Kurbelwelle

Animation einer Kurbelwelle (rot) einer Vierzylindermaschine

Eine Kurbelwelle setzt in Kolbenmaschinen die oszillierend lineare (translatorische) Bewegung eines oder mehrerer Kolben mit Hilfe von Pleuelstangen in eine Drehbewegung um (oder umgekehrt). Die für die Umwandlung der Bewegung erforderlichen Bauteile ergeben zusammen den Kurbeltrieb. Man unterscheidet gebaute, also aus Einzelteilen zusammengesetzte, und geschmiedete oder gegossene, also aus einem Stück hergestellte Kurbelwellen.

Gelagert ist die Kurbelwelle im Kurbelgehäuse. Die Folge Wange - Hubzapfen - Wange wird als Kurbelwellenkröpfung bezeichnet.

Geschichte

Die erste bekannte Maschine, bei der eine Drehbewegung mithilfe von Kurbelwelle und Pleuelstange in eine lineare Bewegung umgesetzt wurde, ist die römische Sägemühle von Hierapolis (3. Jahrhundert).

Funktion

Die Kurbelwelle hat die Aufgabe, die Kolbenkräfte, die über die Pleuelstange geleitet werden, aufzunehmen, diese in ein Drehmoment umzuwandeln und das Drehmoment über die Kupplung an das Getriebe weiterzuleiten.

Kurbelwellen können auch höhenverstellbar gelagert werden, damit wird eine variable Verdichtung ermöglicht. Durch ein exzentrisch gelagertes Kurbelwellenlager wird die Kurbelwelle angehoben. Der Vorteil einer variablen Verdichtung ist ein im Teillastbereich um bis zu 25 % geringerer Verbrauch.

Um zu Schmierungszwecken Motoröl innerhalb der einteiligen Kurbelwelle an die Haupt- und Pleuellager leiten zu können, ist die Kurbelwelle hohlgebohrt, das Öl wird durch ein Hauptlager zugeführt und tritt dann durch Bohrungen in den Wellen- und Hubzapfen aus. Bei gebauten Wellen sind die Haupt- und Pleuellager keine Gleitlager, sondern Wälzlager, diese benötigen keine Druckölschmierung, sondern werden durch den Ölnebel im Zylinder-Kurbelgehäuse mit Schmierstoff versorgt.

Aufbau

Eine Kurbelwelle besteht aus folgenden Elementen:

• Wellenzapfen. Diese laufen in den Grundlagern (Hauptlagern) und definieren die Drehachse der Welle.
• Hubzapfen, die die Schubstangen (Pleuel) aufnehmen. Sie beschreiben im Betrieb eine Kreisbahn um die Drehachse der Kurbelwelle. Der Durchmesser dieser Kreisbahn entspricht genau dem Kolbenhub der Kolben.
• Kurbelwangen, die die Hubzapfen mit den Wellenzapfen verbinden.
• Zur Auswuchtung dienen in der Regel Gegengewichte, die an den Wangen angebracht werden (z. B. bei Reihenmotoren).

Die rotierenden Massenkräfte werden vollständig und die oszillierenden Massenkräfte erster Ordnung werden üblicherweise zu 50 % durch Anbringung von Gegenmassen ausgeglichen. Dies hat jedoch den Effekt eines höheren Gewichtes der Kurbelwelle. Eine weitere Reduktion oszillierender Massenkräfte erster und zweiter Ordnung erfolgt nicht über Maßnahmen an der Kurbelwelle, sondern über den Lanchester-Ausgleich.

Literatur

• Ritti, Tullia; Grewe, Klaus; Kessener, Paul: A Relief of a Water-powered Stone Saw Mill on a Sarcophagus at Hierapolis and its Implications. In: Journal of Roman Archaeology, Bd. 20: 2007, S. 138–163
• Wilfried Staudt: Handbuch Fahrzeugtechnik Band 2. 1. Auflage, Bildungsverlag EINS, Troisdorf, 2005, ISBN 3-427-04522-6
• Jan Trommelmans: Das Auto und seine Technik. 1. Auflage, Motorbuchverlag, Stuttgart, 1992, ISBN 3-613-01288-X

Weblinks

Commons: Kurbelwelle – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien