{"id":6105,"date":"2021-01-15T18:00:23","date_gmt":"2021-01-15T17:00:23","guid":{"rendered":"https:\/\/vielzutun.ch\/wordpress\/?p=6105"},"modified":"2025-10-09T20:33:53","modified_gmt":"2025-10-09T18:33:53","slug":"desmo-reverse-engineered","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/vielzutun.ch\/wordpress\/?p=6105","title":{"rendered":"Desmo – reverse engineered"},"content":{"rendered":"\n

Die Interaktive 3D Animation<\/a> eines Ducati Testastretta Evoluzione Zylinderkopfs hatte ich ja bereits vorgestellt<\/a>, auch die an dessen desmodromischer Ventilsteuerung beteiligten Bauteile. <\/p>\n\n\n\n

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Eine Auswahl von Bauteilen f\u00fcr die Testastretta Evoluzione Animation (gerendert)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

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Motivation<\/em><\/strong><\/p>\n\n\n\n

Drei Dinge haben mich bewogen, diese Animation zu erstellen. Alle waren und sind mir gleicherma\u00dfen wichtig:<\/p>\n\n\n\n

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  1. wollte ich wissen, welche Performance ich mittels Javascript und der three.js<\/a> Bibliothek aus der bescheidenen Grafik-Hardware meines MacBook Air herauskitzeln kann. (Die verbaute Intel HD Graphics 6000 belegt im GPU Vergleichsranking<\/a> einen soliden 318. Platz von \u00fcber 600 getesteten, mit Gesamturteil «terrible») . Mein Appetit wuchs dann aber w\u00e4hrend des Essens, und in der mir eigenen Bescheidenheit finde ich, da\u00df das Ergebnis insgesamt ziemlich beeindruckend geworden ist. \ud83d\ude0e<\/li>\n\n\n\n
  2. vermittelt die interaktive Wahl von Blickrichtung, Detaillierung und Geschwindigkeit auf die Animation Einblicke und Einsichten, die f\u00fcr die Meisten nicht allt\u00e4glich sein d\u00fcrften, und die \u00fcber den Informationsgehalt einschl\u00e4giger YouTube-Videos deutlich hinausgehen.<\/li>\n\n\n\n
  3. interessieren mich die konstruktiven Randbedingungen, unter denen die Konstrukteure bei Ducati den Testastretta-Motor und dessen «Evoluzione» entwickelt haben.<\/li>\n<\/ol>\n\n\n\n

    Speziell der dritte Punkt ist insofern eine Herausforderung, als Ducati selbst die Herausgabe von Konstruktionsunterlagen an die \u00d6ffentlichkeit nur sehr restriktiv handhaben d\u00fcrfte. Und da f\u00e4ngt es dann f\u00fcr mich an, richtig interessant zu werden. Wieviele seiner Geheimnisse kann man der existierenden Konstruktion durch scharfes Hinsehen und scharfes Nachdenken, sowie mit einem geschulten Maschinenbauer-Verstand trotzdem entreissen? Das ist klassisches Aufgabengebiet des Reverse Engineering<\/a>. Wenn man dieses Ziel konsequent verfolgt, erreicht man im Idealfall ein sehr vergleichbares Verst\u00e4ndnis einer Konstruktion, wie es der urspr\u00fcngliche Konstrukteur selbst hatte. Und man k\u00f6nnte – theoretisch – auf dieser Basis die Konstruktion in einer anderen Richtung weiterentwickeln, als es der Konstrukteur des Originals schlie\u00dflich unternommen hat.<\/p>\n\n\n\n

    Das ist – zugegeben – ein sehr ehrgeiziges Konzept, welches wohl nur von finanzstarken und sehr gut ausger\u00fcsteten Tunern oder Rennst\u00e4llen verfolgt werden k\u00f6nnte. Aber interessant w\u00e4re es schon. Und das angewandte Verfahren kann ich immerhin darlegen. Das Reverse Engineering des Zylinderkopfs und der darin realisierten Steuerzeiten ist dazu der erste Schritt.<\/p>\n\n\n\n

    Was mich zur\u00fcck zur Animation bringt.<\/p>\n\n\n\n

    Erstellung der Animation<\/em><\/strong><\/p>\n\n\n\n

    Um von den in meinem Visualisierungsprogramm (Cinema4D) modellierten Einzelbauteilen zu einer funktionierenden, d.h.: von offen-sichtlichen Widerspr\u00fcchen freien Computeranimation zu kommen, muss man daf\u00fcr sorgen, da\u00df sich alle<\/em><\/strong> Bauteile zu jedem<\/em><\/strong> Zeitpunkt an der richtigen<\/em><\/strong> Position und in der jeweils richtigen<\/em><\/strong> Orientierung (Winkellage(n)) befinden. Das klingt nach einer gewaltigen und eigentlich unl\u00f6sbaren Aufgabe.<\/p>\n\n\n\n

    Zum Gl\u00fcck l\u00e4sst sich die auf ein handhabbares Ma\u00df vereinfachen. Und das geht so:<\/p>\n\n\n\n

    Wenn man \u00fcber Positionen und Orientierungen redet, ben\u00f6tigt man zuerst ein Koordinatensystem. Ich habe mich f\u00fcr das folgende entschieden, um mir die Arbeit nicht unn\u00f6tig schwer zu machen:<\/p>\n\n\n\n

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    Verwendetes Koordinatensystem: Rot, Gr\u00fcn, Blau entsprechen X, Y, Z-Achsen<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

    Jedes beliebige andere Koordinatensystem w\u00e4re ebenso m\u00f6glich gewesen, aber die Rotationsachse der Einlassnockenwelle mit der Z-Achse zusammenfallen zu lassen, erschien mir zweckm\u00e4\u00dfig. Aus den gleichen \u00dcberlegungen heraus habe ich die X-Achse (rot) quer durch die Ebene mit Drehachsen beider Nockenwellen gelegt. Damit entspricht die X-Z-Ebene (mit y = 0) der Trennfuge zwischen Zylinderkopf und Zylinderkopfdeckel. Diese gut fassbare Referenzebene hat mir die Vermessung von Abst\u00e4nden am realen Zylinderkopf sehr erleichtert.<\/p>\n\n\n\n

    Von den urspr\u00fcnglich sechs Freiheitsgraden (3 Translation, 3 Rotation) jedes Bauteils fallen viele wegen gewollter konstruktiver Beschr\u00e4nkungen weg, d.h., die Bauteile sind diesbez\u00fcglich fixiert. So verlaufen etwa alle Drehhachsen (Nockenwellen, Schlepp- bzw. Kipphebelwellen) parallel zueinander und parallel zur Z-Achse. Die jeweils zugeh\u00f6rigen X-Y-Koordinaten bleiben w\u00e4hrend eines gesamten Umlaufs der Nockenwellen konstant. Rotationen um X- und Y-Achse sind ebenfalls konstruktiv ausgeschlossen. Das Problem vereinfacht sich so bereits auf ein zweidimensionales:<\/p>\n\n\n\n

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    Schnittzeichnung des Ducati Testastretta Evoluzione Kopfs; Quelle: <\/em>www.desmo-net.com<\/a><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

    Die Bauteil-Positionen entlang der Z-Achse ergeben sich aus der vermessenen Nockenwellen-Geometrie. Die Z-Koordinaten von Schlepp- und Kipphebel ergeben sich aus passend zur Nocken-Lage auf der Nockenwelle eingearbeiteten Taschen im Zylinderkopf derart, da\u00df besagte Hebel ihren jeweiligen Nocken vollst\u00e4ndig in Z-Richtung \u00fcberdecken. Die Nockenwelle selbst wird auf der Z-Achse durch zwei Bundfl\u00e4chen der Welle beidseits des rechten Nockenwellenlagers axial fixiert (nachfolgend durch einen blauen Doppelpfeil markiert):<\/p>\n\n\n\n

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    Nockenwelle axial durch Bundfl\u00e4chen am rechten NW-Lagers fixiert.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

    Alle diese Z-Werte m\u00fcssen nur einmalig passend initialisiert werden, und bleiben dann w\u00e4hrend eines gesamten Nockenwellenumlaufs konstant.<\/p>\n\n\n\n

    Zweitens lassen sich bestimmte Bauteile gruppieren<\/em><\/strong>, da sie sich jederzeit gemeinsam bewegen bzw ihre Koordinaten\/Orientierungen beibehalten. Hierzu geh\u00f6ren<\/p>\n\n\n\n

    Nockenwelle:<\/td>rotiert gemeinsam mit Flansch, Riemenrad, Scheibe, Inbusschraube, Nutmutter.<\/td><\/tr>
    Schliess-Kipphebel:<\/td>schwingt gemeinsam mit beweglichem Anteil der Hilfsfeder<\/td><\/tr>
    Ventil:<\/td>verschiebt sich entlang seiner lokalen(!) L\u00e4ngsachse gemeinsam mit Shims und C-Ringen; beide Ventile jeder Seite (Einlass, Auslass) sind in je einer Gruppe zusammengefasst.<\/td><\/tr>
    Gestell:<\/td>Schlepp- und Kipphebelwellen, sowie der feststehende Anteil der Hilfsfedern bewegen sich w\u00e4hrend der gesamten Animation \u00fcberhaupt nicht.<\/td><\/tr><\/tbody><\/table>
    Gruppierung von Bauteilen zwecks Reduktion des Animationsaufwands<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

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    Vorw\u00e4rtskinematik<\/em><\/strong><\/p>\n\n\n\n

    Damit reduziert sich der Aufwand beim Zusammenf\u00fcgen der Bauteile zu einer realistischen Animation auf das Problem, die Schwingwinkel <\/span><\/em><\/strong>von Schlepp- und Kipphebel(Gruppen) sowie die H\u00fcbe<\/span><\/em><\/strong> der Ventil(Gruppen) passend f\u00fcr jede Winkelstellung der Nockenwelle zu bestimmen. <\/p>\n\n\n\n

    Dieses Verfahren entspricht der Vorw\u00e4rtskinematik<\/a>: Nockenwelle treibt an, Schlepp- und Kipphebel sowie Ventile folgen aufgrund von Zusammenhalts-Bedingungen.<\/p>\n\n\n\n

    Die Durchf\u00fchrung dieses Schritts war dann wieder eine Flei\u00dfaufgabe. \ud83d\ude0e <\/p>\n\n\n\n

    Da ich die Nockenwelle auf meiner Drehbank in Schritten von 5\u00b0 abgetastet hatte, habe ich das gleiche Intervall auch in diesem Schritt beibehalten. In Cinema4D habe ich alle beteiligten Bauteile relativ zueinander passend in der X-Y-Ebene platziert, die Nockenwelle in 5\u00b0-Schritten verdreht, <\/p>\n\n\n\n

    \"\"<\/a><\/figure>\n\n\n\n

    dann je Schritt (insgesamt 360\u00b0 \/ 5\u00b0 = 72 Winkellagen) dazu passend, mittels rein visueller Kontrolle:<\/p>\n\n\n\n