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Nockenwelle

Grafik Nockenwelle Die Nockenwelle sorgt dafür, dass sich die Ventile im Zylinder öffnen und schließen. (Einfach klicken zum Vergrößern)

Bezug zum Kraftfahrzeug

Umwandlung von Dreh- in Hubbewegung; Antrieb, Stößel Hydrostößel, Kipphebel, Motorsteuerung

 

Allgemeine Beschreibung

Nockenwellen dienen in Maschinen dem Zweck, rotierende Bewegungen in lineare Bewegungen umzuwandeln. Zudem sorgen sie dafür, dass sich die Ventile im Zylinder öffnen und schließen und so ermöglichen, dass der Gaswechsel gesteuert wird. Im Kraftfahrzeugbereich ist der häufigste Verwendungszweck der Antrieb des Ventiltriebs. Hier wird die Nockenwelle direkt vom Motor angetrieben und dreht sich in einer entsprechend definierten Übersetzung mit.

Zyklus der Nockenwelle

In Verbrennungsmotoren ist dieses Übersetzungsverhältnis in der Regel 1:2. So dreht sich die Nockenwelle mit der halben Geschwindigkeit der Kurbelwelle. Da der Verbrennungszyklus eines Otto- oder Dieselmotors zwei Ab- und Aufwärtsbewegungen eines Kolben benötigt, muss der Gaswechsel entsprechend über die Ventile gesteuert werden.

Der hier festgelegte Zyklus erfordert allerdings nur jeweils ein Öffnen und Schließen des Auslass- und Einlassventils. So dreht sich die Nockenwelle nur einmal pro Zyklus. Realisiert wird das über verschiedene Durchmesser der Stirn- oder Kettenräder zum Kurbelwellenrad. Der Antrieb wird entweder direkt oder durch Zahnrad, Königswelle, Steuerkette oder Zahnriemen ermöglicht.

Wartungsvorschriften der Hersteller

Verschiedene Materialien

Bild Nockenwelle Aufbau Bei der Herstellung von Nockenwellen gibt es gewisse Wartungsvorschriften.

Nockenwellen werden aus verschiedenen Materialien hergestellt. So gibt es diejenigen, die aus Stahl geschmiedet werden und solche, die hohlgegossene Wellen genannt werden. Die neueste Variante bilden aber Stahlrohrnockenwellen mit Sinterwerkstoffen. Diese haben den entscheidenden Vorteil, dass sie um rund 40 Prozent leichter sind als die anderen beiden.

Auf der einen Seite stehen hier die Kosten der Massenproduktion, auf der anderen eine möglichst hohe Güte und Langlebigkeit. In Serienfahrzeugen wird hier ein Kompromiss geschaffen, der eine Lebensdauer der Nockenwelle in der Größenordnung des Fahrzeugs selbst entspricht. Allerdings müssen hierzu die Wartungsvorschriften des Herstellers eingehalten werden und es darf keine Komplikationen mit beteiligten Baugruppen oder Komponenten geben.

Übermäßiger Verschleiß

Ein gutes Beispiel für übermäßigen Verschleiß an der Nockenwelle ist der BMW-Motor „M20“; werden hier die vorgeschriebenen Intervalle für den Ölwechsel und das Einstellen der Ventile nicht eingehalten, kommt es zu übermäßigen Materialabtragungen an Nockenwelle und Kipphebeln. Die gehärtete Schicht wird abgetragen und selbst neues Öl kann die weichere innen liegende Schicht nicht gegen weiteren Materialabrieb schützen.

Funktionsbeschreibung

Aufbau

Bild Nockenwelle im Motor eingebaut Die Nockenwelle ist zunächst eine gradlinige Welle mit mehreren Nocken.

Der Aufbau einer Nockenwelle ist zunächst eine gradlinige Welle. Auf dieser Welle ist mindestens ein Nocken, in der Regel jedoch mehrere Nocken angebracht. Das Profil eines Nocken entspricht zunächst dem aufgedickten Radius der Welle selbst. Ab einer definierten Stelle, also einem bestimmten Winkel, wird der Radius zur Welle stetig größer bis zu seinem Maximum und danach wieder kleiner bis auf den Grundradius.

Dreht sich die Nockenwelle in ihren Lagern, drehen sich die fest aufgebrachten Nocken ebenso mit. Das Grundprofil der Nocken läuft so stetig auf dem anzutreibenden Element. Bei fortschreitender Drehung vergrößert sich der Radius des Nockenprofils und drückt gegen dieses Element, wodurch dort eine Linearbewegung ausgeführt wird.

Ältere Modelle

Ältere Fahrzeuge haben neben den ventilantreibenden Nocken noch einen zusätzlichen, der für den Antrieb einer mechanischen Kraftstoffpumpe verantwortlich ist. Auch sind Anwendungen in Einspritzpumpen älterer Bauart üblich.

Profil der Nocken

Das Profil der Nocken bestimmt in direktem Zusammenhang die Wirkungsweise der nachfolgenden Komponenten. So verursachen Nocken mit einem sanften Anstieg und einem kurzen Maximum normale Leistungswerte für alltagstaugliche Motoren. Der Verschleiß an Nocken und den angetriebenen Komponenten ist hier auf eine lange Lebensdauer ausgelegt. Auf der anderen Seite sind auch Nockenprofile denkbar, die einen sehr steilen Verlauf und ein lang ausgedehntes Maximum haben. Hier werden die angetriebenen Komponenten sehr lange auf ihrer maximalen Öffnung gehalten. Allerdings ist hier auch der Verschleiß an allen beteiligten Komponenten sehr hoch, wodurch eine Verwendung im Alltag ausgeschlossen wird. Im Übrigen verschlechtern sich die Leerlaufeigenschaften des Motors, da die Ventilüberschneidung zu groß wird.

Moderne Motoren

Bild Nockenwelle im Motor In modernen Motoren wird neben der Position der Kurbelwelle auch die der Nockenwellen erfasst.

In modernen Motoren wird zusätzlich zu der Position der Kurbelwelle auch die Position der Nockenwelle erfasst, um den Kraftstoffverbrauch weiter zu senken und strengere Abgasnormen einhalten zu können. Durch die Entwicklung von Einrichtungen zur Nockenwellensteuerung, lässt sich eine Nockenwelle in einem bestimmten Bereich zur Kurbelwelle „verdrehen“, wodurch ebenfalls ein Nockenwellenpositionssensor notwendig wird.

Nockenwellenverstellsysteme

Bei modernen Ottomotoren ist es seit längerer Zeit möglich, Nockenwellen zu verstellen. Dadurch kann man die Steuerzeiten der Nockenwelle an die jeweilige Fahrsituation anpassen. So kann bei Standgas eine andere Einstellung als bei Vollgas gefahren werden und die Abgasvorschriften somit erreicht werden. Bei Motoren mit einer stärkeren Leistung findet man diese Verstellsysteme sowohl auf der Einlassseite als auch auf der Auslassseite. Das Nockenwellenverstellsystem besteht in der Regel aus einem Steuerventil, dessen Winkel entscheidend für die Veränderung der Steuerzeit ist, und einer hydraulischen Verstelleinheit.

Erkennung defekter Nockenwellen

Anzeichen

Bild Nockenwelle Werkstatt Ist die Nockenwelle defekt oder eingelaufen, sollte sie in einer Werkstatt ausgetauscht werden.

Wenngleich Nockenwellen im Normalfall nicht kaputtgehen und eine genauso lange Lebensdauer wie das Kraftfahrzeug selbst aufweisen, können sie manchmal auch defekt sein. Um herauszufinden, ob Ihre Nockenwelle defekt ist, muss der Ventildeckel demontiert werden, damit die Nockenwelle frei liegt. Bei intakten Nockenwellen sollten die Nockenlaufbahnen einwandfrei sein.

Weisen sie hingegen Schleifspuren auf, könnte das ein Indiz für eine eingelaufene Nockenwelle sein. Weitere Anzeichen für eine defekt Nockenwelle sind abweichende Steuerzeiten und mahlende Geräusche. Auch wenn die Nockenwellen optisch einwandfrei erscheinen, können sie dennoch eingelaufen sein – dann sollten sie durch ein neues Exemplar ersetzt werden.

Kosten

Die Kosten variieren her je nach Motor und Qualität zwischen 150 und 400 Euro. Hier sollte man jedoch auch die Kosten für die Reparatur miteinbeziehen, weshalb es dann schon mal um die 1.000 Euro kosten kann. Auch wenn eine Eigenreperatur für viele günstiger erscheint, so sollte man dennoch die Finger davon lassen. Zum einen besitzt man meist das hierfür benötigte Werkzeug nicht, zum anderen ist es sehr schwer, an die entsprechenden Exemplare zu gelangen. Der Gang zu einer Werkstatt ist hier auf jeden Fall die bessere – wenngleich auch teurere – Alternative.

Fazit

Nockenwellen findet man im Motor von Kraftfahrzeugen. Dort erfüllen sie wichtige Aufgaben, wie beispielsweise das Öffnen und Schließen der Ventile. So wird ein Gaswechsel ermöglicht. In der Regel weisen Nockenwellen eine ebenso lange Lebensdauer wie das Kraftfahrzeug selbst auf, sollten sie aber dennoch defekt oder eingelaufen sein, sollte man sie durch neue ersetzen.

Wir hoffen, dass Ihnen dieser Ratgeber mehr Informationen zu Nockenwellen gegeben hat und wünschen Ihnen eine gute und sichere Fahrt.

 

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