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  Zylinder - Kurbeltrieb
        Cylinder - Crank drive


   

Das Bild oben weist eher in die Vergangenheit. Es existiert diese Anordnung von Kolben, Pleuel und Kurbelwelle schon seit der Geburt des Viertaktmotors, eigentlich schon seit der Dampfmaschine. Ja es hat sogar beim atmosphärischen Gasmotor Varianten mit diesem Übertragungsprinzip gegeben. Trotzdem ist auch zurzeit (2012) der Kurbeltrieb keineswegs ein Randthema, z.B. wenn man unter dem Stichwort Downsizing Dreizylinder mit vernünftigen Laufeigenschaften in Mittelkassewagen verpflanzen will.

Es gab genügend Versuche, ihn zu ersetzen, nicht nur das Prinzip des Kreiskolbenmotors. Keiner hat sich durchgesetzt. Irgendetwas ist dran an dem Prinzip, Gaskräfte auf einen hin- und hergehenden Kolben und danach auf eine rotierende Kurbelwelle zu übertragen. Dabei sind es die relativ komplexen Bewegungen des Pleuels, die den Rechenaufwand für die Bemessung eines Kurbeltriebs vergrößern.

Als erstes fällt an dieser Konstellation der ungünstige Massenausgleich auf. Da der Kolben sich vom oberen Totpunkt (OT) zum unteren Totpunkt (UT) und wieder zurück bewegt, ergibt sich jede halbe Umdrehung eine hohe Massekraft nach unten und dann wieder nach oben. Sie kommen also pro Kurbelwellenumdrehung jeweils einmal vor und werden deshalb Massenkräfte 1. Ordnung genannt.

Massenkräfte zweiter Ordnung (grün) gibt es z.B. bei einem Zweizylinder-V-Motor. Hier erreichen die beiden Kolben zu verschiedenen Zeiten ihren OT. Dieses Ereignis einer nach oben wirkenden Kraft tritt also zwei Mal pro Kurbelwellenumdrehung auf. Besonders wichtig ist der Winkel φ (unten im Diagramm), den eine Kurbelwellenkröpfung zur Senkrechten bildet, damit also die Stellung der Kurbelwelle kennzeichnet.

Mit der doppelten Kurbelwellendrehzahl rotierende Ausgleichswellen reduzieren also Massenkräfte zweiter Ordnung. Übrigens bleiben Massenkräfte höherer Ordnung entweder unberücksichtigt oder werden zusammen mit denen erster und zweiter Ordnung (als Resultierende) erfasst und evtl. ausgeglichen. Einen vollkommenen Ausgleich gibt es ohnehin nicht. Ein Wunder, dass manche Motoren so ruhig laufen, dass man sein Ohr auf die Haube legen muss.

Wichtig für den ruhigen Lauf eines Motors ist auch das Schubstangenverhältnis λ. Dabei wird der Abstand der Haupt- von der Pleuellagermitte r durch den Abstand Mitte großes zu kleinem Pleuelauge l geteilt. Bei ausgesprochen langen Pleueln ist dieses Verhältnis klein, der Motor läuft ruhiger. Allerdings ist ein solcherart konstruierter Motor auch höher und etwas schwerer. Das Schubstangenverhältnis wird auch Pleuelverhältnis genannt.

Ein kleines Schubstangenverhältnis ist eher typisch für ältere Motoren. Schauen Sie sich nur oben im Bild die Länge der Pleuel an. Heutige Motoren erlauben dem Pleuel die Länge, die den Kolben in UT gerade mal von den Ausgleichsgewichten fernhält. Die Nachteile der stärkeren Wand- und Kolbenbelastung und -reibung werden anderweitig aufgefangen. Es gibt allerdings z.B. Daimler-Motoren, die sich nur durch den Hub bei gleichem Zylinderblock unterscheiden. Hier hat der hubraumkleinere Motor längere Pleuel. 12/12




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