Ein kurzer Leitfaden zur Nockenwelle

Damit ein Verbrennungsmotor reibungslos läuft, ist die Nockenwelle eine der entscheidenden Komponenten. Nockenwelle und Kurbelwelle müssen synchron zusammenarbeiten, um die korrekte mechanische Steuerung der Zündsysteme zu gewährleisten. Aufgrund ihrer zentralen Rolle ist die Bearbeitung einer Nockenwelle stets eine Aufgabe mit engen Toleranzen.

Doch wissen Sie genau, was eine Nockenwelle ist? Und welche Aufgabe eine Nockenwelle hat? Gibt es verschiedene Arten von Nockenwellen?

Wir haben einen kurzen Leitfaden zur Nockenwelle zusammengestellt, der Ihnen alle Antworten liefert. Legen wir los.

Was ist eine Nockenwelle?

Die Nockenwelle eines Verbrennungsmotors ist der Teil des Ventiltriebs, der die Kraftstoffzufuhr und die Abgabe bzw. den Ausstoß von Abgasen regelt. Eine Nockenwelle befindet sich in der Regel oben am Motor (oberhalb des Zylinders). Die Nockenwelle ist über einen Riemen und eine Kette mit der Kurbelwelle verbunden.

Eine der grundlegendsten und wichtigsten Funktionen einer Nockenwelle ist das Öffnen und Schließen der Einlass- und Auslassventile.

Eine Nockenwelle besteht aus verschiedenen Metallarten und hat die Form einer zylindrischen Welle oder eines Stabs mit eiförmigen Nocken, die sich drehen und dabei Kraft erzeugen. In hohem Maße beeinflussen Nockenwellen die Leistung Ihres Motors beim Beschleunigen.

Welche Funktion hat eine Nockenwelle?

Die Nockenwelle als Bauteil wird in Verbrennungsmotoren eingesetzt. Ihre Hauptfunktion besteht darin, die Motorventile mithilfe ihrer vielen Nocken (eiförmigen Erhebungen) zu öffnen und zu schließen.

Eine Nockenwelle findet vielfältige Anwendung – in Verbrennungsmotoren, in mechanisch gesteuerten Zündsystemen und als frühe Motor-Drehzahlregler.

Darüber hinaus besteht eine Nockenwelle aus vier verschiedenen Teilen – den Nockenerhebungen, den Hauptlagern, den Enden und den Nockenwellenlagern. Jedes dieser Teile ist entscheidend für die Fertigung einer Nockenwelle mit enormem Spitzendrehmoment.

Arten von Nockenwellenantrieben

Allgemein gesprochen gibt es drei Arten von Nockenwellenantrieben: die obenliegende Einzelnockenwelle (SOHC), die obenliegende Doppelnockenwelle (DOHC) und den Stößelstangen- bzw. Overhead-Valve-Antrieb (OHV). Betrachten wir jeden von ihnen.

Obenliegende Einzelnockenwelle (SOHC)

Der Motor mit obenliegender Einzelnockenwelle hat eine Nockenwelle pro Zylinderkopf (Zylinderbank). Das ist die älteste Bauart von Motoren mit obenliegender Nockenwelle. Die meisten SOHC-Motoren haben zwei Ventile pro Zylinder.

Die Kurbelwelle ist das Teil, das die SOHC über die verbundene Steuerkette antreibt. Diese Kette bzw. dieser Riemen muss regelmäßig ausgerichtet und geprüft werden. Ein beschädigter oder falsch ausgerichteter Zahnriemen kann reißen und ernsthafte Probleme verursachen.

Obenliegende Doppelnockenwelle (DOHC)

Wie der Name bereits vermuten lässt, haben DOHC-Motoren zwei Nockenwellen pro Zylinderbank. Doppelte obenliegende Nockenwellen werden auch als Twin-Cam-Motoren bezeichnet. Motoren mit mehr als vier Ventilen pro Zylinder verwenden in der Regel doppelte obenliegende Nockenwellen.

Die Verwendung einer doppelten statt einer einfachen obenliegenden Welle ermöglicht eine höhere Motorleistung. Die Logik dahinter ist einfach – mit DOHC können Sie mehr Einlass- und Auslassventile verwenden, was größere Öffnungen für den Gasfluss bedeutet. Zu Beginn der 2000er Jahre nutzten die meisten Autos bereits DOHC-Motoren.

Overhead-Valve-Nockenwellen (OHV)

OHV-Motornockenwellen werden auch als Stößelstangenmotoren bezeichnet. Wie bei DOHC und SOHC hat der OHV-Motor ebenfalls Ventile oberhalb des Zylinders im Zylinderkopf. Anders als bei DOHC und SOHC, bei denen sich die Nockenwelle im Kopf befindet, hat der OHV-Motor eine Nockenwelle im Motorblock.

Bei Stößelstangenmotoren wird die Nockenwelle über eine Zahnradantriebskette angetrieben. Mit diesen Zahnradantrieben sind Stößelstangenmotoren weniger anfällig für Brüche. Allerdings haben sie ein begrenztes Drehzahlpotenzial.

Wie funktioniert eine Nockenwelle in einem Motor?

Eine Nockenwelle befindet sich am oberen Ende des Motors, oberhalb des Motorzylinders. In der Regel ist die Nockenwelle über einen Zahnriemen mit der Kurbelwelle unten verbunden. Um die Verbrennung korrekt zu steuern, muss der Hersteller die Zahnräder von Nockenwelle und Kurbelwelle synchronisieren. Dieses Verfahren wird als Ventilsteuerung bezeichnet.

Angetrieben von der Kurbelwelle beginnt sich die zylindrische Nockenwelle zu drehen, und die Nockenerhebungen entlang ihrer Länge drücken auf die Hebel, die die Motorventile öffnen.

Was dreht sich schneller – die Nockenwelle oder die Kurbelwelle?

Um die Drehzahl von Nockenwelle und Kurbelwelle und ihr Zusammenspiel zu erklären, müssen wir zunächst den Verbrennungszyklus erläutern. Ein typischer Zyklus umfasst vier Phasen: Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausstoßen. Damit dieser vierstufige Verbrennungszyklus in Gang kommt, beginnen Nockenwelle und Kurbelwelle, die über eine Steuerkette verbunden sind, zusammenzuarbeiten.

Während eines Verbrennungszyklus dreht sich die Kurbelwelle zweimal vollständig, während die Nockenwelle eine Umdrehung macht. Das bedeutet, dass sich die Kurbelwelle schneller dreht – mit der doppelten Drehzahl. Im Vergleich zum Kolben öffnet sich jedes Ventil einmal pro zwei Kurbelwellenumdrehungen.

Aus welchem Material besteht eine Nockenwelle?

Aufgrund der Anforderungen an Stabilität, Haltbarkeit und Temperaturbeständigkeit werden Nockenwellen in der Regel aus bestimmten Metallarten gefertigt. Am häufigsten verwenden Hersteller zwei Materialarten zur Herstellung von Nockenwellen – Gusseisen und Schmiedestahl.

Gusseisen

Als eines der gebräuchlichsten Materialien für die Nockenwellenfertigung ist Gusseisen in der Regel die erste Wahl für Großserienaufträge.

Gusseisen wird aufgrund seiner Haltbarkeit und Verschleißfestigkeit typischerweise für Nockenwellen verwendet. Gusseiserne Nockenwellen werden in einem Abschreckverfahren gefertigt, das ihnen die erforderliche Härte verleiht. Üblicherweise mischen Hersteller vor dem Gießen des Eisens weitere Elemente hinzu. Dadurch erzielen sie die je nach Anwendung der Nockenwelle erforderlichen Eigenschaften.

Schmiedestahl

Auch als Stabstahl bezeichnet, können Nockenwellen aus Schmiedestahl eine höhere Qualität aufweisen, eignen sich aber in der Regel besser für die Kleinserienfertigung. Aufgrund ihrer überlegenen Qualität sind Nockenwellen aus Schmiedestahl jedoch oft idealer für spezifische Anwendungen.

Zur Herstellung von Nockenwellen aus Schmiedestahl verwenden Hersteller das Schmieden oder die Bearbeitung mit einer Fräsmaschine. Üblicherweise verwenden Hersteller verschiedene Stahlstangen zur Herstellung von Nockenwellen. Bei der Verwendung von Stahl wie EN40b muss die Nockenwelle zudem einer Wärmebehandlung unterzogen werden.

Was verursacht Nockenwellenprobleme?

Als integraler Bestandteil des Motors muss eine Nockenwelle stets in einwandfreiem Zustand sein. Ja, natürlich können Sie einen Motor mit einer beschädigten Nockenwelle betreiben, doch dies kann zu einem größeren Problem führen. Es gibt mehrere häufige Nockenwellenprobleme:

Verschleiß der Nockenhöcker

Eines der häufigsten Probleme, das eine Reparatur oder einen Austausch der Nockenwelle erfordert, ist der Verschleiß der Nockenhöcker. Als bewegliche Komponenten kommen die Nockenhöcker häufig mit Ablagerungen, Schmutz und unsachgemäßer Ölversorgung in Kontakt. So können sie mit der Zeit beschädigt werden und müssen ausgetauscht werden.

Defekter Nockenwellensensor

Die zweite Ursache für Nockenwellenprobleme ist ein defekter Nockenwellensensor. Die Aufgabe des Nockenwellensensors besteht darin, die Synchronisation der Drehung von Nockenwelle und Kurbelwelle zu überwachen. Anhand der Meldungen dieses Sensors steuern wir die Zünd- und Einspritzanlagen. Selbstverständlich kann das Fahrzeug bei einem defekten Sensor verschiedene Leistungs- oder Zündprobleme aufweisen.

Zahnriemen außer Takt

Und schließlich ist die dritte und schwerwiegendste Ursache für Nockenwellenprobleme eine ungleichmäßige Bewegung von Nockenwelle und Kurbelwelle, die in der Regel durch einen defekten Zahnriemen verursacht wird.

Ein beschädigter oder außer Takt geratener Zahnriemen kann für die Nockenwelle und den gesamten Motor schädlich sein. Beispielsweise kann er beschädigte Kolben, Ventile, Nockenhöcker, Kipphebel verursachen oder sogar Ihre gesamte Nockenwelle brechen lassen.

Was sollte beim Wechsel einer Nockenwelle ersetzt werden?

Wenn Sie die Nockenwelle Ihres Motors wechseln müssen, gibt es mehrere weitere Teile, die Sie dabei möglicherweise ebenfalls ersetzen möchten.

Prüfen und ersetzen Sie bei Bedarf beispielsweise folgende Komponenten: Ventilfedern, Ventilschaftdichtungen, Steuerkette oder Zahnräder, Verteilerdichtung, Krümmerdichtung, harmonischer Schwingungsdämpfer, Nockenschrauben, Vergaserdichtung, Wasserpumpendichtung, Thermostatdichtung, Kraftstoffpumpendichtung, die Kurbelwellenschraube des Motors, Ölwannendichtung, Spannstifte usw.

Neben den oben genannten Komponenten empfehlen wir einen Ölwechsel sowie eine vollständige Motorinspektion.

Wie viel kostet eine Nockenwelle?

Der Austausch einer Nockenwelle ist eine finanziell anspruchsvolle Dienstleistung. Natürlich hängen die Kosten für den Austausch oder die Reparatur einer Nockenwelle von der Art der Nockenwelle und dem verursachten Schaden ab.

Wenn Sie beispielsweise nur den Nockenwellensensor austauschen, kann dies zwischen 150 und 250 US-Dollar kosten. Wenn Sie jedoch die gesamte Nockenwelle austauschen, können die Arbeitskosten zuzüglich Material zwischen 1500 und 3000 US-Dollar betragen.

Nockenwellen sind so konstruiert, dass sie so lange halten wie der Motor selbst, und sollten daher normalerweise keine kurzfristigen Probleme verursachen. Wenn Sie jedoch Anzeichen einer Nockenwellenbeschädigung bemerken – etwa Schwierigkeiten beim Beschleunigen, blinkende „Check Engine“-Leuchten oder einen erhöhten Kraftstoffverbrauch –, ist ein Austausch der Nockenwelle angebracht.

Können Sie individuelle Nockenwellen anbieten?

Ja! Früher waren die Fertigungsverfahren für Nockenwellen nicht so weit fortgeschritten, sodass eine hochwertige Fertigung nur für teure Aufträge in geringer Stückzahl möglich war. Heute ermöglichen unsere hochmodernen Bearbeitungs- und Frästechnologien die Fertigung individueller Nockenwellen ohne Mindestbestellmenge.

Wenn Sie eine bestimmte Art von Nockenwellen benötigen, zögern Sie nicht, uns zu kontaktieren. Unsere qualitativ hochwertigen, bedarfsgerechten CNC-Bearbeitungsdienstleistungen ermöglichen es uns, ein dediziertes Fertigungsteam bereitzustellen und individuelle Nockenwellen in jeder Stückzahl zu produzieren.

Fazit

Alles in allem hoffen wir aufrichtig, dass unser Leitfaden zu Nockenwellen und ihrer Funktion praktisch war und alle Ihre Fragen zu diesem Thema beantwortet hat. Da die Nockenwelle ein so wesentlicher Bestandteil von Verbrennungsmotoren ist, wird die Bedeutung ihrer präzisen Fertigung und Haltbarkeit deutlich.

Wenn Sie Unterstützung bei der Konstruktion Ihrer individuellen Nockenwelle benötigen, kontaktieren Sie uns, und wir erstellen Ihren Nockenwellen-Prototyp. Unabhängig von der Art der Nockenwelle bleibt das Prinzip dasselbe – Qualität und Sicherheit an erster Stelle! Wir hoffen, dass dieser umfassende Leitfaden zu einer Nockenwelle und ihrer Funktion Ihnen viel Wissenswertes vermittelt hat.