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Kurz & knapp – Informationen zu Nockenwelle

Der Nockenwelle kommt eine sehr wichtige Funktion zu, wenn es um den Betrieb des Motors geht. Sie dient dazu, die Ein- und Auslassventile zu steuern, also diese zu festgelegten Zeiten zu öffnen und zu schließen. Damit sorgt die Nockenwelle für die Zufuhr des Kraftstoff-Luft-Gemischs sowie der Entweichung der bei der Verbrennung produzierten Abgase.

Da die Nockenwelle kontinuierlich stark beansprucht wird, kommt es im Laufe der Zeit zu Abnutzungserscheinungen. Diese äußern sich meist in Form von abgetragenem Material – man spricht dabei von einer eingelaufenen Nockenwelle.

Da die Nockenwelle zuständig für die Steuerzeiten ist, wirken sich Änderungen massiv auf die Charakteristik des Motors aus. Häufig werden diese je nach Nutzungsbereich optimiert, um beispielweise im Rennsport oder Tuning die optimalen Eigenschaften in Sachen Leistung und Drehmoment zu erzielen.

Die Nockenwelle – Steuerung der Ventile

Geht es um die Funktionsweise eines Verbrennungsmotors, ist die Nockenwelle von elementarer Bedeutung. Ihre Funktion liegt im Öffnen sowie Schließen der Ein- und Auslassventile der Kolben. Sie ist somit für die Zufuhr des Gemisches aus Kraftstoff und Luft ebenso verantwortlich wie für das Herauslassen der verbrannten Abgase.
Die stabförmige Nockenwelle verfügt dabei über eine, je nach Motor, unterschiedliche Anzahl an sogenannten Nocken, also abgerundeten Vorsprüngen, die jeweils ein Ventil in die geöffnete Stellung drücken. Beim Weiterdrehen des Nockens auf seiner Welle veranlasst die sogenannte Ventilfeder die Schließung des Ventils.

Dabei sind im Verlauf ihrer Geschichte diverse Varianten der Nockenwelle konstruiert worden: Zu diesen gehört beispielsweise eine Konstruktion, bei der ein Nocken mehrere Ventile betätigen kann, was in manchen Motoren in Form der Betätigung von Ein- und Auslassventil stattfindet. Auch bei heutigen Autos gibt es von Modell zu Modell Unterschiede hinsichtlich der Bauweise der Nockenwelle.

Die Nockenwelle arbeitet also gewissermaßen gegen die Feder. Wie so eine Nockenwelle funktioniert und was man dabei einstellen kann, zeigt das folgende Video:

Herstellung und Aufbau

Auch bezüglich der Herstellung von Nockenwellen bestehen heutzutage Unterschiede: Während die klassische Nockenwelle sowohl früher als auch heute aus einem Stück Gusseisen gegossen und zusätzlich gehärtet wird, was den Vorteil einer hohen Stabilität sowie der geringen Anfälligkeit für Schäden bietet, verwenden einige Hersteller bei ihren Fahrzeugen mittlerweile sogenannte "gebaute" Nockenwellen, die aus verschiedenen Werkstoffen bestehen. Diese Varianten sind oftmals günstiger in der Herstellung als gegossene Wellen und wiegen zudem weniger. Außerdem ermöglichen sie dank der allgemeinen Gewichtsersparnis den Einsatz härterer Materialien für die besonders beanspruchten Nocken.

Heutige Entwicklungs- und Herstellungsverfahren ermöglichen gegenüber klassischen Methoden eine nochmals erhöhte Präzision sowie die Erstellung von dreidimensionalen, digitalen Modellen der Nockenwelle. Diese Techniken haben insgesamt zu einer geringeren Anfälligkeit der Nockenwelle gegenüber Schäden geführt, besonders unter der erhöhten Belastung von Kurzstrecken.

Der Verschleiß einer Nockenwelle

Da insbesondere die auf der Nockenwelle sitzenden Nocken zu den am stärksten beanspruchten Teilen am Auto gehören, sind sie verständlicherweise nicht ewig haltbar. Das häufige Fahren kurzer Strecken fördert zudem den Verschleiß der Nockenwelle. Das in Zusammenhang mit der Nockenwelle am häufigsten auftretende Problem ist das Abtragen von Material an den Nocken, man spricht in diesem Fall davon, dass die Nockenwelle eingelaufen ist.

Der Effekt dieses keineswegs plötzlich eintretenden, sondern sich mit der Zeit steigernden Mangels liegt auf der Hand: Da die Nocken nun nicht mehr die vorgesehenen Ausmaße besitzen, öffnen die Ventile später und schließen früher. Schon eine harmlos wirkende Ausprägung dieses Szenarios führt zu veränderten Steuerzeiten und merklich raueren Motorgeräuschen, die aus Dieselmotoren früherer Jahre bekannt sind.

Auch Laien können den Zustand der Nockenwelle ohne großen Aufwand prüfen: Dazu sind die Motorhaube zu öffnen und anschließend die Ventildeckel abzuschrauben - sieht man nun feine oder stärkere Riefen, ist die Nockenwelle eingelaufen oder steht zu mindestens am Anfang dieses Prozesses. Je früher dieses Problem erkannt wird, desto eher kann es behoben werden, ohne weitreichende Schäden zu verursachen. Viele Autofahrer prüfen ihre Nockenwelle nie, geben aufgrund des entstehenden Leistungsverlustes immer mehr Gas und müssen am Ende im schlimmsten Fall einen neuen Motor kaufen, da die Nockenwelle eingelaufen ist und auch andere Komponenten beschädigt hat.

Die Nockenwelle umschleifen

Die Nockenwelle stellt einen wesentlichen Bestandteil des Motors dar, wenn es um die Leistungssteigerung geht: Möchte man beispielsweise verlängerte Öffnungszeiten der Ventile und somit eine erhöhte Sauerstoffzufuhr erzielen, sollte man die Nockenwelle umschleifen: Dadurch wird die Form der Nocken verändert, sodass sie länger auf die Ventile drücken. Auch Modifikationen hinsichtlich des Öffnungswinkels der Ventile sind möglich.

Wer seine Nockenwelle umschleifen möchte, sollte dies allerdings von einem Fachbetrieb und nach vorheriger Beratung durchführen lassen. Fallen die Veränderungen nämlich zu stark aus, besteht das Resultat in einem äußerst hoch belasteten Motor, dessen Haltbarkeit ebenfalls unter dieser Art des Tunings leidet. Aus diesem Grunde sind Änderungen an der Nockenwelle besonders im Rennsport beliebt, wo die Mehrbelastung des Motors in der Regel durch Elektronik wie beispielsweise eine programmierbare Zündanlage kompensiert wird.

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Febi Bilstein, Ajusa, Ruville, AE, Bosch

Häufige Fragen zu Nockenwelle:

Die Nockenwelle ist im Bereich des Motors dafür zuständig, dass das Gemisch aus Kraftstoff und Luft in die Brennräume zugeführt wird. Ebenfalls sorgt sie dafür, dass die verbrannten Abgase wieder herausgelangen. Diese Vorgänge werden durch die kontrollierte Öffnung und Schließung der Ein- und Auslassventile der Kolben ermöglicht.

Die Verstellung der Nockenwelle dient dazu, die Steuerzeiten einzustellen und damit die Charakteristik des Motors grundlegend zu beeinflussen. Wenn die Ein- und Auslassventile zeitgleich geöffnet sind, nennt man das Überschneidung. Diese Überschneidungszeiten wirken sich gravierend auf die Eigenschaften des Motors aus. Bei geringer Überschneidung besitzt der Motor ein hohes maximales Drehmoment im niedrigen Drehzahlbereich, was auf Kosten der Maximalleistung bei hohen Drehzahlen geht. Bei großer Überschneidung wiederum ist diese maximale Leistung höher, was jedoch in einem niedrigeren Drehmoment im unteren Drehzahlbereich resultiert.

Je nachdem, welche Motorcharakteristik man erzielen möchte, gibt es unterschiedliche Einstellmöglichkeiten für die Kurbelwelle. Eine praktische Anleitung, wie man dabei vorgeht, findet man unter diesem Link.

Bei einem gängigen Viertaktmotor wird die Nockenwelle durch die Kurbelwelle angetrieben. Die Nockenwelle läuft dabei mit halber Drehzahl der Kurbelwelle, wobei die Übertragung meist über eine Steuerkette oder einen Zahnriemen erfolgt.

Die Nocken, die sich auf der Nockenwelle befinden, sind eines der meist beanspruchten Teile des Motors, da sie sich in ständiger Drehbewegung befinden. Vor allem Kurzstreckenfahrten belasten das Material enorm, was den Verschleiß der Nockenwelle verstärkt fördert. Meist wird das Material auf Dauer durch die Beanspruchung abgetragen – die Nockenwelle ist dann sozusagen eingelaufen.