Pleuel: Welche Funktion hat es?
Pleuel ist ein mechanisches Teil, das den Kolben mit der Kurbelwelle verbindet und für die Kraftübertragung zwischen Kolben und Kurbelwelle sorgt. Ein Teil der Pleuelstange ist am Kolben befestigt, während der andere Teil an der Kurbelwelle befestigt ist.
Dieser Artikel beleuchtet die Funktion des Pleuels und mögliche Fehler. Darüber hinaus gehen wir kurz auf den Aufbau ein und erwähnen die häufigsten Probleme bei Pleueln und deren Lösungen.
Inhalt
Funktionen der Pleuelstange
Die Pleuelstange ist ein wesentlicher Bestandteil jedes 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 entscheidende Funktion, da die Pleuelstange stark genug sein muss, um dem Druck der Verbrennungsgase im Zylinder standzuhalten, der erheblich sein kann.
Motorkolben: Wie funktionieren sie?
Eine weitere wichtige Funktion der Pleuelstange besteht darin, die freie Bewegung des Kolbens im Zylinder zu ermöglichen. Die Pleuelstange muss sich leichtgängig und ohne Behinderung bewegen lassen, da jeder Widerstand oder jede Behinderung zu Fehlfunktionen oder sogar zum Ausfall des Motors führen kann.
Pleuel gehören zu den am stärksten beanspruchten Teilen des Motors und müssen die Kräfte aufnehmen, die die Kolben beim Auf- und Abbewegen erzeugen. Zu diesen Kräften gehören der Druck der Verbrennungsgase und der Aufprall des Kolbens auf den Zylinderkopf.
Die Pleuelstange muss Folgendes aushalten:
- Hohe Temperaturen
- Hoher Druck
- Trägheitskräfte des Eigengewichts
- Die Trägheitskräfte der Kolben
Die Pleuelstange muss diesen Kräften standhalten, ohne zu brechen oder sich zu verformen. Aus diesem Grund bestehen sie meist aus geschmiedetem Stahl oder sehr starken und gleichzeitig leichten Legierungen. Allerdings unterscheiden sich die Materialien, aus denen die Pleuel bestehen, je nach Motortyp.
Pleuelmaterial
Die Pleuel müssen einen hohen Arbeitswiderstand aufweisen, da sie im Laufe der Lebensdauer des Verbrennungsmotors mehrere zehn bis hundert Millionen Hübe ausführen. Allerdings steht die Lebensdauer der im Motorsport eingesetzten Pleuel 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 Pleuel. Es hält hohen Belastungen und Kräften im Motorbetrieb stand und wird häufig in Hochleistungs- und Schwerlastmotoren eingesetzt.
- Aluminium ist ein leichtes Material mit guter Wärmeleitfähigkeit. Es kann Wärme schnell ableiten und das Risiko eines Motorschadens durch Überhitzung verringern. Aluminiumpleuel werden häufig in hochdrehenden Motoren 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 Massenmotoren weniger verbreitet ist.
Im Motorsport verwendete Pleuel bestehen aus einer Aluminium- oder Titanlegierung. Der Vorteil von Pleueln aus einer Aluminiumlegierung ist ihr geringeres Gewicht, wodurch die Trägheitskräfte reduziert werden und dadurch höhere Motordrehzahlen erreicht werden können.
Der Nachteil ist die kurze Lebensdauer solcher Pleuel. Titanlegierungen sind solide und leicht, aber dieses Material ist teuer und empfindlich gegenüber Oberflächenschäden.
Teile der Pleuelstange
Das Bild unten zeigt den Aufbau der Pleuelstange, enthält aber auch einen Kolben. Da der Kolben jedoch nicht Teil der Pleuelstange ist, denken Sie über die Konstruktion einer Pleuelstange ohne Kolben nach.
1. Stabkörper
Der Hauptteil der Pleuelstange ist der Stangenkörper, der typischerweise aus robustem und langlebigem Stahl besteht. Es hat eine zylindrische Form mit abgerundeten Enden und ist speziell darauf ausgelegt, den Belastungen und Kräften standzuhalten, die beim Motorbetrieb 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 Stabkörper verbindet das große und das kleine Ende und ist so konzipiert, dass er relativ zueinander schwenken und rotieren kann.
3. Handgelenk-/Kolbenbolzen
Der Kolbenbolzen, auch Kolbenbolzen oder Kolbenbolzen genannt, ist ein kleines zylindrisches Bauteil, das am Kolben befestigt wird und in das kleine Ende der Pleuelstange hineinragt. Der Kolbenbolzen ermöglicht es der Pleuelstange, sich relativ zum Kolben zu drehen und zu drehen, wenn sich die Kurbelwelle dreht.
4. Kurbelzapfen
Der Kurbelzapfen ist ein zylindrisches Bauteil, das an der Kurbelwelle befestigt wird und bis in das große Ende der Pleuelstange reicht. Der Kurbelzapfen ermöglicht es der Pleuelstange, relativ zur Kurbelwelle zu schwenken und zu rotieren, während sich der Kolben im Zylinder auf und ab bewegt.
5. Lagereinsätze
Pleuelstangen haben normalerweise sowohl am großen als auch am kleinen Ende Lager, 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 für Wartungs- oder Reparaturzwecke leicht zerlegt und wieder zusammengebaut werden können. Diese Schrauben und Muttern können aus verschiedenen Materialien bestehen, beispielsweise aus Stahl oder einer Legierung.
Arten von Pleueln
- Glatte Stangen
- Gabel- und Messerstangen
- Geschmiedete Stangen
- Haupt- und Nebenstangen
- Gussstangen
- Knüppelstangen
- Angetriebene Metallpleuel
1. Glatte Stangen
Glatte Pleuelstangen werden üblicherweise in Reihen- und Gegenmotoren verwendet. Sie haben ein einfaches Design mit einem großen Ende, das am Kurbelzapfen befestigt ist und mit einem Lagerdeckel ausgestattet ist.
Der Lagerdeckel wird mit einer Schraube oder einem Bolzen am Ende der Pleuelstange befestigt. Der Austausch der Pleuelstange im gleichen Zylinder und in der gleichen relativen Position ist wichtig, um den richtigen Sitz und die richtige Balance zu gewährleisten.
2. Gabel- und Messerstangen
V-Twin-Motorrad- und V12-Flugzeugmotoren verwenden üblicherweise Gabel- und Blattpleuel. Jedes Motorzylinderpaar verfügt über 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 Kippmoment, das auftritt, wenn die Zylinderpaare zusammen mit der Kurbelwelle ausgewuchtet werden. Bei der Pleuellager-Anordnung verfügt die Gabelstange über eine einzige breite Lagerhülse, die sich über die gesamte Stangenbreite einschließlich des Mittelspalts erstreckt.
Die Messerstange verläuft außerhalb dieser Hülse und nicht auf dem Kurbelzapfen. Dadurch bewegen sich die beiden Stangen hin und her, wodurch die Kraft auf das Lager und die Oberflächengeschwindigkeit verringert werden. Dennoch bewegt sich die Lagergeschwindigkeit hin und her, anstatt sich kontinuierlich zu drehen, was ein erhebliches Problem für die Schmierung darstellen kann.
3. Geschmiedete Stangen
Einige Pleuel werden durch Schmieden hergestellt, wobei ein Materialkorn in die gewünschte Form gebracht wird. Das Material kann je nach geforderten Eigenschaften eine Stahllegierung oder Aluminium sein.
Üblicherweise werden Chrom- und Nickellegierungsstähle verwendet, die die Festigkeit der Pleuelstange erhöhen. Das Endprodukt ist nicht auf Sprödigkeit ausgelegt, was es zu einer langlebigen Motoroption macht.
4. Master- und Slave-Ruten
Sternmotoren verwenden typischerweise Master-Slave-Pleuelstangen. 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-Stangen besteht jedoch darin, dass der Hub des Slave-Kolbens etwas größer ist als der des Master-Kolbens, was die Vibration im V-Motor erhöht.
5. Gussstangen
Hersteller bevorzugen Gussstangen, da diese der Belastung eines Serienmotors standhalten können. Sie erfordern niedrige Produktionskosten und können nicht für Anwendungen mit hoher Leistung eingesetzt werden. Gussstangen haben eine auffällige Naht in der Mitte, die sie von den geschmiedeten Stangen trennt.
6. Billet-Stangen
Billet-Pleuel bestehen aus Stahl oder Aluminium. Im Vergleich zu anderen Pleueln sind sie leichter, stärker und haben eine längere Lebensdauer. Sie werden häufig in Hochgeschwindigkeitsfahrzeugen verwendet und sind manchmal so konzipiert, dass sie Spannungsanstiege reduzieren und sich in die natürliche Maserung des Knüppelmaterials einfügen.
7. Angetriebene Metallpleuel
Für Hersteller sind Pleuel aus Power Metal eine geeignete Wahl. 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, wird jedoch aus einer fertigen Produktform hergestellt. Pleuel aus Pulvermetall sind kostengünstiger als Stahl und stabiler als Gussstangen.
Fehler der Pleuelstangen
Einer der häufigsten Fehler einer Pleuelstange ist Ermüdung. Dies geschieht durch die kontinuierliche Kompression und Dehnung der Stange während des Motorbetriebs, was schließlich zu Verschleiß führt, bis die Stange bricht. Auch ein Mangel an Motoröl und Schmutz im Motor können dieses Problem verschlimmern.
Motorölklassifizierung erklärt
Hydrolock ist ein zweiter möglicher Fehler und tritt auf, wenn Wasser in die Kolbenkammer eindringt und eine Verformung der Pleuelstange verursacht. Dies kann passieren, wenn Fahrzeuge über überflutete 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 führen kann.
Überdrehen ist eine weitere Fehlerart 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 zu einem Ausfall führen kann.
Schließlich kann ein Pin-Fehler auch zu einem katastrophalen Motorschaden führen. Bei einer Beschädigung des Kolbenbolzens wandert die Pleuelstange in den Motorblock. Dies kann zu einem starken Leistungsverlust führen und der Motor kann sofort stoppen. Manchmal überlebt der Motor, aber auch ein Totalausfall ist möglich.