EineKurbelwelle ist eine Welle, die eineKurbel trägt oder eine Aneinanderreihung mehrerer Kurbeln. DieWellenstümpfe der innerenDrehgelenke der Kurbeln fluchten untereinander und bilden eine unterbrocheneWelle. Ihre Teilstücke sind über die Arme der Kurbeln und deren äußere Wellenstümpfe miteinander verbunden. Die Verbindung wird dadurch möglich, dass jede einzelne Kurbel zwei Kurbelarme(Kurbelwangen) hat. Die Kurbeln sind im Allgemeinen in der Wellenachse gegeneinander verdreht. Eine Kurbel am Wellenende mit nur einer Wange ist „fliegend“ gelagert.
Die erste bekannte Maschine, bei der eine Drehbewegung mithilfe einer Kurbel in einer Schubstange in eine lineare Bewegung umgesetzt wurde, war dierömischeSägemühle von Hierapolis (3. Jahrhundert).[1]
Der niederländische ErfinderCornelis Corneliszoon nutzte ein solches Getriebe, um durch ein Windrad eine Sägemühle zu betreiben. 1597 erhielt er ein Patent auf seine Kurbelwelle.
Bei derReiffenstuelschen Kolbendruckpumpe wurde die Kraft von einem oberschlächtigen Wasserrad über eine Welle mit drei Kröpfungen auf drei Pumpenkolben übertragen. Diese Pumpe wurde 1612 vonSimon Reiffenstuel für die „erste Pipeline der Welt“, dieSoleleitung von Reichenhall nach Traunstein, entwickelt.
Die Kurbelwelle hat die Aufgabe, die Pleuelkräfte in einDrehmoment am Wellenende umzuwandeln und umgekehrt. Dabei können große Beschleunigungskräfte entstehen, deshalb sind Kurbelwellen oft mit Gegengewichten und einem Schwungrad versehen.
Kurbelwellen in Verbrennungsmotoren wurden versuchsweise auch höhenverstellbar gelagert, um eine variableVerdichtung zu bewirken. Durch exzentrisch gelagerteKurbelwellenlager wird der Abstand zwischen Kurbelwelle und Zylinderkopf verändert. Der Vorteil einer variablen Verdichtung ist ein im Teillastbereich um bis zu 25 % geringerer Verbrauch.[2]
Um zuSchmierungszweckenMotoröl innerhalb der einteiligen Kurbelwelle an die Haupt- und Pleuellager leiten zu können, sind die Kurbelwellen moderner Verbrennungsmotorenhohlgebohrt, das Öl wird durch die Hauptlager zugeführt und tritt dann durch Bohrungen in den Wellen- und Hubzapfen aus. Bei gebauten Wellen sind die Haupt- und Pleuellager keineGleitlager, sondernWälzlager. Sie benötigen keineDruckölschmierung, sondern werden durch den Ölnebel imZylinder-Kurbelgehäuse mit Schmierstoff versorgt.
DurchSchränkung wird die Kurbelwelle oft seitlich aus der Zylindermittelachse versetzt. Dies wird meist durch eineDesachsierung des Kolbenbolzens ergänzt. Dadurch ergeben sich verschiedene Vorteile hinsichtlich der Reibungsverluste und Geräuschemission (Noise Vibration Harshness).
Für Ausstellungszwecke verchromte Kurbelwelle und ihre KomponentenVergleich einer serienmäßigen Kurbelwelle (oben) mit einer Version für höhere Leistung (unten): Teflon-Einlagen und Ausgleichsbohrungen zur Verminderung von Vibrationen und „Toträumen“
Eine Kurbelwelle besteht aus folgenden Elementen:
Wellenzapfen. Sie laufen in den Grundlagern (Hauptlagern) und definieren die Drehachse derWelle.
Pleuelzapfen, auf denen die Schubstangen (Pleuel) gelagert sind. Sie beschreiben im Betrieb eine Kreisbahn um die Drehachse der Kurbelwelle. Der Durchmesser dieser Kreisbahn entspricht demKolbenhub der Kolben.
dieKurbelwangen verbinden die Pleuel- mit den Wellenzapfen.
Zur Massenausgleich dienen in der Regel Gegengewichte, die an den Wangen angebracht werden.
RotierendeMassenkräfte lassen sich vollständig durch Anbringen von Gegenmassen ausgleichen. Die Kurbelwelle wird dadurch schwerer. Oszillierende Massenkräfte können mit zusätzlichen Ausgleichswellen kompensiert werden (zum BeispielLanchester-Ausgleich). Eine einfache Möglichkeit, oszillierende Massenkräfte I. Ordnung (das heißt ihre Frequenz entspricht der Drehzahl) zu verringern besteht darin, sie teilweise durch rotierende Gegenmassen auszugleichen (üblicherweise zu 50 %) und die dabei entstehende rotierende Massenkraft (Unwucht) in Kauf zu nehmen und sie zum Beispiel durch eine weiche Lagerung derMaschine aufzufangen.
Fertigung bei VW (Bundesarchiv, B 145 Bild-F040736-0010 / Schaack, Lothar)
Man unterscheidetgebaute, also aus Einzelteilen zusammengesetzte Kurbelwellen undgeschmiedete odergegossene, also in einem Stück hergestellte Kurbelwellen.
Tullia Ritti, Klaus Grewe, Paul Kessener: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.
