Das Newtonmeter ist die SI-Einheit (Internationales Einheitensystem von französisch Système international d’unités) für
die vektorielle Größe Drehmoment eines Motors.
Newton steht dabei für die Kraft und Meter für die Länge des Hebelarms.
Nach den Formatierungsregeln des internationalen Einheitensystems müssen die beiden Einheitenzeichen N und m stets durch
einen Zwischenraum oder einen Multiplikationspunkt getrennt werden. Die Reihenfolge der Faktoren soll nicht vertauscht
werden, um eine Verwechselung mit mN = Millinewton auszuschließen.
Eine Nockenwelle ist ein Maschinenelement in Form eines Stabes (= „die Welle“), auf dem mindestens ein gerundeter
Vorsprung (= „der Nocken“) angebracht ist. Die Welle dreht sich um die eigene Achse, durch den oder die auf ihr
angebrachten Nocken wird diese Drehbewegung wiederholt in eine kurze Längsbewegung umgewandelt. In Standardbauweise
verlaufen die Nockenkonturen parallel zur Nockenwelle, es sind jedoch auch „angeschrägte Nocken“ realisiert worden.
Die Nockenwelle wird in Nockenschaltern und Steuerungen, hauptsächlich jedoch in Hubkolbenmotoren (Verbrennungsmotor)
verwendet; hier ist sie Teil des Ventiltriebes, sie wird verwendet, um die Ein- und Auslassventile nach konstruktionsmäßigen
Steuerzeiten zu öffnen.
In älteren Einspritzpumpen dienen Nockenwellen auch zur Kraftstoffzumessung zu den einzelnen Saugrohren oder Zylindern.
Geschichte: Die technische Vorrichtung zur Umwandlung rotierender in lineare Bewegungen war schon in
der Antike bekannt. Seit dem 11. Jahrhundert wurde die Nockenwelle in Form von Nocken oder Daumen an verlängerten
Wellbäumen oder Achsen an Mühlrädern gewerblich genutzt. Durch den Druck der Nocken ließen sich Futterstampfen, Hämmer,
Walken und Pochstempel heben, während sie beim Weiterdrehen der Welle niederfielen und ihre Arbeit verrichteten. Nach
dem gleichen Prinzip wurden auch Blasebälge und Sägen betrieben. Die Nockenwelle spielte zu Beginn des Hochmittelalters
eine wichtige Rolle bei der Mechanisierung zahlreicher Gewerbe.
Autor der Animaition: Unbekannt / lt. Wikipedia gemeinfrei
Nockenwellen zur Ventilsteuerung von Hubkolbenmotoren
Auf Nockenwellen von Hubkolbenmotoren gibt es meistens für jedes Ventil einen exzentrischen Nocken, der das Ventil in
die geöffnete Stellung drückt. Wenn der Nocken weiter gedreht ist, schließt sich das Ventil durch die Ventilfeder.
Dabei drückt die Nockenwelle nicht genau auf die Mitte des Ventils, sondern etwas seitlich. Dadurch wird das Ventil
immer leicht gedreht, und es bilden sich keine unregelmäßigen Druckstellen durch den Nocken. Ein Nocken kann auch
mehrere Ventile betätigen; sogar die Betätigung von Einlass- und Auslassventilen durch einen einzigen Nocken je
Zylinder ist realisiert worden, jedoch sind bei solchen Konstruktionen die Steuerzeiten für Einlass und Auslass nicht
unabhängig voneinander wählbar. Ein separater Öffnungs- und Schließnocken je Ventil kann der zwangsläufigen Ventilbetätigung
dienen. Es sind auch Nockenwellen konstruiert worden, die nicht rotieren, sondern nur um weniger als eine volle Umdrehung
hin- und herschwenken.
Bei Viertakt-Motoren in Standardbauweise – mit Ausnahme von Sternmotoren – dreht sich die Nockenwelle mit der halben
Drehzahl der Kurbelwelle, von der sie meist mittels Kettentrieb und Steuerkette oder mittels Zahnriemen, seltener durch
eine sogenannte Königswelle oder einen Zahnrädersatz angetrieben wird. Da die Nockenwelle sich mit halber Geschwindigkeit
gegenüber der Kurbelwelle dreht, ist das Übersetzungsverhältnis der Steuerräder 2:1.
Bei Sternmotoren ist die Nockenwelle koaxial zur Kurbelwelle angeordnet; wegen der etwas anderen Gestaltung – kurz, aber mit
großem Durchmesser – wird sie hier als „Nockentrommel“, „Nockenscheibe“ oder „Nockenring“ bezeichnet. Weil alle Auslass- bzw.
Einlassnocken einer Nockentrommel alle Auslass- bzw. Einlassventile eines Zylindersterns betätigen, ergeben sich hier andere
Drehzahl- und Übersetzungsverhältnisse, siehe Nockentrommel.
In Standardbauweise liegen Nockenwellen parallel zur Kurbelwelle, jedoch sind auch Anordnungen von Nockenwellen, die
senkrecht zur Kurbelwelle „stehen“, realisiert worden, z. B. bei Chater-Lea-Motorrädern und Konstruktionen von Richard Küchen,
etwa für den Zündapp-Motorradprototyp SS 600. Diese Anordnung bietet häufig Anlass zur Verwechslung mit Königswellen.
Beim Pumpe-Düse-Verfahren für Dieselmotoren (Volkswagen-Gruppe und LkW-Motoren) betätigt ein weiterer Nocken je Zylinder den
Kolben der Einspritzpumpe. Der Vorteil ist der sehr hohe mögliche Einspritzdruck im Vergleich zur Einspritzung durch Common
Rail. Gezielte Voreinspritzungen sind bei Pumpe-Düse-Systemen technisch ebenfalls möglich, jedoch aufwändiger zu realisieren.
Nachteilig sind hingegen der sehr hohe Aufwand verbunden mit hohen Kosten und das problematische Package, so dass auch der
VW-Konzern als ursprünglicher Verfechter des Systems auf Common-Rail-Einspritzung umgeschwenkt ist. Vorteile des
Common-Rail-Systems (eingeführt ursprünglich durch Fiat bzw. Alfa Romeo, mittlerweile von fast allen großen Automobilproduzenten
übernommen) sind hingegen die Optimierung des Verbrennungsprozesses und der Motorlaufeigenschaften sowie die wesentlich
geringeren Partikelemissionen.
Zwischen Nocken und Ventil befindet sich entweder ein Stößel oder ein Kipp- oder Schlepphebel, um die Seitenkräfte von
der Stoßstange (bei untenliegenden Nockenwellen) oder dem Ventilschaft fernzuhalten. Durch Nockenwellenversteller können
die Zeitpunkte für das Öffnen und Schließen der Ventile während des laufenden Betriebes an den Leistungsbedarf angepasst
werden. Damit können Leistung und Drehmoment gesteigert und im Teillastbereich der Verbrauch gesenkt werden.
Nockenwellenversteller verdrehen die gesamte Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle.
Alle oszillierenden (hin und her bewegten) Bauelemente müssen bewegt werden, kosten Leistung und erhöhen die Massenkräfte.
Wenn man die Nockenwelle direkt über den Ventilen einbaut (obenliegende Nockenwelle) und für jede Ventilreihe eine eigene
Nockenwelle verwendet (doppelte obenliegende Nockenwelle/DOHC), kann die Anzahl der oszillierenden Bauteile reduziert
werden, die Massenkräfte werden geringer, und eine höhere Drehzahl ist möglich.
Bei Berechnung, Auslegung und Fertigung von Nockensteuerungen müssen Kompromisse eingegangen werden: Zum Einen möchte man
das Ventil für einen guten Gasdurchsatz weit öffnen; dies aber erhöht die im Umlauf entstehenden Kräfte auf den Ventiltrieb,
auch muss eine Kollision des Ventils mit dem Kolben vermieden werden. Zum anderen möchte man für hohen Gasdurchsatz ein
Ventil lange (über einen großen Winkel pro Umlauf) geöffnet halten; es muss aber andererseits noch Gelegenheit zur
Verdichtung vorhanden sein.
All die gegenseitigen Einflüsse setzen der Variation von Nockenkurven (Konstruktion, Tuning oder „Umschleifen“) zur
Leistungserhöhung enge Grenzen. Ein Motor mit hin zu hoher Leistung geänderten („getunten“) Nockenparametern wird eine
höhere Leerlaufdrehzahl benötigen, sein maximales Drehmoment ist zu höheren Drehzahlen verschoben, er wird unruhiger
laufen und mehr verbrauchen. Das früher öfter praktizierte Umschleifen der Nockenprofile ist heute nicht mehr üblich,
für gängige Motoren beschafft man sich heutzutage eher eine spezielle Nockenwelle zur Leistungserhöhung.