Kreuzkopf

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Der Titel dieses Artikels ist mehrdeutig. Weitere Bedeutungen sind unter Kreuzkopf (Begriffsklärung) aufgeführt.
Kolbentriebe ohne und mit Kreuzkopf

Der Kreuzkopf ist ein Maschinenelement, das bei Kurbeltrieben verwendet wird. Es koppelt die translatorisch oszillierende Kolbenstange mit dem translatorisch und rotatorisch bewegten Pleuel und findet sich überwiegend an großen Kolbenmaschinen.

Funktionsprinzip[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Kinematik eines Kolbentriebs ohne und mit Kreuzkopf

Der Kreuzkopf ist starr mit der Kolbenstange und über diese mit dem Kolben verbunden. Die Pleuelstange, auch als Schubstange bezeichnet, pendelt um den Kreuzkopf und ist mit einer Kurbelwelle verbunden.

Der Kreuzkopf nimmt die senkrecht zu seiner Bewegungsrichtung wirkenden Kräfte auf. Er wirkt damit als zusätzliches Lager und hält den Kolben von Seitenkräften frei. Dadurch kann der Kolben sehr flach ausgeführt werden (Scheibenkolben) und die Zylinderlauffläche ist weniger beansprucht. Bei Tauchkolbenmaschinen übernimmt das Kolbenhemd die Rolle des Kreuzkopfes und überträgt Seitenkräfte auf den Zylinder.

Die Kinematik eines Getriebes mit Kreuzkopf stimmt mit der eines Kurbeltriebes ohne Kreuzkopf überein. Kurbeltriebe ohne Kreuzkopf werden als Schubkurbelgetriebe bezeichnet.[1]

Anwendungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Kreuzkopf einer Dampfmaschine
Kreuzkopf einer Dampflokomotive

Der Kreuzkopf wird vor allem bei Zweitakt-Großdieselmotoren eingesetzt[2]. Dies hängt mit mehreren Eigenschaften zusammen:

  • Der Hub kann bei gegebener Bohrung beliebig verlängert werden, üblich sind 3...4,2-facher Hub[3]. Dagegen ist beim Tauchkolben dies durch die Auslenkung des Pleuels begrenzt, so dass ab einem bestimmten Hub das Pleuel die Zylinderlaufbuchse durchdringen müsste.
  • Das Verfahren eignet sich wegen der großen bewegten Massen und der Bauhöhe nur für Drehzahlen von Langsamläufern (bis 300/min.). Großdieselmotoren profitieren jedoch davon, dass
    • die Verbrennungsführung sehr gute thermische Wirkungsgrade (bis herab zu 154 g/kWh, etwa 55 %[3]) ermöglicht
    • bei Schiffen die Kurbelwelle ohne Getriebe (und damit Wirkungsgradverluste) direkt auf die Schiffsschraube wirken kann
  • Durch die gerade Führung der Kolbenstange lässt sich der Kurbeltrieb zum Zylinder hin leicht abdichten. Dies bietet mehrere Vorteile:
    • Abdichtung der Kurbelwelle gegen die heißen Abgase, Rückstände aus den Abgasen und Blowby-Verluste, so dass Kraftstoffe, die mit hohem Ascheanteil verbrennen, die Schmierung der Kurbelwelle und die Wahl eines günstigen Schmiermittels nicht mehr beeinflussen
    • Doppelt wirkender Zylinder, bei dem der Kolben sowohl von der Oberseite als auch von der Unterseite befeuert wird.
  • Der Kolben ist frei von Seitenkräften, da auch der Kreuzkopf abgestützt wird, so dass der Kolben sehr flach bauen kann (kurzes Kolbenhemd), kein Gelenk (Kolbenbolzen) benötigt und nicht die Anlageseite (Kolbenkippen) beim Durchlaufen des oberen Totpunktes (OT) wechselt.

Bei kleineren Motoren wird der Kreuzkopf im Gegenkolbenmotor der Golle Motor AG in neuer und patentierter Weise eingesetzt.

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Leo Hagedorn, Wolfgang Thonfeld, Adrian Rankers: Konstruktive Getriebelehre, 12. Auflage, Springer, Heidelberg, 2009, ISBN 978-3-642-01613-4.
  • Hans Jörg Leyhausen: Die Meisterprüfung im Kfz-Handwerk Teil 1, 12. Auflage, Vogel Buchverlag, Würzburg, 1991, ISBN 3-8023-0857-3.
  • Max Bohner, Richard Fischer, Rolf Gscheidle: Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik, 27. Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten, 2001, ISBN 3-8085-2067-1.

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

 Commons: Dampfmaschinen mit Kreuzkopf – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
 Commons: Kolbentriebe mit Kreuzkopf – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Leo Hagedorn, Wolfgang Thonfeld, Adrian Rankers: Konstruktive Getriebelehre. 2009, S. 21
  2. Siehe G. P. Merker, R. Teichmann (Hrsg.), "Grundlagen Verbrennungsmotoren", 7. Auflage 2014, Abschnitt 3.8 "Großdieselmotoren", Springer Fachmedien Wiesbaden, ISBN 978-3-658-03194-7
  3. a b Klaus Mollenhauer, Helmut Tschöke, "Handbuch Dieselmotoren", 3. Auflage 2007, Abschnitt 18.4.1.3 "Merkmale moderner Zweitakt-Langsamläufer", Springer-Verlag Berlin Heidelberg, ISBN 978-3-540-72164-2