Eine Kurbelwelle ist eine spezielle Welle mit integrierten Kurbeln und wird insbesondere in Kolbenmaschinen eingesetzt. Sie setzt die hin- und hergehende 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.

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).^[1]

Funktion

Die Kurbelwelle hat die Aufgabe, die Kolbenkräfte, die über die Pleuelstange geleitet werden, aufzunehmen, diese in ein Drehmoment umzuwandeln und dieses 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.^[2]

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.

Schränkung

Beim Einbau in Hubkolbenmotoren wird die Kurbelwelle seitlich aus der Zylinderachse versetzt. Wenn der Kolben im oberen Totpunkt (OT) steht, liegt das Pleuel nicht mehr in der Zylinderachse^[3]. Vorteile der Schränkung sollen vor allem im NVH (Noise Vibration Harshness) liegen^[4].

Aufbau

Eine Kurbelwelle besteht aus folgenden Elementen:

• Wellenzapfen. Diese laufen in den Grundlagern (Hauptlagern) und definieren die Drehachse der Welle.
• Pleuellager, auf denen die Schubstangen (Pleuel) gelagert sind. Sie beschreiben im Betrieb eine Kreisbahn um die Drehachse der Kurbelwelle. Der Durchmesser dieser Kreisbahn entspricht genau dem Kolbenhub der Kolben.
• Kurbelwangen, die die Pleuellager 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.

Bauarten und Fertigung

Man unterscheidet gebaute, also aus Einzelteilen zusammengesetzte Kurbelwellen und geschmiedete oder gegossene, also aus einem Stück hergestellte Kurbelwellen.

• Gegossene Kurbelwelle (Sandguss) aus Gusseisen.

• Geschmiedete Kurbelwelle (Gesenkschmieden) aus Stahl. Die hinteren beiden nach dem Schmieden, dann nach dem Abgraten, vorne nach dem Schleifen

• Kurbelwelle direkt nach dem gratlosen Präzisionsschmieden (Forschungsprojekt am IPH).

• gebaute Kurbelwelle aus rostfreiem Stahl

1. ↑ Ritti, Grewe, Kessener (2007), S. 161
2. ↑ www.fev.com, fortgeschrittene Konzepte, abgerufen am 17. November 2010
3. ↑ Richard van Basshuysen, Fred Schäfer (Hrsg.), "Handbuch Verbrennungsmotor", Abschnitt "6.1.1 Aufbau und Funktion", 8. Auflage 2017, Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, ISBN 978-3-658-10901-1
4. ↑ Günter P. Merker, Rüdiger Teichmann (Hrsg.), "Grundlagen Verbrennungsmotoren", Springer Fachmedien Wiesbaden, 7. Auflage 2014, Abschnitt "19.3.1 Alternative Konzepte", ISBN 978-3-658-03194-7

• 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

• ws-technik.info: Der Kurbeltrieb (Memento vom 1. August 2016 im Internet Archive)