Auto Technik Lexikon - Technik und Treibstoffe

Nockenwelle

Eine Nockenwelle ist ein Maschinenelement, mit dem eine Drehbewegung wiederholt in eine kurze Laengsbewegung umgewandelt wird und bei Hubkolbenmotoren Teil des Ventiltriebes.

In Verbrennungsmotoren werden Nockenwellen verwendet, um die Ein- und Auslassventile zu oeffnen, in älteren Einspritzpumpen dienen Nockenwellen auch zur Kraftstoffzumessung zu den einzelnen Saugrohren oder Zylindern. Auf der drehenden Nockenwelle gibt es für jedes Ventil einen exzentrischen Nocken, der das Ventil in die geoeffnete Stellung drueckt. Wenn der Nocken weiter gedreht ist, schliesst sich das Ventil durch die Ventilfeder. Bei 4-Takt-Motoren dreht sich die Nockenwelle mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle, von der sie meist mittels Kettentrieb und Steuerkette oder mittels Zahnriemen, seltener durch eine sog. Koenigswelle oder einen Zahnraedersatz angetrieben wird.

Beim Pumpe-Düse-verfahren für Dieselmotoren (Volkswagen Gruppe und LkW-Motoren) erzeugen die Nocken zusaetzlich den Einspritzdruck. Vorteil sind die sehr hohen Einspritzdruecke im Vergleich zur Einspritzung durch Common Rail. Gezielte Voreinspritzungen sind bei Pumpeduese technisch ebenfalls möglich, jedoch aufwendiger zu realisieren.

Zwischen Nocken und Ventil können sich weitere Maschinenelemente befinden, z.B. Stossstangen bei untenliegenden Nockenwellen; Kipphebel, Schlepphebel oder Schwinghebel zur Kraftumleitung und Stoessel zur Kraftuebertragung in verschiedenen Bauformen. Durch Nockenwellenversteller können die Zeitpunkte für das oeffnen und Schliessen der Ventile wärend des laufenden Betriebes an den Leistungsbedarf angepasst werden. Damit können Leistung und Drehmoment gesteigert und im Teillastbereich der Verbrauch gesenkt werden. Nockenwellenversteller verdrehen die gesamte Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle.

Alle diese oszillierenden (hin und her bewegten) Bauelemente müssen bewegt werden, kosten Leistung und erhoehen die Massenkraefte. Wenn man die Nockenwelle direkt über den Ventilen einbaut (obenliegende Nockenwelle) und für jede Ventilreihe eine eigene Nockenwelle verwendet (doppelt obenliegende Nockenwelle), kann die Anzahl der oszillierenden Bauteile reduziert werden, die Massenkraefte werden geringer und eine höhere Drehzahl ist möglich.

Die Berechnung, Auslegung und Fertigung von Nocken ist eine komplexe Spezialistenarbeit: hier sind Zielkonflikte zu gestalten. Einerseits moechte man das Ventil für einen guten Gasdurchsatz weit oeffnen. Dies aber erhöht die im Umlauf entstehenden Kraefte auf den Ventiltrieb, und eine Kollision des Ventils mit dem Kolben muss unbedingt vermieden werden. Des weiteren moechte man für den Gasdurchsatz ein Ventil lange (im Umlauf gerechnet) geoeffnet halten, es muss aber noch Gelegenheit zur Verdichtung vorhanden sein. All die gegenseitigen Beeinflussungen setzen der Variation von Nockenkurven (Tuning, "Umschleifen") zur Leistungserhoehung enge Grenzen. Ein Motor mit geaenderten, "getunten" Nocken-Parametern wird einen höheren Leerlauf benoetigen, sein Drehmoment hin zu höheren Drehzahlen verschoben haben, insgesamt unruhiger laufen und mehr verbrauchen. Daher ist das früher oefter praktizierte Umschleifen der Nockenprofile zu recht in Vergessenheit geraten. Man beschafft für gaengige Motoren zur Leistungserhoehung heutzutage eher eine spezielle Nockenwelle aus einem Profi-Betrieb.

Frueher wurden Nockenwellen gegossen oder geschmiedet und danach aufwendig mechanisch bearbeitet. Seit einiger Zeit werden gebaute Nockenwellen eingesetzt. Vorteile gebauter Nockenwellen sind geringere Kosten, niedrigeres Gewicht, hoeherfeste Werkstoffe für die Nocken (gehaerteter Kugellager