KIM I Kapitel 1: Kurbelwelle

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Author:
toebber
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278898
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KIM I Kapitel 1: Kurbelwelle
Updated:
2014-07-17 02:18:39
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KIM
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KIM I Kapitel 1: Kurbelwelle
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  1. Wieviele Kurbelwellen-Hauptlager besitzt ein moderner Sechszylinder-Motor als V-Motor und als Boxermotor?
    • Anzahl der Hauptlager moderner:
    • V6 -> 4
    • R6 -> 7
    • B6 -> 4 optional 7
  2. Wo liegen die Vor- und Nachteile eines rollengelagerten Kurbeltriebs?
    • Wälzlagerung
    • Vorteile: geringe Verluste, Wartungsfrei
    • Nachteile: Stabilität, Komfort (Geräusch) -> "Rattern", Konstruktive Umsetzung
  3. Wieviele Kurbelwellenhauptlager besitzt ein 9-Zylinder-Sternmotor?
    2 (-> abgelenkter Kurbeltrieb, angelenkte Pleuelstangen)
  4. Was versteht man unter dem Twisten von Kurbelwellen? Bei welchen Motoren ist dieses Verfahren notwendig?
    • - Kurbelwelle schmieden
    • - Kurbelzapfen mit großer Kraft in die richtige Position drehen (Twisten)
    • - dadurch wird der richtige Zündabstand erreicht

    Das Verfahren wird Beispielsweise beim V-Motor angewendet
  5. Was versteht man unter "einteiligen" und "mehrteiligen" Kurbelwellen? Wo sind die jeweiligen Vor- und Nachteile der Varianten und wo werden diese eingesetzt?
    • Einteilige Kurbelwelle: werden in einem Stück gegossen (kleine Ottomotoren mit wenig Last) oder geschmiedet (große Ottomotoren und Dieselmotoren [Gesenkschmieden, Freiformschmieden bei ganz großen Motoren])
    • Mehrteilige Kurbelwelle: aus zwei oder mehr Teilstücken zusammengesetzt (große Motoren z.B. Schiffsdiesel)
  6. Beschreiben sie die Aufgaben der Kurbelwelle, die Beanspruchungen und die geforderten Eigenschaften des Bauteils.
    • Aufgaben: Umwandlung gradliniger Kolbenbewegung in Drehbewegung; Aufnahme der Pleuelkräfte -> Umwandlung in Moment -> Übertragung auf Abtrieb; Antrieb der Nebenaggregate, der Ventilsteuerung und eventuell einer Ausgleichswelle; Aufnahme von Gewichten zum Massenausgleich; Aufnahme Schwungrad und Drehschwingungsdämpf; bestimmt Zündabstand
    • Beanspruchungen: Gas- und Massenkräfte; Dreh- und Biegeschwingungen
    • geforderte Eigenschaften: ausreichende Tragfähigkeit und Schmierung der Lager; gute Laufeigenschaften; hohe Biege- und Torsionssteifigekeit
  7. Welche Verfahren der Kurbelwellenherstellung kennen sie? Wo wird welches Verfahren vorzugsweise verwendet? Gehen sie auf die Vor- und Nachteile der jeweiligen Verfahren ein.
    • Gießen: Otto -> klein, schnelllaufend (+ günstig; - Festigkeit
    • Gesenkschmieden: Diesel (+ Festigkeit; - Kosten, Twisten)
    • Freiformschmieden: Großmotoren (+ Festigkeit; - Kosten, Twisten)
    • aus dem Vollen drehen: (+ Festigkeit; - Kosten, Twisten)
    • Härten: z.B. Nitrierhärten, Einsatzhärten, Brennhärten
  8. Ein Reihen-Vierzylinder-Motor kann 3, 4 oder 5 Hauptlager aufweisen. Wo liegen die Vorteile bzw. Nachteile im Vergleich zur 5-fach gelagerten Variante?
    • Vorteile von mehr Hauptlagern: größere Laufruhe; resistenter gegenüber Biegebeanspruchung (-> erhöhte Stützwirkung); weniger Lagerverschleiß
    • Nachteil von mehr Hauptlagern: erhöhter Platzbedarf; erhöhte Reibung; erhöhter Aufwand zur Ölversorgung
  9. Was versteht man unter "Überdeckung"? Nutzen sie zur Erläuterung eine Skizze. Was sind die Vor- und Nachteile einer großen Überdeckung?
    • Überdeckung -> Überdeckung von Kurbelzapfen und Hauptlagerzapfen
    • Vorteil: erhöhte Steifigkeit
    • Nachteil: je mehr Überdeckung desto kleiner der Kolbenhub
  10. Skizzieren sie schematisch die Verformung der Kurbelwelle am Beispiel einer Kröpfung unter dem Einfluss der Gaskraft und der Massenkraft. Welchen Einfluss hat die Verformung auf die Lagerung der Kurbelwelle?
    • Einfluss der Verformung auf die Lagerung:
  11. Was versteht man unter Schwungradflattern? Welche schädigende Wirkung geht hiervon aus?
    • Schwungrad führt Biegeschwingungen aus -> zusätzliche Biegebeanspruchung der Kurbelwelle und hochfrequente Lagerbelastungen
  12. Wie wirkt sich Schwungradflattern auf die Schmierung der Hauptlager aus?
    hochfrequente ungleichmäßige Lagerbelastung
  13. Skizzieren sie die Kurbelwelle eines Vierzylinder-Motors. Wie ist seine Zündfolge? welche Massenkräfte treten auf? Wie können diese ausgeglichen werden?
    • Zündfolge: 1 - 3 - 4 - 2 oder 1 - 2 - 4 - 3 
    • Massenkräfte 1. Ordnung: kein Problem 
    • Massenkräfte 2. Ordnung: problematisch 
    • -> Einfluss auf Staudruck -> 2 gegenläufig zur Kurbelwelle, mit doppelter Drehzahl laufende Ausgleichswellen
  14. Skizzieren und erläutern sie die übliche Variante der Ölversorgung von den Haupt- und Pleuellagern einer Kurbelwelle. Kennen sie weitere Systeme zur Ölversorgung der Lager?
    • Schmierung der Hauptlager durch das Motorgehäuse -> Öl aus den Hauptlagern fließt mit Hilfe der Zentripetalkraft durch die Ölbohrungen zu den Pleuellagern

    Weitere Systeme: Öl über axiale Druckleitung in der Kurbelwelle -> Problem (Kurbelwelle dreht sich, der Ölzulauf nicht -> schleifende Dichtung mit kurzer Labensdauer) -> aber Pleuel- und Hauptlager mit definiertem Öldruck in allen Lebenslagen (-> Renneinsatz)
  15. Was versteht man unter einer gebauten Kurbelwelle? Wo werden diese sinnvollerweise verwendet?
    • mehrteilige Kurbelwelle die z.B. über Schraubverbindungen oder Zusammenschrumpfen zusammengebaut wird
    • -> dadurch wird eine Wälzlagerung möglich
    • -> sehr große Kurbelwellen (Schiffsdiesel -> zusammenschrumpfen)
  16. Skizzieren sie eine Kurbelwelle für einen 4-Zylindermotor mit dreifacher Hauptlagerung. Geben sie die wesentlichen Begriffe zur Kurbelwelle an und ordnen sie diese der jeweiligen Bauteilkomponente zu. Stellen sie gestrichelt die Ölversorgung dar.
  17. Warum werden bei der Kurbelwelle Drehschwingungsdämpfer benötigt? Wie sind diese verbaut? Welche Varianten kennen sie?
    Drehschwingungsdämpfer werden benötigt um die Drehschwingungen der Kurbelwelle zu dämpfen, sodass diese weder den Antrieb der Nebenaggregate noch die Ventilsteuerung beeinflusst.

    • Torsionsschwingungsdämpfer: 
    • - Gummischwingungsdämpfer -> Schwingmasse -> Gummi -> Kurbelwelle (Materialdämpfung Gummi)
    • - Viskositätsdämpfer -> Sekundärmasse im Silikonöl -> Relativbewegung -> Schubspannung im Öl
    • Reibschwingungsdämpfer:
    • - Sekundärmasse über federnde Reibkupplung verbunden -> Kupplungsrutschen -> Schwingungsabbau
  18. In der folgenden Darstellung finden sie zwei unterschiedliche schematische Darstellungen einer 2-Zylinder-Viertakt-Kurbelwelle.

    Diskutieren sie die beiden Varianten unter des Gesichtspunkten Massenkräfte und Zündabstand. Welche der beiden Varianten wird bevorzugt?
    • Variante A:
    • Zündabstand gleichmäßig (360°)
    • Freie Massenkräfte erster und zweiter Ordnung

    • Variante B:
    • Zündzeitpunkt ungleichmäßig (180° - 540°)
    • Massenkräfte erster Ordnung ausgeglichen, zweiter Ordnung nicht (Aber die Massenmomente)

    bevorzugt wird Variante A mit gleichem Zündabstand mit Ausgleichswelle für Massenkräfte erster Ordnung
  19. Skizzieren sie die Kurbelwelle eines 2-Zylinder-Viertakt-Motors mit gleichmäßiger Zündfolge. Was ist der Nachteil einer solchen Anordnung? Welche Möglichkeiten gibt es diese Nachteile zu kompensieren?
    • Nachteile: Massenkräfte erster und zweiter Ordnung
    • Kompensation: Gegengewichte an Kurbelwange; Ausgleichswelle (Rotation entgegen der Kurbelwelle); Pleuel (zusätzlich) -> Ausgleichsschwingungen
  20. Aus welchen Ursachen können Kurbelwellenbrüche resultieren?
    • Kurbelwellenunwucht durch Verwechselung von Gewichten
    • Falsche / unpassende Schwungscheibe / Schwingungsdämpfer
    • Motorüberdrehung (verschalten)
    • Wasserschlag
    • Falsche anzugsmomente bei Hauptlagerschrauben / -muttern
  21. Skizzieren sie schematisch die Kurbelwelle eines 8-Zylinder V90-Motors
    a) bei einer Leistungsorientierten Auslegung
    b) bei einer Komfort-Auslegung
  22. Skizzieren sie eine
    a) 180°-V-Motor-Kurbelwelle
    b) Boxer-Motor-Kurbelwelle
    Wo liegen die jeweiligen Vor- und Nachteile der beiden Motorkonzepte?

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