Fachartikel

Nord-Süddeutsche Kooperation ermöglicht Motortrick

Wirkt ein Kolben über zwei Pleuelstangen auf zwei Kurbelwellen, hat dies Vorteile – ist aber nicht ganz einfach zu realisieren. Es setzt vor allem Präzisionsarbeit an einem entscheidenden Bauteil voraus: Dieses Teil wird beim weltweit ersten Turbodiesel-Außenbordmotor mit Doppelkurbelwellen-Technologie (50 PS, mehr als 100 Newtonmeter Drehmoment) im Feinguss hergestellt.

Bild: Komplette Antriebseinheit im Boot, Foto: TEKA

Doch zunächst nochmal einen Schritt zurück: Verbrennungsmotoren erreichen optimale Eigenschaften nur als Kompromiss: Viele Zylinder mit eher kleinen Kolben bedeuten große Laufruhe, aber wenig Kompaktheit. Große Kolben erlauben kompakte Aggregate, erfordern aber ein besonderes Augenmerk auf dem Ausgleich von Massen- und Drehmomenten. Laufruhe und relative Vibrationsfreiheit sind gerade im professionellen Einsatz wichtig; hat der Bootsführer doch über die Ruderpinne im Wortsinne den ganzen Tag die Hand am Motor.

Im Zweizylinder Dtorque111 der Neander Shark GmbH gibt jeder der beiden Kolben die Kraft an zwei Pleuelstangen weiter, die wiederum jeweils an einer Kurbelwelle angebunden sind. Um die Gleichförmigkeit im Lauf zu garantieren, sind die gegenläufig drehenden Kurbelwellen über eine Verzahnung miteinander verbunden. Damit arbeitet der Motor so laufruhig wie gewünscht – aber das im Motorenbau schon lange bekannte Prinzip hat seine Tücken.

Die größte Herausforderung: Die fertigungstechnisch unvermeidbaren Toleranzen der miteinander verbundenen Komponenten (Kurbelwellen, Pleuel, Kolben …) bzw. die Lage der Teile zueinander: Schon Abweichungen von ein paar Hundertstel Millimetern von der Ideallage führen dazu, dass der Kolben in der Bohrung verkippt. Die Folge ist erhöhter Verschleiß – bis hin zum Kolbenfresser. Eine Schlüsselrolle für die langfristige Betriebssicherheit des Motors und für dessen zuverlässige Serienfertigung spielt der Ausgleich der Fertigungstoleranzen.

Da die Fertigungstoleranzen in der Serie nicht zu vermeiden sind, muss das Verkippen des Kolbens anderweitig verhindert werden. Die maschinenbautechnische Lösung dieser Herausforderung ist ein zusätzliches Lager im Kolben, das die Bewegung des stark geschränkten Kurbeltriebs aufnimmt und so für einen verschleißarmen Lauf des Kolbens im Zylinder sorgt. Dieses zusätzliche Lager, bei Neander Shark „Spaceball“ genannt, ist hochbelastet und muss über eine kalkulierte Betriebsdauer von 10 000 Stunden Kräften widerstehen, die in der Spitze einer Druckbelastung von 160 bar entsprechen.

Die weiteren Anforderungen für den Spaceball waren schnell bestimmt: Nachdem die beiden Kolben, bedingt durch das zusätzliche Lager, ohnehin bereits länger und schwerer ausfielen als bei einer konventionellen Ein-Kurbelwellen- Lösung sollte das zusätzliche Teil möglichst leicht und natürlich gleichzeitig steif sein und damit in der Lage, die entstehenden Druckkräfte ohne Schäden aufzunehmen. Und dies bei ungünstiger Mangelschmierung, denn ein kontinuierlicher Öldruck ist an dieser Stelle nicht zu gewährleisten. Bald war klar: Keine der üblichen Aluminiumlegierungen wäre in der Lage, diese Dauerbelastung zu überstehen. Für diese Aufgabe kam nur ein Teil aus Stahl in Frage.

Tom Weber/Stephan Strohbücker


Download des Gesamtbeitrages


pdf-Datei aus "GIESSEREI" Heft 7-8/2020 Seiten 80-83
© BDG, Düsseldorf
Die Datei ist ausschließlich zur persönlichen Nutzung bestimmt, das Einstellen ins Internet und jegliche andere Art der Verbreitung, insbesondere eine Nutzung zu Werbezwecken, ist nicht gestattet.


Bundesverband der Deutschen Gießerei-Industrie, Redaktion kug.bdguss.de 2020 ®