Kurbelwelle - die Basis eines Kolbenmotors

Natürlich hat jeder von der Kurbelwelle gehört. Aber wahrscheinlich versteht nicht jeder Autofahrer genau, was es ist und wofür es ist. Und manche wissen nicht einmal wirklich, wie es aussieht und wo es ist. Mittlerweile ist dies der wichtigste Teil, ohne den der normale Betrieb eines Kolben-Verbrennungsmotors (ICE) nicht möglich ist. 

Es sollte beachtet werden, dass dieser Teil ziemlich schwer und teuer ist und sein Austausch eine sehr mühsame Angelegenheit ist. Deshalb hören Ingenieure nicht auf, alternative Leichtbau-Verbrennungsmotoren zu schaffen, bei denen man auf eine Kurbelwelle verzichten könnte. Die vorhandenen Optionen, beispielsweise der Frolov-Motor, sind jedoch noch zu roh, sodass es zu früh ist, über die tatsächliche Verwendung einer solchen Einheit zu sprechen.

Termin

Die Kurbelwelle ist ein wesentlicher Bestandteil der Schlüsselbaugruppe des Verbrennungsmotors - des Kurbeltriebs (KShM). Der Mechanismus umfasst auch Pleuel und Teile der Zylinder-Kolben-Gruppe. 

Bei der Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches im Motorzylinder entsteht ein hochkomprimiertes Gas, das den Kolben während der Arbeitstaktphase in den unteren Totpunkt drückt. 

Das Pleuel ist an einem Ende mit Hilfe eines Kolbenbolzens mit dem Kolben und am anderen Ende mit dem Pleuelzapfen der Kurbelwelle verbunden. Die Möglichkeit der Verbindung mit dem Hals bietet ein abnehmbarer Teil der Pleuelstange, der als Kappe bezeichnet wird. Da der Pleuelzapfen gegenüber der Längsachse der Welle versetzt ist, dreht sich die Welle, wenn die Pleuelstange darauf drückt. Es stellt sich heraus, dass es an die Drehung der Pedale eines Fahrrads erinnert. Somit wird die Hin- und Herbewegung der Kolben in eine Drehung der Kurbelwelle umgewandelt. 

An einem Ende der Kurbelwelle – dem Schaft – ist ein Schwungrad montiert, gegen das es gedrückt wird. Dadurch wird das Drehmoment auf die Eingangswelle des Getriebes und dann durch das Getriebe auf die Räder übertragen. Darüber hinaus sorgt das massive Schwungrad aufgrund seiner Trägheit für eine gleichmäßige Drehung der Kurbelwelle in den Intervallen zwischen den Arbeitshüben der Kolben. 

Am anderen Ende der Welle - es wird als Zehe bezeichnet - platzieren sie ein Zahnrad, durch das die Drehung auf die Nockenwelle übertragen wird und das wiederum den Betrieb des Gasverteilungsmechanismus steuert. Derselbe Antrieb startet in vielen Fällen auch die Wasserpumpe. Hier befinden sich normalerweise die Riemenscheiben für den Antrieb von Nebenaggregaten - Servolenkungspumpe (), Generator, Klimaanlage. 

Design

Jede spezifische Kurbelwelle kann ihre eigenen Konstruktionsmerkmale haben. Dennoch lassen sich Elemente unterscheiden, die allen gemeinsam sind.

Als Hauptzapfen (10) werden diejenigen Abschnitte bezeichnet, die auf der Hauptlängsachse der Welle liegen. Auf ihnen liegt die Kurbelwelle im eingebauten Zustand im Motorkurbelgehäuse auf. Zur Lagerung werden Gleitlager (Laufbuchsen) verwendet.

Die Pleuelzapfen (6) sind parallel zur Hauptachse, jedoch versetzt zu dieser. Während die Rotation der Hauptzapfen streng entlang der Hauptachse erfolgt, bewegen sich die Kurbelzapfen kreisförmig. Dies sind die gleichen Knie, dank denen das Teil seinen Namen erhielt. Sie dienen zur Verbindung der Pleuel und nehmen durch sie die Hin- und Herbewegungen der Kolben auf. Auch hier kommen Gleitlager zum Einsatz. Die Anzahl der Pleuelzapfen ist gleich der Anzahl der Zylinder im Motor. Bei V-Motoren ruhen zwar oft zwei Pleuel auf einem Hauptzapfen.

Um die durch die Drehung der Kurbelzapfen entstehenden Fliehkräfte auszugleichen, haben sie in den meisten Fällen, wenn auch nicht immer, Gegengewichte (4 und 9). Sie können sich auf beiden Seiten des Halses oder nur auf einer befinden. Das Vorhandensein von Gegengewichten vermeidet eine Verformung der Welle, die zu einem fehlerhaften Betrieb des Motors führen kann. Es kommt häufig vor, dass das Verbiegen der Kurbelwelle sogar zu deren Blockieren führt.

Die sogenannten Wangen (5) verbinden Haupt- und Pleuelzapfen. Sie wirken auch als zusätzliche Gegengewichte. Je höher die Wangen sind, desto weiter sind die Pleuelzapfen von der Hauptachse entfernt und desto höher ist das Drehmoment, aber desto niedriger ist die maximale Drehzahl, die der Motor entwickeln kann.

Am Kurbelwellenschaft befindet sich ein Flansch (7), an dem das Schwungrad befestigt ist.

Am gegenüberliegenden Ende befindet sich ein Sitz (2) für das Nockenwellenantriebsrad (Zahnriemen).

In einigen Fällen befindet sich an einem Ende der Kurbelwelle ein fertiges Zahnrad zum Antrieb von Nebenaggregaten.

Die Kurbelwelle wird im Kurbelgehäuse des Motors auf den Sitzflächen mit Hauptlagern gelagert, die von oben mit Deckeln befestigt werden. Druckringe in der Nähe der Hauptzapfen verhindern, dass sich die Welle entlang ihrer Achse bewegt. Von der Seite der Spitze und des Schafts der Welle im Kurbelgehäuse befinden sich Öldichtungen. 

Um die Haupt- und Pleuelzapfen mit Schmiermittel zu versorgen, haben sie spezielle Ölbohrungen. Durch diese Kanäle werden die sogenannten Liner (Gleitlager) geschmiert, die auf die Hälse aufgesetzt werden.

Herstellung

Für die Herstellung von Kurbelwellen werden hochfeste Stahlsorten und spezielle Gusseisensorten mit Magnesiumzusatz verwendet. Stahlwellen werden normalerweise durch Stanzen (Schmieden) mit anschließender Wärmebehandlung und mechanischer Behandlung hergestellt. Um die Schmiermittelversorgung sicherzustellen, werden spezielle Ölkanäle gebohrt. In der Endphase der Produktion wird das Teil dynamisch ausgewuchtet, um die bei der Drehung auftretenden Fliehmomente auszugleichen. Die Welle ist ausgewuchtet und somit sind Vibrationen und Schläge beim Drehen ausgeschlossen.

Gusseisenprodukte werden durch Hochpräzisionsguss hergestellt. Gusseisenwellen sind billiger, und diese Produktionsmethode erleichtert die Herstellung von Löchern und inneren Hohlräumen.

In einigen Fällen kann die Kurbelwelle zusammenklappbar sein und aus mehreren Teilen bestehen, aber solche Teile werden in der Automobilindustrie praktisch nicht verwendet, außer bei Motorrädern. 

Welche Probleme können mit der Kurbelwelle auftreten

Die Kurbelwelle ist eines der am stärksten beanspruchten Teile eines Autos. Belastungen sind hauptsächlich mechanischer und thermischer Natur. Außerdem wirken sich aggressive Stoffe wie Abgase negativ aus. Daher unterliegen Kurbelwellen trotz der hohen Festigkeit des Metalls, aus dem sie bestehen, einem natürlichen Verschleiß. 

Erhöhter Verschleiß wird durch den Missbrauch hoher Motordrehzahlen, die Verwendung ungeeigneter Schmiermittel und im Allgemeinen die Missachtung der Regeln des technischen Betriebs begünstigt.

Buchsen (insbesondere Hauptlager), Pleuel und Hauptzapfen verschleißen. Es ist möglich, die Welle mit einer Abweichung von der Achse zu biegen. Und da die Toleranzen hier sehr gering sind, kann bereits eine leichte Verformung den normalen Betrieb des Triebwerks bis hin zum Klemmen der Kurbelwelle stören. 

Die mit den Buchsen verbundenen Probleme („Kleben“ am Hals und Fressen der Hälse) machen den Löwenanteil aller Kurbelwellenausfälle aus. Meistens treten sie aufgrund von Ölmangel auf. In solchen Fällen müssen Sie zunächst das Schmiersystem - Ölpumpe, Filter - überprüfen und das Öl wechseln.

Kurbelwellenvibrationen werden normalerweise durch eine schlechte Balance verursacht. Eine weitere mögliche Ursache kann eine ungleichmäßige Verbrennung des Gemisches in den Zylindern sein.

Manchmal können Risse auftreten, die unweigerlich zur Zerstörung der Welle führen. Dies kann durch einen Fabrikationsfehler verursacht werden, was sehr selten ist, sowie durch die angesammelte Spannung des Metalls oder eine Unwucht. Es ist sehr wahrscheinlich, dass die Ursache von Rissen der Aufprall von zusammenpassenden Teilen ist. Eine gerissene Welle kann nicht repariert werden.

All dies muss vor dem Austausch oder der Reparatur der Kurbelwelle berücksichtigt werden. Wenn Sie die Ursachen von Problemen nicht finden und beseitigen, muss in naher Zukunft alles erneut wiederholt werden.

Auswahl, Austausch, Reparatur

Um die Kurbelwelle zu bekommen, muss man den Motor zerlegen. Dann werden die Hauptlagerdeckel und Pleuel entfernt, sowie das Schwungrad und die Anlaufringe. Danach wird die Kurbelwelle ausgebaut und deren Fehlersuche durchgeführt. Wenn das Teil zuvor repariert wurde und alle Reparaturmaße bereits ausgewählt wurden, muss es ersetzt werden. Wenn der Grad des Verschleißes es zulässt, wird die Welle gereinigt, wobei besonderes Augenmerk auf die Öllöcher gelegt wird, und dann mit der Reparatur fortgefahren.

Abnutzungen an der Oberfläche der Hälse werden durch Schleifen auf eine geeignete Reparaturgröße beseitigt. Dieser Vorgang ist alles andere als einfach, wie es auf den ersten Blick scheinen mag, und erfordert eine spezielle Ausrüstung und entsprechende Qualifikation des Meisters.

Obwohl das Teil nach einer solchen Bearbeitung einem obligatorischen erneuten dynamischen Auswuchten unterzogen wird, beschränkt sich die Reparatur der Kurbelwelle oft nur auf das Schleifen. Infolgedessen kann eine Unwuchtwelle nach einer solchen Reparatur vibrieren, während die Sitze gebrochen sind, werden die Dichtungen gelockert. Andere Probleme sind möglich, die letztendlich zu einem übermäßigen Kraftstoffverbrauch, einem Leistungsabfall und einem instabilen Betrieb des Geräts in bestimmten Modi führen. 

Das Richten einer verbogenen Welle ist keine Seltenheit, aber Fachleute scheuen diese Arbeit. Das Richten und Auswuchten ist ein sehr mühsamer und teurer Prozess. Außerdem ist das Bearbeiten der Kurbelwelle mit Bruchgefahr verbunden. Daher ist es in den meisten Fällen einfacher und billiger, eine verformte Kurbelwelle durch eine neue zu ersetzen.

Beim Austausch müssen Sie genau das gleiche Teil oder ein akzeptables Analogon installieren, da sonst neue Probleme nicht vermieden werden können.

Eine gebrauchte Kurbelwelle günstig zu kaufen ist eine Art Katze im Sack, von dem niemand weiß, was am Ende herauskommt. Im besten Fall ist es etwas abgenutzt, im schlimmsten Fall hat es optisch nicht wahrnehmbare Mängel.

Wenn Sie ein neues Gerät bei einem vertrauenswürdigen Verkäufer kaufen, können Sie sich seiner Qualität sicher sein. Der chinesische Online-Shop kann verschiedene weitere Komponenten Ihres Autos zu günstigen Preisen anbieten.

Vergessen Sie auch nicht, beim Einbau einer neuen Kurbelwelle die Pleuelstange und die Hauptlager sowie die Öldichtungen auszutauschen.

Nach dem Austausch der Kurbelwelle muss der Motor schonend und ohne plötzliche Drehzahländerungen zwei- bis zweieinhalbtausend Kilometer lang eingefahren werden.