb gibt es ja auch eine 2:1 Untersetzung zwischen der Kurbelwelle und der Cam. Wichtig ist, dass die Winkelwerte der Cam deshalb durchaus über 200° sein können. Das soll einen nicht verwirren.

Overlap:

Wie man sieht, können sich die Einlass- und die Auslassnocken auch überlappen. Das heisst für diese Zeit sind Ein- und Auslassventil gleichzeitig offen. Dieser Wert wird Overlap genannt. Er kann auch einen negativen Wert annehmen, wenn nämlich die beiden Nocken sich gar nicht überlappen, sondern etwas entfernt voneinander sind. Die Standard-Nockenwelle für die 07-09 Harleys hat zum Beispiel einen Overlap von -8°. Das liegt an den Umweltauflagen. Leistungsstarke Nockenwellen gehen bis 60° Overlap.

Werte der Exhaust Nocke:

Die nächste Graphik soll veranschaulichen, wie die Nockenwellenwerte angegeben werden.

Dazu habe ich eingezeichnet, wo der Untere Totpunkt (Bottom Dead Cetner, BDC) und der Obere Totpunkt (Top Dead Center, TDC) sich auf der Graphik befinden. Der Winkelwert eines Quadranten ist 180°. Natürlich durchquert die Kurbelwelle während einer CAM-Umdrehung den Oberen- und Unteren Totpunkt jeweils 2-mal. Die unteren Totpunkte liegen links und rechts auf der horizontalen Achse, die oberen oben und unen auf der vertikalen Achse.

Klicke auf die Grafik für eine vergrößerte Ansicht

Name: diagram modiex.jpg
Ansichten: 1
Größe: 47,7 KB
ID: 3263

Die Lage der Auslass-Nocke (Exhaust, exh), wo sie also Anfängt und Aufhört, wird mit zwei Winkeln angegeben. Der Anfangspunkt wird durch den Winkel BBDC (Before Bottom Dead Center) beschrieben, Also wieviel Grad vor dem unteren Totpunkt. Der Endpunkt durch den Winkel ATDC (After Top Dead Center), also wieviel Grad nach dem oberen Totpunkt.

Das wären in unserem Beispiel dann 48.0/7.0. Das heisst das Ausgangsventil öffnet sich schon 48° bevor der Kolben ganz unten ist, und schliesst sich 7 Grad nachdem der Kolben eigentlich schon die ganze Luft rausgedrückt hat und schon wieder auf dem Weg nach unten ist, um einzuatmen. Warum erklär ich später.

Wie man unschwer sieht gilt die Formel:
Duration (exh)= BBDC+ATDC+180°. Im Beispiel: Duration (exh)=48+7+180=235°


Werte der Intake Nocke:

Für den Einlass (Intake, int) gilt ähnliches. Die entsprechenden Start/Ende Werte sind BTDC (Before Top Dead Center) und ABDC (After Bottom Dead Center). Bei unserer Beispielnockenwelle wären das 6.0/25.0.

Und auch hier gilt:
Duration (int)=BTDC+ABDC+180°. Im Beispiel: Duration (inh)= 6°+25°+180°=211°


Klicke auf die Grafik für eine vergrößerte Ansicht

Name: diagram modiin.jpg
Ansichten: 1
Größe: 48,4 KB
ID: 3264


Berechnung Overlap:

Und weil wir schon so schön am Rechnen sind: der Overlap berechnet sich so: Overlap=BTDC+ATDC. Also der Winkel des Auslasses nach dem oberen Totpunkt ATDC plus der Winkel des Einlasses vor dem oberen Totpunkt BTDC. Einfach gesagt, die Summe der zwei oberen grünen Flächen der beiden Graphen. Im Beispiel: Overlap=6°+7° = 13°. Es sind immer die beiden kleineren Zahlen, also leicht zu merken.


Lobe Separation, Lobe Centerline Angle:

Der Abstand der beiden "Bergspitzen" der Nockenwelle nennt man Lobe Separation Angle(LSA), gemessen in Grad. ACHTUNG: dieser Winkel wird in Nockenwellen-Grad (0°-360°) gemessen. Üblich sind etwa 100° bis 110°. In unserem Beispiel 105°.

Ein weitere Eckwert ist, an welcher Stelle die Nocken ihr Maximum haben. Dies wird mit dem Winkelwert Lobe Centerline Angle (LCA) jeweils für den Einlassnocken (ICA) und den Auslassnocken (ECA) angegeben. Der Winkel wird relativ zum Oberen Totpunkt angegeben, in Cam-Winkeln.


Klicke auf die Grafik für eine vergrößerte Ansicht

Name: diagram LCA Exhaust.jpg
Ansichten: 1
Größe: 43,4 KB
ID: 3267 Klicke auf die Grafik für eine vergrößerte Ansicht

Name: diagram LCA Intake.jpg
Ansichten: 1
Größe: 43,0 KB
ID: 3266

Unsere Beispielnockenwelle hat die Lobe Center Werte 99,5°/110,5°.

Wenn ein Hersteller die Lobe Separation nicht angegeben hat, dann kann man sie leicht ausrechen:
Lobe Separation= (Lobe Centerline(in) + Lobe Centerline(out)) /2. Also in unserem Beispiel:
Lobe Separation= (99,5° +110,5°) /2 = 210°/2 = 105°.

Zwischen Duration (gemessen in Kurbelwellen Grad,0°-720°) und Lobe Centerline (gemessen in Cam Grad, 0°-360) besteht folgende Verbindung:

Lobe Centerline(int) = Duration(int) /2 - BTDC
Lobe Centerline(exh)= Duration(exh)/2 - ATDC

Im Beispiel:
Lobe Centerline (int) = 211°/2 - 6° = 105,5°-6° = 99,5°
Lobe Centerline (exh) = 235°/2 - 7° = 117,5° -7° = 110,5°


Lift TDC:

Ein seit kurzem aufkommender Wert ist Lift at TDC. Dies sagt aus, wieviel inch die jeweilige Nocke anhebt, sobald der obere Totpunkt (OT) erreicht ist. Das ist natürlich nur der Fall, wenn es eine Überlappung (overlap) gibt. Typische Werte sind 0" bis 0.230".


Werte einer typischen Nockenwellen:

Wenn man bei den Herstellern von Nockenwellen blättert, findet man immer dieselben, mehr oder weniger vollständigen Massangaben. Als Beispiel habe ich hier mal die Spezifikationen der Feuling Reaper Nockenwellen genommen. Sie sieht so aus:
Reaper? Camshafts at FEULINGPARTS oil pump corp

Klicke auf die Grafik für eine vergrößerte Ansicht

Name: Unbenannt.JPG
Ansichten: 1
Größe: 29,6 KB
ID: 3265

Nehmen wir mal die Nockenwelle Nummer 574 (die habe ich selber). Der erste Wert sagt uns, dass die Cam einen Ventilhub von .574" hat. Sie ist damit eine der leistungsfähigeren Cams.
Die anderen Werte sind: BBDC=61°, ATDC=14°, BTDC=15°, ABDC=45°.

Das der Hersteller "vergessen" hat, den für uns weitere wichtige Werte mitzuteilen, stört uns nicht. Wir wissen ja, dass der Overlap=BTDC+ATDC=15°+14°=29° ist. Merkhilfe: Addition der beiden kleineren Gradzahlen.

Und auch die Lobe Separation könen wir schnell ausrechnen: Lobe Separation= (105°+113,5°)/2 = 218,5°/2 = 109,25°.

Für sehr viele TC Nockenwellen gibt es hier eine Vergleichstabelle mit allen wichtigen Werten:
Big Boyz Head Porting - Twin Cam Camshaft Comparator

Dasselbe gibt es auch für EVO-Nockenwellen:
Big Boyz Head Porting - EVO Cam Comparator


Eigene Nockenwellen ausmessen:

Wenn man zum Beispiel eine gebrauchte Nockenwellen geschenkt bekommt und nicht weiss, wie die Werte sind, dann kann man die Winkel nach dem obigen Muster abmessen und eventuell mit dem Faktor 2 multiplizieren, wenn die entsprechenden Werte auf die Kurbelwellen Gradzahl bezogen sind. Je nachdem, welchen Winkel man da misst. Den Valve Lift (kurz Lift) misst man mit einem Messchieber. Dann schaut man in der Vergleichstabelle nach und weiss, welche Cams man hat.


Zusammenfassung

Ich habe mal alle wichtigen CAM-Werte in einer Tabelle zusammengefasst. Insbesonderen sieht man auch, ob der jeweilige Wert in Kurbelwellen- oder in Nockenwellengrad angegeben wird:

Klicke auf die Grafik für eine vergrößerte Ansicht

Name: tabelle Cams.jpg
Ansichten: 2
Größe: 95,3 KB
ID: 3268


Timing Graph:

Hier nochmal eine weitere Darstellungsform von Cam-Werten, wie sie bei Tunern von Autos gerne verwendet werden:

Klicke auf die Grafik für eine vergrößerte Ansicht

Name: ctrp_0701_02_z+engine_camshaft+chart.jpg
Ansichten: 1
Größe: 51,4 KB
ID: 3259

© 2010, Peter Viczena