Hubkolbenmotor
Ein Hubkolbenmotor ist ein Motor, der die Volumenänderung eines Gases in eine Drehbewegung umsetzt. thumb|Abb.1: Schemazeichnung einer Hubkolbenmaschine
| Inhaltsverzeichnis |
Funktionsprinzip
Die Ausdehnung des Gases in einem Zylinder verrichtet Arbeit an einem Kolben, die durch eine Pleuelstange auf die Kurbelwelle übertragen wird. So wird die oszillierende Bewegung des Kolbens in eine Drehbewegung umgesetzt (Abb. 1).
Beispiele für Hubkolbenmotoren sind:
- der Verbrennungsmotor
- als Dieselmotor
- als Ottomotor
- die Wärmekraftmaschine Stirlingmotor,
- der Dampfmotor
- der Druckluftmotor
Massenkräfte
In Folge der Hubbewegung der Kolben und Pleuel sowie infolge des ungleichförmigen Übertragungsverhaltens des Kurbeltriebs treten Massenkräfte auf, die sich in den Motorlagern abstützen und benachbarte Strukturen zu Schwingungen anregen. Die Massenkräfte lassen sich in Massenkräfte 1. und 2. Ordnung einteilen.
Massenausgleich
Massenkräfte 1. Ordnung können bei Reihenmotoren durch eine geschickte Anordnung der Zylinder vermieden werden. thumb|Abb.2: Lanchester-Ausgleich Bei V-Motoren kommen Ausgleichsmassen zum Einsatz, die an der Kurbelwelle angebracht sind. Diese ermöglichen i.d.R. nur einen Teilausgleich der Massenkräfte. Um Massenkräfte 2. Ordnung auszugleichen, kommen häufig Ausgleichswellen zum Einsatz, auf denen entsprechende Ausgleichsunwuchten mit doppelter Kurbelwellen-Drehzahl umlaufen (z.B. Lanchester-Ausgleich (Abb.2)).
Drehungleichförmigkeit
Da Hubkolbenmotoren nicht wie z.B. Turbinen kontinuierlich laufen, sondern einen in verschiedene Takte aufgeteilten Kreisprozess durchlaufen, kommt es an der Kurbelwelle zu einer Drehzahl- und Momentenpulsation, die um einen stationären Mittelwert schwankt (Abb. 3). thumb|Abb.3: Momentenpulsation und Drehungleichförmigkeit
Die Form der Drehunförmigkeit wird bestimmt durch die Geometrie und Massen der Motorbauteile, dem Druckverlauf im Zylinder sowie dem Arbeitsverfahren (Zweitakt- bzw. Viertaktverfahren) sowie dem Betriebspunkt (Last / Drehzahl) des Motors. Der Nebenantrieb der Nockenwelle und der Sekundärantrieb von Nebenaggregaten können ebenfalls einen Einfluss haben.
Diese sog. Drehungleichförmigkeit ist die Ursache für Torsions-Schwingungen im nachgeschalteten Antriebsstrang. Um diese auszugleichen, kommen Zweimassenschwungräder oder Torsionsschwingungs-Tilger bzw. -Dämpfer zum Einsatz.