Pleuel: Was ist seine Funktion?
Die Pleuelstange ist ein mechanisches Teil, das den Kolben mit der Kurbelwelle verbindet und für die Kraftübertragung zwischen den Kolben und der Kurbelwelle sorgt. Ein Teil der Pleuelstange ist am Kolben befestigt, während der andere an der Kurbelwelle befestigt ist.
Dieser Artikel beleuchtet die Funktion des Pleuels und mögliche Fehler. Darüber hinaus werden wir kurz auf den Aufbau eingehen und die häufigsten Probleme mit Pleuelstangen und deren Lösungen erwähnen.
Spis treści
Funktionen der Pleuelstange
Die Pleuelstange ist ein wesentlicher Bestandteil eines jeden Motors. Seine Hauptfunktion besteht darin, den Kolben mit der Kurbelwelle zu verbinden und die Bewegung des Kolbens auf die Kurbelwelle zu übertragen, die letztendlich den Motor antreibt und Strom erzeugt.
Kurbelwelle: Wozu dient sie und welchen Kräften muss sie standhalten?
Zusätzlich zur Bewegungsübertragung trägt die Pleuelstange das Gewicht des Kolbens und andere Lasten. Dies ist eine kritische Funktion, da die Pleuelstange stark genug sein muss, um dem Druck der Verbrennungsgase im Zylinder standzuhalten, der beträchtlich sein kann.
Motorkolben: Wie funktionieren sie?
Eine weitere wichtige Funktion der Pleuelstange besteht darin, dem Kolben eine freie Bewegung im Zylinder zu ermöglichen. Die Pleuelstange muss sich leichtgängig und ohne Behinderung bewegen, da jeder Widerstand oder jede Störung zu einer Fehlfunktion oder sogar einem Ausfall des Motors führen kann.
Pleuel gehören zu den am stärksten beanspruchten Teilen des Motors und müssen die Kräfte aufnehmen, die von den auf- und abbewegten Kolben erzeugt werden. Zu diesen Kräften gehören der Druck der Verbrennungsgase und der Aufprall des Kolbens auf den Zylinderkopf.
Pleuel muss folgendem standhalten:
Hohe Temperaturen
Hoher Druck
Trägheitskräfte des eigenen Gewichts
Die Trägheitskräfte der Kolben
Die Pleuelstange muss diesen Kräften standhalten, ohne zu brechen oder sich zu verformen. Aus diesem Grund werden sie in der Regel aus geschmiedetem Stahl oder sehr starken und gleichzeitig leichten Legierungen hergestellt. Allerdings unterscheiden sich die Materialien, aus denen die Pleuel bestehen, je nach Motortyp.
Pleuelmaterial
Die Pleuel müssen einen hohen Arbeitswiderstand aufweisen, da sie während der Lebensdauer des Verbrennungsmotors mehrere zehn bis hundert Millionen Hübe ausführen. Die Lebensdauer der im Motorsport eingesetzten Pleuel steht jedoch nicht im Vordergrund.
Verschiedene Materialien bieten einzigartige Eigenschaften, die sie für unterschiedliche Anwendungen geeignet machen. Drei gängige Materialien für Pleuel sind Stahl, Aluminium und Titan.
Stahl ist aufgrund seiner Festigkeit und Haltbarkeit ein beliebtes Material für Pleuelstangen. Es kann hohen Belastungen und Kräften während des Motorbetriebs standhalten und wird häufig in Hochleistungs- und Schwerlastmotoren verwendet.
Aluminium ist ein leichtes Material mit guter Wärmeleitfähigkeit. Es kann Wärme schnell abführen und das Risiko von Motorschäden durch Überhitzung verringern. Aluminium-Pleuel werden häufig in Hochdrehzahlmotoren eingesetzt, bei denen Gewichtsreduzierung im Vordergrund steht.
Titan ist ein solides und leichtes Material, was es zur idealen Wahl für Hochleistungs- und Rennanwendungen macht. Allerdings ist Titan auch teuer, weshalb es in Serienmotoren weniger verbreitet ist.
Pleuel, die im Motorsport verwendet werden, bestehen aus Aluminium- oder Titanlegierungen. Der Vorteil von Pleueln aus Aluminiumlegierung ist ihr geringeres Gewicht, wodurch die Trägheitskräfte reduziert werden und somit höhere Motordrehzahlen erreicht werden können.
Nachteilig ist die kurze Lebensdauer solcher Pleuel. Titanlegierungen sind fest und leicht, aber dieses Material ist teuer und empfindlich gegenüber Oberflächenbeschädigungen.
Teile der Pleuelstange
Das Bild unten zeigt den Aufbau der Pleuelstange, enthält aber auch einen Kolben. Der Kolben ist jedoch kein Teil der Pleuelstange, denken Sie also an die Konstruktion der Pleuelstange ohne den Kolben.
1. Pleuelkörper
Der Hauptteil der Pleuelstange ist der Stangenkörper, der typischerweise aus robustem und langlebigem Stahl besteht. Es hat eine zylindrische Form mit abgerundeten Enden und wurde speziell entwickelt, um den Belastungen und Kräften standzuhalten, die während des Motorbetriebs auftreten.
2. Zwei Enden – Das große und das kleine Ende
Die Pleuelstange hat zwei Enden: groß und klein. Das große Ende ist das größere und abgerundete Ende, das an der Kurbelwelle befestigt wird, während das kleine Ende das kleinere und abgerundete Ende ist, das am Kolben befestigt wird. Der Stangenkörper verbindet das große und das kleine Ende und ist dazu ausgelegt, relativ zueinander zu schwenken und zu rotieren.
3. Kolbenbolzen
Der Kolbenbolzen ist ein kleines zylindrisches Bauteil, das am Kolben befestigt ist und sich in das kleine Ende der Pleuelstange erstreckt. Der Kolbenbolzen ermöglicht es der Pleuelstange, relativ zum Kolben zu schwenken und sich zu drehen, wenn sich die Kurbelwelle dreht.
4. Kurbelstift
Der Kurbelzapfen ist eine zylindrische Komponente, die an der Kurbelwelle befestigt ist und sich in das große Ende der Pleuelstange erstreckt. Der Kurbelzapfen ermöglicht es der Pleuelstange, relativ zur Kurbelwelle zu schwenken und sich zu drehen, wenn sich der Kolben im Zylinder auf und ab bewegt.
5. Lagereinsätze
Pleuelstangen haben typischerweise Lager sowohl am großen als auch am kleinen Ende, um ein reibungsloses Schwenken und Drehen zu ermöglichen. Diese Lager können aus Bronze oder reibungsarmen synthetischen Polymeren hergestellt werden.
6. Schrauben und Muttern
Pleuelstangen werden oft mit Schrauben und Muttern zusammengehalten, wodurch sie zur Wartung oder Reparatur leicht zerlegt und wieder zusammengebaut werden können. Diese Schrauben und Muttern können aus verschiedenen Materialien hergestellt sein, wie beispielsweise Stahl oder einer Legierung.
Arten von Pleuelstangen
Glatte Pleuelstangen
Gabel- und Blattverbindungsstangen
Geschmiedete Pleuel
Master- und Slave-Pleuel
Gegossene Pleuel
Billet-Pleuel
Angetriebene Pleuel aus Metall
1. Einfache Verbindungsstangen
Pleuel vom glatten Typ werden üblicherweise in Reihen- und Gegenmotoren verwendet. Sie haben ein einfaches Design mit einem großen Ende, das am Kurbelzapfen befestigt und mit einem Lagerdeckel ausgestattet ist.
Der Lagerdeckel wird mit einer Schraube oder einem Stehbolzen am Ende der Pleuelstange montiert. Das Ersetzen der Pleuelstange im gleichen Zylinder und in der gleichen relativen Position ist wichtig, um die richtige Passung und Balance zu erhalten.
2. Gabel- und Blattverbindungsstangen
V-Twin-Motorrad- und V12-Flugzeugmotoren verwenden üblicherweise Gabel- und Blattpleuelstangen. Jedes Motorzylinderpaar hat eine Gabelstange, die am großen Ende in zwei Teile geteilt ist, und eine Messerstange ist verjüngt, um in diese Lücke in der Gabel zu passen.
Diese Konstruktion eliminiert das Schaukelpaar, das auftritt, wenn die Zylinderpaare zusammen mit der Kurbelwelle ausgewuchtet werden. Bei der Anordnung der Big-End-Lager hat die Gabelstange eine einzelne breite Lagerhülse, die sich über die gesamte Stangenbreite erstreckt, einschließlich des zentralen Spalts.
Die Messerstange läuft außerhalb dieser Hülse, nicht auf dem Hubzapfen. Dadurch bewegen sich die beiden Stangen hin und her, wodurch die Kraft auf das Lager und die Oberflächengeschwindigkeit reduziert werden. Dennoch bewegt sich die Lagergeschwindigkeit hin und her, anstatt sich kontinuierlich zu drehen, was ein erhebliches Problem für die Schmierung sein kann.
3. Geschmiedete Pleuel
Einige Pleuel werden durch Schmieden hergestellt, wobei ein Korn des Materials in die gewünschte Form gezwungen wird. Das Material kann je nach geforderten Eigenschaften eine Stahllegierung oder Aluminium sein.
Chrom- und Nickellegierungsstahl werden üblicherweise verwendet, um die Festigkeit der Pleuelstange zu erhöhen. Das Endprodukt ist nicht darauf ausgelegt, spröde zu sein, was es zu einer langlebigen Motoroption macht.
4. Master- und Slave-Pleuelstangen
Sternmotoren verwenden typischerweise Haupt- und Nebenpleuel. Bei diesem System besteht ein Kolben aus einer Hauptstange mit direkter Befestigung an der Kurbelwelle, während andere Kolben ihre Pleuelstangen mit den Ringen verbinden, die den Rand der Hauptstange umgeben.
Der Nachteil von Master-Slave-Gestängen besteht jedoch darin, dass der Hub des Nehmerkolbens etwas größer ist als der des Geberkolbens, was die Vibrationen im V-Motor verstärkt.
5. Pleuel gießen
Hersteller bevorzugen gegossene Stangen, weil sie die Last eines Serienmotors bewältigen können. Sie erfordern niedrige Produktionskosten und können nicht in Anwendungen mit hoher Pferdestärke verwendet werden. Gegossene Stäbe haben in der Mitte eine auffällige Naht, die sie vom geschmiedeten Typ trennt.
6. Billet-Pleuelstangen
Billet-Pleuel sind aus Stahl oder Aluminium konstruiert. Im Vergleich zu anderen Pleuelstangen sind sie leichter, stärker und haben eine längere Lebensdauer. Sie werden üblicherweise in Hochgeschwindigkeitsfahrzeugen verwendet und sind manchmal so ausgelegt, dass sie Spannungserhöhungen reduzieren und sich in die natürliche Maserung des Knüppelmaterials einpassen.
7. Angetriebene Pleuel aus Metall
Pleuelstangen aus Power Metal sind eine geeignete Wahl für Hersteller. Eine Metallpulvermischung wird in die Form gepresst und auf eine hohe Temperatur erhitzt, um eine feste Form zu erzeugen.
Das Produkt erfordert möglicherweise eine leichte Bearbeitung, aber es kommt aus einer Form für ein fertiges Produkt. Pleuel aus Pulvermetall sind weniger kostspielig als Stahl und stärker als gegossene Pleuel.
Fehler der Pleuel
Einer der häufigsten Fehler einer Pleuelstange ist Ermüdung. Dies geschieht aufgrund der kontinuierlichen Kompression und Streckung der Stange während des Motorbetriebs, was schließlich zu Verschleiß führt, bis die Stange bricht. Mangelndes Motoröl und Schmutz im Motor können dieses Problem ebenfalls verschlimmern.
Motoröl-Spezifikationen: Was müssen Sie wissen?
Hydrolock ist ein zweiter möglicher Fehler und tritt auf, wenn Wasser in den Kolbenraum eindringt und eine Verformung der Pleuelstange verursacht. Dies kann passieren, wenn Fahrzeuge über überschwemmte Straßen fahren. Wenn zu viel Wasser in den Zylinder eindringt, kann der Funke dazu führen, dass die Stange kippt oder bricht, was zu erheblichen Schäden führt.
Überdrehen ist eine andere Art von Fehler und tritt auf, wenn der Drehzahlmesser eine rote Farbe anzeigt, was darauf hinweist, dass die Position der Pleuelstange gefährdet ist – die Kräfte, denen die Pleuelstange standhalten muss, nehmen bei höheren Drehzahlen dramatisch zu, was zum Ausfall führen kann.
Schließlich kann ein Stiftversagen auch einen katastrophalen Motorausfall verursachen. Bei Beschädigung des Kolbenbolzens wandert das Pleuel in den Motorblock. Dies kann zu starkem Leistungsverlust führen und der Motor kann sofort stoppen. Der Motor kann manchmal überleben, aber auch ein Totalausfall ist möglich.