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  Pleuel




Die ersten Verbrennungsmotoren brauchten keine Pleuel.

Geschichtlich ist der Pleuel ein typisches Element der Dampfmaschine. Beim ersten atmosphärischen Gasmotor mit innerer Verbrennung taucht er nicht auf. Erst der nach dem Viertaktprinzip arbeitende Ottomotor braucht wieder einen Kurbeltrieb, bei dem der Pleuel die Hubbewegung des Kolbens auf die Drehbewegung der Kurbelwelle überträgt.

Bezeichnungen auf den Kopf gestellt wie beim Kolben

So wie beim Kolben der Boden eher oben ist, bezeichnet man beim Pleuel die Verbindung zum Kolben als Pleuelfuß und die zur Kurbelwelle als Pleuelkopf. Einfacher ist es, vom kleinen Pleuelauge am Kolbenbolzen und vom großen Pleuelauge zur Kurbelwelle hin zu sprechen. Die Verbindung zwischen beiden ist der Pleuelschaft mit seinem zumeist Doppel-T-Querschnitt.

Viel Relativbewegung im großen Pleuelauge

Von den beiden Pleuelaugen wird nur das große geteilt. Bleibt es in seltenen Fällen z.B. bei kleinen Zweitaktern ungeteilt, so muss die Kurbelwelle aus Einzelteilen zusammengesetzt sein. Pleuel sind fast immer gleitgelagert. Das kleine Pleuelauge ist entweder auf dem eingeschrumpften Kolbenbolzen schwimmend gelagert oder dieser im Kolben und über Klemmsitz mit dem Pleuelauge verbunden. Zusätzlich ist der Kolbenbolzen auch noch seitlich gegen Berührung mit der Zylinderwand gesichert. Dieses Pleuelauge hat nur eine kleine Relativbewegung gegenüber dem Kolben. Ganz anders das große Pleuelauge, weshalb sich hier eine Wälzlagerung aus Gründen der Reibungsverminderung auch eher lohnt.

Schmierung durch Längsbohrung oder Spritzöl

Der Pleuel spielt eine große Rolle innerhalb der Motorschmierung. Im einfachsten Fall tritt am großen Pleuellager Öl aus, das durch die exzentrische Bewegung gegen die Zylinderwand geworfen wird. Dieser Vorgang kann durch Nuten in der Stirnfläche zu den Kurbelwangen hin (Bild 1) beeinflusst werden. Das letzte Bild oben zeigt eine mögliche Bohrung zur Schmierung des Kolbenbolzens und zusätzliche Spritzdüsen am Übergang vom großen Pleuelauge zum Schaft. Auch am kleinen Pleuelauge sind Bohrungen zur Ölversorgung möglich.

Vergütungsstahl und Doppel-T-Querschnitt

Beim Pleuel kommt es auf geringes Gewicht bei großer Festigkeit an. Es wird durch den Druck der Verbrennungsgase gestaucht, d.h. auf Druck beansprucht. Dreht der Motor höher, belasten die auftretenden Fliehkräfte den Pleuel sehr stark auf Zug. Zusätzlich ins Gewicht fällt dabei die mögliche Knickung des Pleuelschafts. Zusammenfassend kann man von relativ schnellem Wechsel zwischen Druck und Zug beim Pleuel sprechen, wobei Motoren mit viel Gasdruck wie beispielsweise Dieselmotoren ersteren und hochdrehende Benzinmotoren letzteren erhöhen.

Sehr unterschiedliche Werkstoffe je nach Beanspruchung

Pleuelstangen werden einerseits durch große Kräfte auf Zug/Druck und Biegung/Knickung beansprucht, sollen aber andererseits wegen der Massenkräfte leicht sein. Deshalb können sie z.B. bei Mopedmotoren auch aus einer Aluminiumlegierung hergestellt sein, ansonsten immer aus Kugelgraphitguss, Vergütungsstahl oder Sinterwerkstoffen. Bei hoher Beanspruchung werden sie geschmiedet. Bei Renn- und ganz wenigen Serienmotoren gibt es auch Pleuel aus Titan oder testweise sogar Kohlefaser. Dort können bei höheren Drehzahlen die Bewegungen des Pleuels im Kurbelgehäuse so schnell sein, dass auch deren Aerodynamik eine Rolle spielt. Das bedeutet dann besondere Formgebung und glatte Oberfläche.

Eindeutige Zuordnung durch Bruchtrennen

Das große Pleuelauge ist bei Gleitlagern immer und bei Wälzlagern zunehmend geteilt. In neuerer Zeit werden Pleuelstangen auch einteilig hergestellt und dann gezielt gebrochen (Bild 3). Damit ist ohne besondere Stifte oder eine andere Zentrierung sichergestellt, dass die beiden Hälften bei der Montage nicht gegeneinander verschoben werden. Dazu sind aber besondere Werkstoffe mit einem anderem Streckgrenz-Verhalten nötig. Vor dem Bruchtrennen (Cracken) werden sie an der vorgesehenen Bruchstelle durch feine Laserstrahlen angebohrt. Früher musste der Sitz aufwändig z.B. durch Passstifte gesichert werden, was Vertauschungen der Lagerdeckel nicht ausschloss.

Schräge Teilung bei großem Lagerdurchmesser

Die beiden Lagerhälften des großen Pleuelauges werden durch Dehnschrauben zusammen gehalten. Bei sehr groß dimensionierten Kurbelzapfen, z.B. für Dieselmotoren, können sie schräg geteilt sein, um sie trotz großem Durchmesser des Pleuellagers von oben durch den Zylinder schieben zu können. Für die Festigkeit ist die schräge Teilung eher ungünstiger.

Pleuellager werden mit der Zeit leicht oval.

Am Pleuel kann übrigens weder die Bohrung noch der Hub verändert werden. Vergrößert man den Abstand zwischen dem großen und kleinen Pleuelauge, so wird nur der Verdichtungsraum kleiner und damit das Verdichtungsverhältnis größer. Im normalen Fahrbetrieb weichen Pleuel nach längerer Laufleistung am großen Pleuelauge etwas von ihrer runden Form ab. Sie werden nach oben/unten gestreckt und haben dort den um 1 oder 2 Zehntel größeren Durchmesser. Auch von der Mitte zu beiden Seiten hin wird dieser größer.

Pleuel für Renneinsatz auswiegen.

Für den Einsatz in Rennmotoren können Pleuel auch noch von ihrem Gewicht her bearbeitet werden. Ähnlich wie bei den Kolben sollte dieses für die einzelnen Zylinder nicht allzu stark abweichen. Beim Pleuel kommt es wegen der Massenkräfte zweiter Ordnung zusätzlich auf die Gewichtsverteilung zwischen kleinem und großem Pleuelauge an. So kann man in waagerechter Lage mit zwei Feinwaagen die Gewichtsanteile der beiden Pleuelaugen getrennt ermitteln und versuchen, durch Abschleifen von Material an unkritischen Stellen diese Verteilung über alle Zylinder anzugleichen.
Zum letzteren gibt es noch eine elegantere Methode, bei der der Pleuel jeweils im großen und kleinen Pleuelauge auf einer Klinge gelagert und in Schwingungen versetzt wird. Über entsprechende Formeln kann man dann von der Anzahl der Schwingungen auf die Gewichtsverteilung schließen. Mit diesem Excel-Programm können Sie die Massen selbst bestimmen. 12/11

Pleuel auswiegen


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