Nockenwellen

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Nockenwelle und Nockenwellenrad

Seriennockenwellen für Typ 1 - Motoren

Wichtig: Bei der Angabe von Ventilsteuerzeiten ist das zugehörige Ventilspiel anzugeben. Wegen der einfacheren Meßbarkeit werden die Steuerzeiten i.d.R. bei einem Ventilspiel von 1 mm und nicht bei dem Betriebsspiel von 0,15 mm angegeben. Bei 1 mm Ventilspiel entstehen größere Öffnungswinkel und Ventilüberschneidungen als bei 0,15 mm.

Kennwerte der Nockenwelle des 1200 cm³ Motors bis Mitte 1963 bei 1,0 mm Ventilspiel (Quelle /6/):

Kennwerte der Nockenwelle des 1200 cm³ Motors ab Mitte 1963 bei 1,0 mm Ventilspiel (Quelle /6/):

Öffnungswinkel Einl. in °KW	Überschneidung in °KW	Einlaß öffnet	Einlaß schließt	Auslaß öffnet	Auslaß schließt
221° 30'	9°	6° v. UT	35° 30' n. UT	42° 30' v. UT	3° n. OT

Die Motoren mit 1300, 1500 und 1600 cm³ Hubraum haben die gleiche Nockenwelle, wie der 1200er Motor, jedoch eine größere Untersetzung der Kipphebel (1 : 1,5), d.h. mehr Ventilhub. Die folgende Tabelle zeigt die Kennwerte der Nockenwelle des 1600 cm³ Motors bei 1,0 mm Ventilspiel (Quelle /6/):
 

Öffnungswinkel Einl. in °KW	Überschneidung in °KW	Einlaß öffnet	Einlaß schließt	Auslaß öffnet	Auslaß schließt
224° 30'	11° 30'	7° 30' v. UT	37° n. UT	44° 30' v. UT	4° n. OT

Im Vergleich dazu sind in der nächsten Tabelle die ie Werte des 1,6l-Motors bei 0,1 mm Ventilspiel gezeigt (Quelle /5/). Alle Steuerzeiten nehmen größere Zahlenwerte an als bei 1 mm Ventilspiel.
 

Die Ventilhübe betragen beim 1600er Motor für das Serien-Einlaßventil 9,0 mm und für das Auslaßventil 8,6 mm. Ab August 1971 wurde die Befestigung des Nockenwellenrades von 3-Punkt- auf 4-Punkt-Befestigung umgestellt. Wenn die Zahnräder der Ölpumpe 21mm breit sind, dann handelt es sich um eine Pumpe für eine für 3-Punkt-Nockenwelle.

Ventildiagramm bei 0,1 mm Ventilspiel: Auslaßventil offen (gelb und grün), Einlaßventil offen (grün und blau) Ventilüberschneidung (grün) EÖ: Einlaß öffnet ES: Einlaß schließt AÖ: Auslaß öffnet AS: Auslaß schließt OT:oberer Totpunkt UT: unterer Totpunkt

Drehzahlfestigkeit des Ventiltriebes
Die maximale Drehzahl der Boxermotoren - und damit die Leistung - ist wesentlich durch das Konzept der untenliegenden Nockenwelle mit Stoßstangen begrenzt. Eine Untersuchung von Daimler Benz /1/ ergibt eine Verkleinerung der Eigenfrequenz des Ventiltriebs um 33% gegenüber einem Ventieltrieb mit obenliegender Nockenwelle und Hydrostößeln.
 

Elastische Formänderung bei Ventilkraft 1000 N bezogen auf Nockenwelle	untenliegende Nockenwelle Stoßstangen und Kipphebel	obenliegende Nockenwelle mit Hydrostößeln
Nockenwellenlager	0,0032	0,0032
Nockenwelle	0,0247	0,0247
Stoßstange	0,0528	---
Kipphebel	0,0454	---
Kipphebelachse	0,0217	---
Kipphebelbock	0,0026	---
Summe	0,1504	0,0279
Steifigkeit in N/mm	6650	3584
Eigenfrequenz in Hz	650	1965
Eigenfrequenz bei  Motordrehzahl 1/min	2042	6173
Eigenfrequenz in %	33,1	100

Man erkennt, daß die größten Steifigkeitsverluste in den Stoßstangen und Kipphebeln zu finden sind.

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Tuningnockenwellen für Typ 1 - Motoren

Die Tuningnockenwellen unterscheiden sich durch den Ventilöffnungswinkel und -hub von den Seriennockenwellen. Nockenwellen mit großen Öffnungswinkel und Hub steigern die Motorleistung im oberen Drehzahlbereich. Sie erhöhen aber auch die Ungleichförmigkeit des Leerlaufs durch einen hohen Restgasanteil im Zylinder (große Ventilüberschneidung). Natürlich steigen auch die Kosten mit zunehmender Tuningstufe. Für den Straßengebrauch empfielt daher einen Öffnungswinkel von maximal 290° bei maximal 10 mm Hub. Die Steuerzeiten werden i. A. bei 1 mm Ventilspiel angegeben. Folgende Nockenwellen der Hersteller Schrick, Schleicher /4/, Engle /4/ und /7/, Bugpack usw. sind bei Typ 1-Motoren gebräuchlich:
 

Die Nockenwellenöffnungswinkel wurden bei 0,1 mm Ventilspiel ermittelt. Die Tabelle zeigt eine Auswahl von Nockenwellenprofilen. Auf dem Markt sind viele weitere Nockenwellen, meist amerikanischen Ursprungs und umgeschliffene Nockenwellen erhältlich. Ebneso wird der Ventilhub oft in Inch (Zoll) angegeben (Umrechnung: 1inch = 25,4 mm).

Die Befestigung des Nockenwellenrades bei Tuningnockenwellen wird meist als 3-Punktbefestigung ausgeführt. Bei Einbau der "scharfen" Nockenwellen über 10 mm Hub ist es erforderlich, Ventilstößel mit breitem Fuß oder gebläute Ventilstößel sowie eine verstärkte Ölpumpe bis Bj. 07/71 mit 3-Bolzenbefestigung zu verwenden. Die Angabe der Kosten und die Motorempfehlung versteht sich als Richtwert und erfolgt ohne Gewähr.

Als Grenzwert für die Flächenpressung der Nocken wird nach /2/ ein  Wert von 600 bis 750 N/mm² angegeben. Daraus leitet sich die Steilheit der Nocken und der Kuppenradius ab. Bei zu "spitz" umgeschliffenen Nockenwellen kann es zu Verschleißproblemen kommen. Die Ventile von Motoren mit Kipphebeln können mit einer Beschleunigung von über 6000 m/s² (obenliegende Nockenwelle, als Vergleichswert) und 2000 m/s² (untenliegende Nockenwelle) bewegt werden.

Zusammenfassung der Eigenschaften von Nockenwellen:
 

Literatur

/1/ Prof. Dr.-Ing. G. Hohenberg, Vorlesung Verbrennungskraftmaschinen, TU Darmstadt
/2/ R. Bosch BmbH, Kraftfahrtechnisches Taschenbuch, 22. Auflage
/3/ Bugbits (Gary)
/4/ Katalog Boxer Shop, A. Seemeier, Hilpoltstein
/5/ Th. Decker, VW Käfer Tuning in Theorie und Praxis, Band I, ACB Verlag
/6/ G. Hack: Jetzt mache ich ihn schneller, Motor Buch Verlag Stuttgart
/7/ Engle Racing Cams 1621 12th Street Santa Monica CA 90404 USA, Tel. USA 310-450-0806

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