Automobiltechnisches Handbuch [18. neu bearb. Aufl. 1965. Reprint 2018] 9783110829426, 9783110027129

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AUTOMOBIL-INDUSTRIE

Fachausgabe

für die gesamte

Automobil-Herstellung

Die ständige Erforschung neuer Verfahren und Fertigungsmethoden zwingen sowohl die Konstrukteure, Fertlgungs- und Organisationsleiter als auch die Einkäufer in der Automobil-Wirtschaft zur stets aktuellen fachlichen Unterrichtung. Diese fachpublizistische, Informatorische Aufgabe erfüllen mit der A U T O M O B I L - l N D U S T R I E unter der Federführung von Herrn Prof. Dr.-Ing. Karl Kollmann namhafte Experten der Branche. Sie behandeln stets hochaktuelle Themen von weittragender technischer und wirtschaftlicher Bedeutung. Betriebliche und außerbetriebliche Fachleute In Europa und Übersee gewinnen dadurch neue wertvolle Erkenntnisse auf dem gesamten Gebiet der Automobilfertigung. Die Zusammenfassungen des deutschen Textes in Englisch und Französisch — einschließlich Sachund Inserentenverzeichnis — fundieren ihre europäische Aufgabenstellung. Durch ihre Sonderstellung und Bewertung in der internationalen Fachwelt ist sie auch ein aussagestarker, moderner Angebotsträger, mit meinungsbildender einkaufsentscheidender Funktion. Die A U T O M O B I L - I N D U S T R I E erscheint Jährlich dreimal, N r . 1 im April, N r . 2 Im September, N r . 3 im Dezember. Bezugspreis: Einzelheft 7,50 D M , Abonnement 1 8 , - D M (3 Hefte)

HANS BORNEMANN

Kraft • Wärme • Licht Das neuzeitliche Handbuch für Starkstromtechniker Herausgegeben von Baurat i. R . H A N S B O R N E M A N N , unter Mitwirkung von H A N S B Ö C K E R , A L O I S Ö S T E R R E I C H E R , T H . S C H M U L L I U S , FRANZ BÖSCHEN, W E R N E R R I E B E L u n d H . STOLZENBERG

Groß-Oktav. XII, 741 Seiten. Mit 82 Tafeln und 1214 Abbildungen im Text. Mit 11 Beilagen und 79 Tafeln im Anhang. 1957. Ganzleinen DM64,— Anhand zahlreicher Beispiele, die zu dem hohen didaktischen Wert des Buches wesentlich beitragen, werden die mannigfaltigen Methoden zur Berechnung vermaschigter Netze erläutert. Die Fülle des dargebotenen Stoffes, das reiche Bildmaterial und die Hinweise auf die in der Fachliteratur zerstreuten Arbeiten, machen das vorliegende Werk zu einem vorzüglichen Lehrbuch und Nachschlagewerk. Bulletin des Schweiz, elektrotechn. Vereins M. S I E G E R I S T — R. F O E L L M E R — G. L A N G H E I N R I C H

Die neuzeitliche Vorkalkulation für die spangebende Fertigung im Maschinenbau

10., völlig neubearbeitete Auflage in Übereinstimmung mit demREFAGedankengut. Mit 58 Bildern, 72 Tafeln für Zeitnormen und Zerspanungsrichtwerte und 104 durchgerechneten Beispielen aus der Praxis Groß-Oktav. XII, 242 Seiten. 1963. Plastikeinband DM 28,— . . . entspricht dem neuesten Stand der Technik. Es haut auf nach den neuen REFA-Grundbegriffen, berücksichtigt die Modernisierung und größere Leistungsfähigkeit unserer Werkzeugmaschinen und Werkzeugstoffe und vergißt auch nicht die neuentwickelten Fertigungsverfahren, für die es bis vor kurzem noch keine Kalkulationsunterlagen gab. Wer kalkulieren und die REFA-Sprache lernen will, sollte dieses Buch studieren. Allg. Schlosser- u. Maschinenbauer-Zeitung HANS-W. S C H L E I D E N

Tabellenbuch zur Umrechnung metrischer Maße in englische Maße Tables for the Conversion metric system of measurement to the British System Oktav. VIII, 298 Seiten. 1961. Plastikeinband DM 38 — Es wird hier ein neues Tabellenwerk vorgelegt, dessen Berechtigung darin zu sehen ist, daß jetzt sämtliche Werte beider Systeme von 1 bis 1000 aufgeführt und sofort ablesbar sind. Mit diesem umfassenden Zahlenwerk wird der Umgang mit dem anglo-amerikanischen Maßsystem wesentlich erleichtert, zumal das praktische 31 teilige Daumenregister ein rasches Auffinden der gewünschten Umrechnungsgruppe ermöglicht. Maschinen und Werkzeug

TECHNISCHER VERLAG HERBERT CRAM • BERLIN 30

BUSSIEN

Automobiltechnisches Handbuch A C H T Z E H N T E VÖLLIG N E U B E A R B E I T E T E AUFLAGE

H E R A U S G E G E B E N VON

DR. R E R . T E C H N . GUSTAV GOLDBECK DIPL.-ING.

M I T Ü B E R 2500 A B B I L D U N G E N U N D T A F E L N

E R S T E R BAND

T E C H N I S C H E R V E R L A G H E R B E R T CRAM B E R L I N 1965

Copyright 1965 by Technischer Verlag Herbert Cram, Berlin Printed in Germany Alle Rechte der Übersetzung, des Nachdruckes, äer Anfertigung von Photokopien und Mikrofilmen, auch auszugsweise, vorbehalten Satz und Druck: Walter de Gruyter & Co., Berlin 30

Vorwort Das 1913 von Ernst Valentin aus einem älteren „Automobiltechn. Kalender" entwickelte und von Richard Bussien seit 1921 in acht Auflagen weitergeführte Automobiltechnische Handbuch erscheint nunmehr in 18. Auflage. Durch hohe Sachkenntnis und umsichtige Arbeit des Herausgebers ist „der Bussien" zum unentbehrlichen und geschätzten Freund des Automobilingenieurs geworden. Auf dieses Ansehen des Werkes konnte sich der Unterzeichnete bei der Vorbereitung der neuen Auflage stützen. Bewährte Mitarbeiter stellten sich wieder in den Dienst des Buches, neue wurden gewonnen. Ihnen gilt der Dank des Verlages und des Herausgebers wie auch den Firmen, die Zeichnungen und Bilder überlassen haben. Bei der heutigen großen beruflichen Beanspruchung in der Industrie war die Niederschrift der Beiträge nicht selten ein persönliches Opfer, die lange Vorbereitungszeit für die Herausgabe erklärt sich nicht zuletzt hieraus. Um so mehr sind Bereitschaft und Verständnis der Autoren zu würdigen, die Wissen und Arbeitskraft gaben. Der Kraftwagen in all seinen Teilen und sein Einsatz in der Praxis sind wie bisher Gegenstände des Handbuches. Nachdem die durch den Krieg erzwungene Unterbrechung in der Entwicklung der Motoren und Fahrgestelle überwunden war, galt die Arbeit in Konstruktion und Forschung der Vertiefung wissenschaftlicher Erkenntnisse und Methoden und ihrer Anwendung. Umwälzende Neuerungen sind heute selten, und doch werden auf vielen Gebieten in langwieriger Entwicklung neue Wege gewonnen. So stellen die Autoren Bekanntes und Neues nach dem heutigen Stande unserer Wissenschaft dar. Möge das Handbuch auch mit dieser neuen Auflage nützlicher Ratgeber des Ingenieurs am Reißbrett, in Forschung und Fertigung bleiben. Köln-Deutz, im August 1964

Dr. Gustav Goldbeck

Mitarbeiter B a l s t e r , Heinz W., Dr. Ing. Düsseldorf, Ruhrstahl AG

2.241

B e c k e r , Horst, Dipl.-Ing. Berlin, Techn. Universität

3.8

C h r o s c i e l , Karl, Dipl.-Ing. Düsseldorf, Zentrale für Gußverwertung

2.242

D a u s i n g e r , Franz Stuttgart, Robert Bosch GmbH

2.31

D e r n d i n g e r , Hans-Otto, Dr. Ing. Stuttgart, Daimler-Benz AG

2.2 2.411

D i e t z s c h , Walter Kurt, Ing. Stuttgart, Süddeutsche Kühlerfabrik Julius Fr. Behr

3.423

D ü c k , Gerhard, Dipl.-Ing. Burscheid, Goetzewerke AG

2.233

E c k e r t , Rolf, Dipl.-Ing. Köln, Klöckner-Humboldt-Deutz AG

2.32

E i s e l e , Erwin, Dr. Ing. Professor Stuttgart, Daimler-Benz AG

4

E n g e l s , Hans Reiner, Dr. Ing. Stuttgart, Daimler-Benz AG

3.411

E r z , Karl, Dr. Ing. Ulm, Klöckner-Humboldt-Deutz AG

3.412

F e i l e r , Georg, Ing. Schweinfurt, SKF-Kugellagerfabriken GmbH

3.31

F i a l a , Emst, Prof. Dr. Ing. Berlin, Technische Universität

3.421

F a u n e r , Wilhelm E., Dr. Ing. Professor Berlin, Technische Universität

3.8

VI

Mitarbeiter

F r a n k , Willi, Obering. Stuttgart, Süddeutsche Külilerfabrik Julius Fr. Behr

2.34

F r a n k e , Rudolf, Dr. Ing. habil. Professor Darmstadt, Techn. Hochschule

3.6

F r e n z e l , Manfred, Dipl.-Ing. Burscheid, Goetzewerke AG

2.32

F r e s e , Fritz, Dipl.-Ing. Essen, Fried. Krupp, Kraftwagenfabrik

2.422.1

F u c h s , Anton, Ing. Schweinfurt, Fichtel u. Sachs AG

2.422.2

G l a g o w , Rudolf, Dipl.-Ing. Berlin, Techn. Universität

3.8

G o l d b e c k , Gustav, Dr. rer. techn. Köln, Klöckner-Humboldt-Deutz AG

1

H a g e n , Karl, Dr. Ing. Ludwigshafen, Bad. Anilin- und Sodafabriken AG

2.243

H a h n , Heinz-W., Dr. Ing. Hannover, Rheinstahl-Hanomag AG

2.231

H a a s e , Hermann, Dipl.-Ing. Hannover, Continental Gummi-Werke AG

3.52

H a m m e r s t e i n , Albert, Dipl.-Ing. Stuttgart, Robert Bosch AG

3.38

H a r m u t h , Harry, Dipl.-Ing. Schweinfurt, Fichtel u. Sachs AG

3.34

H o m o l a , Fritz, Dipl.-Ing. Oberursel, Klöckner-Humboldt-Deutz

2.8

H o r n , Werner, Dr. Ing. Köln-Dellbrück

2.421

H u b e r , Eugen W., Dr. Ing. Professor München, Institut f ü r Motorenbau

2.33

J a h n , Martin, Dr. Ing. Dresden, Technische Universität

3.37

J a n t e , Alfred, Professor Dresden, Technische Universität

3.1 3.37

Mitarbeiter

VII

K e c k , Karl F., Obering. Stuttgart, A. Wentzky KG

3.33

K o l b , Werner, Dipl.-Ing. Mannheim, Motoren-Werke Mannheim AG

2.54

L ä n g e , Walter, Dr. Ing. Köln, Ford-Werke AG

3.36

L ö h n e r , K u r t , Dr. Ing. Professor Braunschweig, Technische Hochschule

2.1

M a i e r , Albert, Dr. Ing. E. h. Friedrichshafen, Zahnradfabrik Friedrichshafen AG

3.32

M a r q u a r d , Erich, Dr. Ing. Professor a. D. Düsseldorf

3.2

M a r t i n , Herbert, Dr. Ing. Esslingen, J . Eberspächer

2.53

M a u s e r , Hans, Obering. Ludwigsburg, Filterwerk Mann u. Hummel GmbH

2.51

M e i e r , Alfred, Dr. Ing. Stuttgart, Mahle KG

2.232

M ü l l e r , Herbert, Dr. Ing. Braunschweig, Techn. Hochschule

2.1

M ü l l e r , Reinhard, Dr. Ing. Köln, Klöckner-Humboldt-Deutz AG

2.35

M o l l y , Hans, Dipl.-Ing. Malsch b. Karlsruhe

3.7

O t t o , Heinz, Dipl.-Ing. Rüsselsheim, Adam Opel AG

3.353

P a s c h k e , Hanns-Dieter, Dipl.-Ing. Neckarsulm, NSU Motorenwerke AG

2.7

P f l e g h a a r , Anton, Dipl.-Ing. Mannheim, Motoren-Werke Mannheim AG

2.54

P i e t s c h , Paul, Obering. Einbeck, Arnold u. Stolzenberg GmbH

2.235

R e i n e c k e , Walter, Obering. Essen, Gelenkwellenbau GmbH

3.351

VIII

Mitarbeiter

S a u t t e r , Wolfgang, Dipl.-Ing. Wiehl, Berg. Achsenfabrik Fr. Kotz u. Söhne

3.353

S c h m a c h t e n b e r g , Helmut, Dr. Ing. Köln, Techn. tjberwachungsverein

5.1

S e i d e l , Günter H., Dipl.-Ing. Bochum, Aral AG

2.6

S u t o r , Kurt, Obering. Solingen, Kronprinz AG

3.51

S t r a u c h m a n n , Rudolf, Dipl.-Ing. Braunschweig, Büssing Automobilwerke AG

3.422

T e u c h e r , Siegfried, Dr. techn. Dipl.-Ing. Neu-UIm, Reinz Dichtungsgesellschaft m. b. II.

2.234

T h ü n g e n , Hubert Frh. v., Dipl.-Ing. Friedrichshafen, Zahnradfabrik Friedrichshafen AG

3.32

U l b r i c h , Gerhard, Ing. Stuttgart, Robert Bosch GmbH

2.52

V e i l , Wolfgang, Dr. Ing. Stuttgart, Süddeutsche Kühlerfabrik Julius Fr. Behr

3.423

W a l d m a n n , Hans, Dipl.-Ing. Bochum, Aral AG

2.6

W i e l a n d , Otmar, Ing. Ludwigshafen, Bad. Anilin- und Sodafabriken AG

2.243

W e r m i n g h o f f , Erich, Dipl.-Ing. Neuss, Deutsche Vergaser GmbH

2.233

Z a h n , Ernst, Dipl.-Ing. Köln, Verband öff. Verkehrsbetriebe

5.3

Gliederung Band I : Motorenbau Seite

1. Das Kraftfahrzeug in Vergangenheit und Gegenwart

Dr. Gustav Goldbeck

1

2. Verbrennungsmotor Prof. Dr. K u r t Löhner Dr. Herbert Müller

27

2.1

Theoretische Grundlagen

2.2

Konstruktion

2.21

Entwurfsgrundlagen

Dr. Hans-Otto Derndinger

97

2.22

Ausführung

Dr. Hans-Otto Derndinger

116

2.23

Ausgewählte Bauelemente des Motors

2.231

Gleitlager und ihre Schmierung

Dr. Heinz W. Hahn

186

2.232

Kolben

Dr. Alfred Meier

237

2.233

Kolbenringe

Dipl.-Ing. Gerhard Dück

253

2.234

Zylinderkopfdichtungen

Dr. Siegfried Teucher

265

2.235

Kettengetriebe

Obering. Paul Pietscli

277

2.24

Ausgewählte Werkstoffe für den Motor

2.241

Eisen und Stahl

2.242 2.243

2.3

Zündung, Kraftstoffeinbringung, Kühlung

Dr. Heinz W. Balster

307

Gußwerkstoffe

Dipl.-Ing. Karl Chrosciel

332

Kunststoffe

Dr. K a r l Hagen und Ing. Otmar Wieland

358

2.31

Elektrische Zündung

Ing. Franz Dausinger

400

2.32

Vergaser, Kraftstoffhaltung und -Förderung

Dipl.-Ing. Manfred Frenzel, Dipl.-Ing. E . Wenninghof!, überarbeitet von Dipl.-Ing. Rolf Eckert

451

2.33

Kraftstoffeinspritzung für Diesel- und Otto-Motoren

Prof. Dr. E . W. Huber

499

Gliederung Seite

2.34

Flüssigkeits-Kühlung und Kühler

Obering. Willi Frank

2.35

Luftkühlung

Dr. Reinhard Müller

2.4

Beschreibung ausgeführter Bauarten

526 550

2.41

Otto-Motoren

2.411

Viertaktmotoren

Dr. Hans-Otto Derndinger

646

2.412

Zweitaktmotoren

Ing. Anton Fuchs

682

2.42

Dieselmotoren

2.421

Viertaktmotoren

Dr. Werner Horn

695

2.422

Zweitaktmotoren

2.422, 1 Motoren f. Lastkraftwagen Dipl.-Ing. Fritz Frese

757

2.422. 2 Kleindieselmotoren

789

Ing. Anton Fuchs

2.5

Hilfseinrichtungen

2.51

Filter für Luft, Kraftstoff Obering. Hans Mauser und Schmiermittel

2.52

Elektrische Anlage für den Motor

Ing. Gerhard Ulbrich

814

2.53

Auspuffschalldämpfung, Geräuschquellen und Geräuschmessung

Dr. Herbert Martin

864

2.54

Einrichtungen zur Spülung und Aufladung

Dipl.-Ing. Anton Pfleghaar, Dipl.-Ing. Werner Kolb

897

2.6

Kraft- und Schmierstoffe

Dir. Dipl.-Ing. Hans Waldmann, Dipl.-Ing. Günter H. Seidel

953

2.7

Rotationskolbenmotoren

Dipl.-Ing. Paschke

1082

2.8

Gasturbinen für Kraftfahrzeuge

Dipl.-Ing. Fritz Homola

1095

Band II: Fahrzeugbau

793

Anmerkung zum Gebrauch der Einheiten für Kraft und Masse im Handbuch

Während die Beiträge zum Handbuch niedergeschrieben wurden, beriet der Deutsche Normenausschuß die Neufassung des DINBlattes 1305 „Maßeinheiten". Die Mitarbeiter haben daher die Empfehlungen dieser Norm noch nicht benutzen können und teilweise wie bisher für Kraft und Masse (Gewicht) die Einheit kg, teils für den Begriff Kraft die Einheit kp verwandt. Diese grundsätzlich unerwünschte Verschiedenheit war nicht mehr auszugleichen, sachliche Mißverständnisse dürften aber nicht auftreten. Der Herausgeber

1

Das Kraftfahrzeug in Vergangenheit und Gegenwart Dr. G u s t a v G o l d b e c k

1 11 12 2 21 22 23 3 31 311 312 312.1 312.2 313 314 315 316 32 321 322 323 324 33 331 332

Kurze Übersicht über die Entwicklungsgeschichte des Motors und des Kraftwagens Motoren Fahrzeuge Das Kraftfahrzeug der Gegenwart Motoren Fahrgestell Produktion Begriffe und Normen Motoren Arbeitsverfahren Verbrennungsverfahren Otto-Motor Dieselmotor Zweitaktmotor Konstruktive Ausführung Leistungen Kennzeichnung des Motors Fahrgestell Abmessungen Gewichte Kennzeichnung der Fahrgestelle Verschiedenes Betrieb Geschwindigkeit, Beschleunigung, Fahrbereich Ermittlung des Kraftstoffverbrauchs

I

Kurze Übersicht über die Entwicklungsgeschichte des Motors und des Kraftwagens

II

Motoren

Verfolgt man die Geschichte des Verbrennungsmotors bis zu den allerersten Anfängen, so kommt man zu den Versuchen des französischen Geistlichen Jean Hautefeuille und des niederländischen Gelehrten Christian Huygens, die unabhängig voneinander versucht hatten, die Explosion von Pulver zur Bewegung eines Kolbens oder zur Erzeugung einer Luftleere zu benutzen, um damit Wasser zu fördern (1673—1678). Vorangegangen waren die Experimente und die Theorie von Otto von Guericke, der erstmals in Magdeburg den Druck der atmosphärischen Luft nachgewiesen und gezeigt hatte, daß man aus geschlossenen Behältern die Luft durch Pumpen entfernen könne. Aus leicht verständlichen Gründen (rascher Druckanstieg, hohe Spitzendrücke und -temperaturen) blieb die Anwendung von Pulver als motorische Kraft für die Praxis undurchführbar. Das 18. Jahrhundert gehört der Entwicklung der Dampfmaschine. Doch schon um die Wende zum 19. Jahrhundert tauchen in England und Frankreich neue Ideen für Verbrennungsmotoren auf. Barber schlägt in England 1791 eine Verbrennungsturbine vor, und Lebon legt in einem französischen Patent 1804 die prinzipiell richtige Anordnung eines Gasmotors nieder, bei dem das Leucht1

A T H I, 1 8 . A u f l .

2

Gustav Goldbeck

1

gas und die Verbrennungsluft durch getrennte Pumpen in eine Verbrennungskammer gedrückt und hier entzündet werden. Obwohl seit Ende des 18. Jahrhunderts das Leuchtgas als bequemer Kraftstoff zur Verfügung steht, dauerte es doch noch ein halbes Jahrhundert, bis eine wirklich brauchbare Gasmaschine entstand. Zwar finden sich in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts in England, Frankreich und Italien und auch in Deutschland zahlreiche Konstrukteure, die betriebsfähige aber nicht betriebssichere Maschinen bauen: Samuel Brown in England (1828), Barsanti undMattcucci, Florenz (1850—1864), Reithmann in München (1852), um nur einige Namen zu nennen. Erst zwei französischen Ingenieuren gelang es, unabhängig voneinander brauchbare Motoren zu bauen. Der Direktor der Pariser Gasanstalt, Pierre Hugon, arbeitete seit 1858 an einer Gasmaschine, die zwar betriebssicher lief, aber den hohen Ansprüchen des Konstrukteurs lange nicht genügte, so daß er dann erst damit an die Öffentlichkeit trat, als J . E. Lenoir 1860 seine Gasmaschine vorführte. Der Lenoir-Motor ähnelt äußerlich und verfahrensmäßig der bewährten Dampfmaschine. In einem liegenden Zylinder saugt ein Kolben auf der ersten Hälfte seines Hubes zunächst Luft, dann Gas an. Etwa in Zylindermitte entzündet ein elektrischer Funke das nicht verdichtete Gemisch und treibt den Kolben bis zum Hubende. Der Rückgang des Kolbens schiebt die verbrannten Gase aus dem Zylinder, während auf der anderen Seite sich das Arbeitsspiel gleichzeitig vollzieht. Die Maschine erregte großes Aufsehen, erfüllte aber die von ihr erweckten Hoffnungen nicht. Der Gasverbrauch war sehr hoch, rund 3 m 3 /PSeh, die Steuerungsschieber wurden durch die hohen Temperaturen der Auspuffgase sehr heiß und verlangten reichlich Schmierung, und überdies lief die Maschine unter Belastung keineswegs so stoßfrei wie von ihr zunächst berichtet worden war, größere Leistungen als etwa 4 PS waren daher nicht möglich. Eine unvorhergesehene aber um so nachhaltigere Wirkung hatten die Berichte über den Lenoir-Motor auf den in Köln lebenden Kaufmann N. A. Otto. Im Vertrauen auf die Betriebssicherheit dieses Motors faßte er den Gedanken, einen Vergaser für kohlenwasserstoffhaltige Flüssigkeiten, insbesondere für Spiritus, zu konstruieren, um den Motor von der Gasanstalt unabhängig zu machen, damit er von den Gewerbetreibenden auch in den kleinen Städten benutzt und vielleicht auch zur Konstruktion eines motorgetriebenen Fahrzeuges verwandt werden könne. Das Patentgesuch an das Preußische Handelsministerium wurde abgeschlagen, da die Vergasung von Kraftstoffen bekannt und bereits praktisch erprobt war. < Jetzt begann N. A. Otto mit einem selbst entworfenen Motor, System Lenoir, zu experimentieren. Hierbei entdeckte er den Wert der Vorkompression, dadurch wurde er zum Viertaktverfahren geführt. Anfang 1862 erprobte er seinen ersten Viertaktmotor, den er als Vier-Zylinder-Boxermotor gebaut hatte. Da er jedoch das Verbrennungsverfahren nicht beherrschte, konnte er auf die Dauer keinen sicheren Betrieb erzielen, so daß er nach einigen Monaten die Hoffnung aufgab, einen direkt wirkenden Motor bauen zu können. Aber er gab nicht den Gedanken an einen GasMotor überhaupt auf. Als Ausweg konstruierte er einen atmosphärischen Motor, bei dem die Explosion den Kolben in die Höhe wirft. Die Kolbenstange ist während des Hubes von der Hauptwelle des Motors losgelöst. Durch die rasche Abkühlung des verbrannten Gases entsteht unter dem Kolben ein Raum geringeren Druckes. Die äußere Luft drückt dann den Kolben langsam wieder in den stehenden Zylinder hinein, und erst bei diesem Abwärtsgang leistet der Motor Arbeit, jetzt ist die gezahnte Kolbenstange durch ein Klemmgesperre mit der Motorwelle verbunden.

1

D a s K r a f t f a h r z e u g in Vergangenheit u n d Gegenwart

3

Z u r A u s w e r t u n g u n d Vollendung dieser E r f i n d u n g vereinigte er sich 1864 m i t d e m Ingenieur E u g e n L a n g e n . Sie g r ü n d e t e n die G a s k r a f t m a s c h i n e n F a b r i k „ N . A. O t t o & Cie", die S t a m m f i r m a der h e u t i g e n K I ö c k n e r - H u m b o l d t - D e u t z AG. N a c h drei J a h r e n w a r der atmosphärische Motor so betriebssicher, d a ß er in die P r a x i s e i n g e f ü h r t werden k o n n t e . Auf der Weltausstellung in P a r i s w u r d e er m i t der Goldenen Medaille ausgezeichnet, d a er n u r ein D r i t t e l des K r a f t s t o f f e s v e r b r a u c h t e , den der Lenoir-Motor benötigte. D e r Motor f a n d r a s c h V e r b r e i t u n g in der kleinen I n d u s t r i e , 1872 m u ß t e die F i r m a v e r g r ö ß e r t werden. So e n t s t a n d die „ G a s m o t o r e n - F a b r i k D e u t z A G . " , in die Gottlieb Daimler als Direktor f ü r den technischen Betrieb u n d Wilhelm M a y b a c h als K o n s t r u k t e u r b e r u f e n w u r d e n . O t t o a b e r verfolgte t r o t z des Erfolges des a t m o s p h ä r i s c h e n Motors seinen ursprünglichen G e d a n k e n eines Motors m i t V e r d i c h t u n g weiter u n d k a m schließlich zu einem V e r b r e n n u n g s v e r f a h r e n , das d e n stoßfreien Gang seines 1876 k o n s t r u i e r t e n n e u e n V i e r t a k t m o t o r s gewährleistete. Mit diesem V i e r t a k t m o t o r v o n N . A. O t t o , der 1877 in die P r a x i s e i n g e f ü h r t wurde, b e g i n n t die wirkliche Motoren-Technik, alle vorangegangenen Versuche, anderer Erfinder ( B r a y t o n , H o c k , Bisschop) w a r e n e n t w e d e r in den Anf ä n g e n steckengeblieben oder k o n n t e n n u r in kleinen Leistungen g e b a u t werden. Die Leistungen des Otto-Motors steigerten sich rasch auf 20, 60 u n d schließlich 100 P S j e Zylinder. Diese Motoren v e r w a n d t e n als K r a f t stoff das Leuchtgas, d a h i e r m i t die Gemischbildung u n d V e r b r e n n u n g a m leichtesten zu beherrschen w a r e n . Die Z ü n d u n g erfolgte d u r c h eine Gasflammenzündung, eine b r e n n e n d e Gasmenge wird in den Zünder geschleust. Diese Z ü n d u n g war feuergefährlich u n d g e s t a t t e t e d a h e r n i c h t die Verw e n d u n g flüssiger K r a f t s t o f f e . 1884 verwirklichte O t t o eine schon f r ü h e r e r f u n d e n e magnet-elektrische A b r e i ß z ü n d u n g u n d ermöglichte d a m i t d e n B a u v o n Benzin-Motoren. Mit der E n t w i c k l u n g der elektrischen Z ü n d u n g ging die Ausbildung der G l ü h r o h r z ü n d u n g einher, bei der sich das K r a f t stoff-Luftgemisch a n einem v o n a u ß e n beheizten Porzellanröhrehen entzündete. E t w a seit 1880 beginnen zahlreiche Ingenieure u n d F a b r i k e n , den OttoMotor k o n s t r u k t i v n a c h z u b a u e n oder doch das V e r f a h r e n zu b e n u t z e n . I n d e n d a d u r c h hervorgerufenen langwierigen P a t e n t - P r o z e s s e n erwiesen sich die O t t o - P a t e n t e als nicht h a l t b a r . Der A n s p r u c h auf die Viertakt-Arbeitsfolge fiel auf G r u n d einer Veröffentlichung des französischen Ingenieurs B e a u de R o c h a s , der 1862 die Viertakt-Arbeitsfolge beschrieben, aber nicht einen b r a u c h b a r e n Motor angegeben h a t t e . E r wollte das Gas-Luftgemisch bis zur Selbstzündung v e r d i c h t e n u n d h a t keine A n g a b e n ü b e r die V e r b r e n n u n g g e m a c h t . Zu einem p r a k t i s c h e n Versuch ist er nie g e k o m m e n . D e r gelegentlich als Vorerfinder des V i e r t a k t m o t o r s e r w ä h n t e Christian R e i t h m a n n , U h r m a c h e r in München, k o n n t e nicht beweisen, d a ß er einen älteren Motor schon v o r 1876 z u m V i e r t a k t - V e r f a h r e n u m g e b a u t h a t t e . Die A k t e n lassen keinen Zweifel, d a ß dies erst n a c h K e n n t n i s des O t t o Motors geschehen ist. N a c h d e m S t u r z des O t t o - P a t e n t e s w a r die B a h n frei f ü r zahlreiche F a b r i k e n , die sich d e m M o t o r e n b a u z u w a n d t e n . Die Motorentechnik entwickelte sich n u n m e h r in zwei R i c h t u n g e n , dem s t a t i o n ä r e n M o t o r e n b a u u n d d e m Fahrzeugmotorenbau. I m s t a t i o n ä r e n Motorenbau t r a t die V e r w e n d u n g billigerer K r a f t s t o f f e in d e n V o r d e r g r u n d . E s w u r d e n Sauggasanlagen g e b a u t u n d zur V e r w e n d u n g des billigen Hochofengases k o n s t r u i e r t e n mehrere F a b r i k e n Großgasmaschinen bis zu 4000 P S Leistung. W e i t e r h i n richtete sich das B e m ü h e n d a r a u f , a n die Stelle des t e u e r e n Benzins P e t r o l e u m oder Gasöl zu verwenden. H e r b e r t A k r o y d S t u a r t schuf 1892 in E n g l a n d den Glühkopfm o t o r , bei d e m der v o r d e m oberen T o t p u n k t eingespritzte K r a f t s t o f f sich 1*

4

Gustav Goldbeck

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an einem heißen Einsatz entzündete. Ähnliche Absichten verfolgte der deutsche Ingenieur Emil Capitaine. Aber die wirkliche Lösung des Motors für schwere Kraftstoffe gelang erst Rudolf Diesel 1897. Mit Rudolf Diesel tritt zum ersten Male ein im heutigen Sinne wissenschaftlich ausgebildeter Ingenieur au das Motoren-Problem heran, die früheren Erfinder waren, wie z. B. Otto, Lenoir und Barsanti, überhaupt nicht technisch vorgebildet, oder sie haben — wie Daimler — nur kurz eine technische Schule besucht. Diese Herkunft aus der Wissenschaft hat die Gedanken und Versuche Diesels wesenthch bestimmt. Im Kolleg von Professor Linde hatte Diesel schon bei der Behandlung des Carnotschen Kreisprozesses bemerkt, man müsse einmal versuchen, diesen Prozeß zu verwirklichen. Nach glänzend absolviertem Studium war Diesel zunächst als Vertreter für Lindes Eismaschinen in Paris tätig, arbeitete aber privat bereits an einem neuen Wärmemotor, den er mit Ammoniak betreiben wollte. Diese Versuche mußten als aussichtslos schließlich aufgegeben werden. Doch Diesel verlor nicht die Hoffnung, einen besseren Wärmemotor zu schaffen, als es der Otto-Motor und die Dampfmaschine waren. E r glaubte, man könne die Luft im Motor-Zylinder adiabatisch auf etwa 300° verdichten, in die dabei erhitzte Luft wollte er Kraftstoff, u. a. Kohlenstaub, einbringen, dessen Verbrennung dann so langsam vor sich gehen solle, daß der Druck längs einer Isotherme abnehme. Diesen Gedanken ließ er sich mit D R P 67207 schützen. Er versuchte, eine namhafte Firma zum B a u seines Motors zu bewegen. Deutz, wohin er sich zuerst wandte, lehnte ab, da Eugen Langen die Anwendung so hoher Drücke für utopisch hielt. Diesel veröffentlichte seine Berechnungen und Projekte in einer Broschüre „Theorie einer rationellen Wärmemaschine". Auf Grund dieser Schrift gelang es ihm, den Leiter der Maschinenfabrik Augsburg AG., Heinrich Buz, für den B a u eines Versuchsmotors zu gewinnen, die Firma Krupp trat dem Abkommen bei. Während der Ausarbeitung der Pläne für den Versuchsmotor hatte Diesel inzwischen erkannt, daß die verbleibende Arbeitsfläche des theoretischen Diagramms so klein sein würde, daß der Motor, wenn er überhaupt laufen würde, keine Nutzarbeit abgeben könne. Diesel änderte seinen Entwurf und sah Kompressionsdrücke von etwa 30 atü vor. Nach mühevollen Versuchen und mannigfachen Veränderungen zeigte der Diesel-Motor am 15. 1. 1897 einen überraschend guten Wirkungsgrad. Auf der VDI-Hauptversammlung in Kassel 1897 berichtete Professor Schröter begeistert über seine Messungen, die einen Wirkungsgrad von 30% ergeben hatten. Mehrere Firmen Deutschlands — u. a. die Gasmotorenfabrik Deutz — und im Ausland nahmen Lizenz, und auf der Kraftmaschinen-Ausstellung in München 1898 wurden erstmals drei verschiedene Diesel-Motoren der Öffentlichkeit gezeigt. Die inzwischen mit der Maschinenbaugesellschaft Nürnberg zur MAN vereinigte Maschinenfabrik Augsburg erlebte schwere Rückschläge, die Deutz zur vorübergehenden Einstellung des Diesel-Motorenbaues veranlaßten. E s gelang jedoch, allen Schwierigkeiten Herr zu werden, in Augsburg unter Immanuel Lauster. E s war Diesel nicht gelungen, den Kraftstoff unmittelbar einzuführen, er hatte die Lufteinblasung zur Hilfe nehmen müssen. Dadurch war der Diesel-Motor auf das Gebiet höherer Leistungen abgedrängt, da sich bei kleinen Diesel-Motoren der Kompressor als unwirtschaftlich erwies. Der Gasmotorenfabrik Deutz, die 1907 den Diesel-Motorenbau wieder aufgenommen hatte, war besonders an kleinen Diesel-Motoren gelegen, da der Kleinmotor für Landwirtschaft und Gewerbe das Hauptarbeitsgebiet des Werkes war. Zwar baute man auch einen kleinen liegenden Motor mit Lufteinblasung, aber schon 1908 wurde Prosper L'Orange beauftragt, einen Ölmotor ohne Lufteinblasung zu bauen. Bei seinen Versuchen fand L'Orange den getrennten Brennraum, die Vorstufe der späteren Vorkammer.

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Das Kraftfahrzeug in Vergangenheit und Gegenwart

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L'Orange wechselte jedoch Anfang 1909 zur Motorenfabrik Mannheim über. Er erfand hier in Verfolgung seiner in Deutz begonnenen Versuche die Vorkammer, in die der Kraftstoff axial eingespritzt wurde. Größere Hindernisse, auch der bald folgende Krieg, verhinderten die volle Reife dieses Verfahrens, das nach dem ersten Weltkrieg den Diesel-Motorenbau auf eine neue Grundlage stellte. Deutz hatte inzwischen andere Wege gefunden, die Lufteinblasung zu vermeiden. Ausgehend von Versuchen an Motoren von Friedrich Haselwander konstruierte man einen „Verdrängerkolben", d. h. einen Kolben, der mit einem konischen Aufsatz in den verengten Zylinder eintaucht. Hierbei entsteht ein Luftwirbel, der ausreicht, den mit verhältnismäßig geringem Druck durch eine offene Düse eingespritzten Kraftstoff zu verwirbeln. Dieser erste kompressorlose Diesel-Motor kam 1912 auf den Markt. In England hatten Vickers etwa gleichzeitig für Großmotoren die luftlose Einspritzung, wenn auch noch nicht befriedigend, gelöst. Nach dem ersten Weltkrieg führte Jonas Hesselmann in Schweden und unabhängig von ihm Deutz 1921 die direkte Einspritzung mit einem hoch belasteten Nadelventil ein. Deutz hatte durch einen halbkugelförmig ausgenommenen Kolbenboden eine günstige Gemischbildung erreicht und Hesselmann förderte die Luftwirbelung durch einen Schirm auf dem Einlaßventil. Damit war der kompressorlose Diesel-Motor geschaffen, der sich seit etwa 1930 überall durchsetzte. L'Orange entwickelte sein Vorkammerverfahren zur Reife für kleinere Motoren, und die Motorenwerke Mannheim brachten 1922 das „Motorpferd" heraus, den ersten Diesel-Schlepper. Die Vorkammer ermöglichte den Bau von schnellaufenden Dieselmotoren, die für Lastwagen verwandt werden konnten. Fast gleichzeitig bringen mehrere deutsche Firmen 1924/25 solche Motoren heraus. Für FahrzeugMotoren werden dann auch andere Verbrennungs-Verfahren entwickelt: Luftspeicher (MAN, Lanova-Henschel), Wirbelkammer (Oberhänsli, L'Orange, Ricardo). Die Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg legte später den Luftspeicher in den Kolben. Aus diesem Hohlkolben-Verfahren entwickelte Meurer nach dem zweiten Weltkriege ein günstiges Verbrennungs-Verfahren mit niedrigem Kraftstoff-Verbrauch und guter Laufruhe. Die unmittelbare Einspritzung verlangt bei schnellaufenden Motoren kleinen Zylinderdurchmessers besondere Sorgfalt der Durchwirbelung von Kraftstoff und Luft. Die Fahrzeug-Dieselmotoren der Firma Saurer erreichen dies durch Verwendung von vier Ventilen und eine zweckmäßig geformte Ausnehmung in der Mitte des Kolbens. Hugo Junkers erreichte eine gute Gemischbildung durch sein Gegenkolbenverfahren, das für Kraftwagen in einer organisch aufgebauten Baureihe von der Kraftwagenfabrik Fried. Krupp vor dem Krieg mit Erfolg angewandt wurde. Da sich diese Bauart nicht zu höheren Drehzahlen entwickeln läßt, geht Krupp nach dem zweiten Weltkriege zum gleichstromgespülten Zweitakt-Motor mit Ventil-Spülung über. Vor dem Kriege war Krupp auch führend im Bau von luftgekühlten Lastwagen-Motoren, zunächst Otto-Motoren, dann Diesel-Motoren in Boxeranordnung. Nach dem zweiten Weltkriege führt Deutz die Entwicklung der Luftkühlung bei Motoren hoher Leistung und Drehzahl fort und bringt mit solchen Motoren die Lastwagen des Werkes Magirus heraus. Diesem Beispiel folgen andere Firmen. Deutschland hatte in den Jahren vor dem zweiten Weltkriege eine führende Stellung im Bau von Fahrzeug-Dieselmotoren errungen, während man im Bau von Otto-Motoren durch die Unterbrechung im ersten Weltkriege den Vorsprung der amerikanischen Industrie einzuholen hatte. Doch während in Amerika, begünstigt durch niedrigen Kraftstoffpreis, Motoren mit großem TTnKranm verwiinn: Argentinien Australien Brasilien Deutschland

BRD DDR

Frankreich Großbritannien Italien Japan Kanada Schweden USA UdSSR

15 228 245

hiervon P K W 11 390 629

136 190 231 651 145 674 2 147 797 66 000 1 204 409 1 464 134 759 145 1 038 474 390 897 131 755 6 652 938 554 400

78 623 182 464 97 557 1 751 889 50 000 987 503 1 003 967 693 695 249 508 327 979 109 853 5 522 019 148 800

Der Gesamtbestand an Kraftfahrzeugen der Welt belief sich Ende 1961 auf rd. 135 Millionen Fahrzeuge.

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Begriffe und Normen

I m Kraftfahrzeugbau sind zahlreiche Begriffe in Gebrauch, die ein gleichmäßiges Verständnis bestimmter Bauelemente und ihrer Funktion sichern. Für zahlreiche dieser Begriffe sind vom Fachnormenausschuß Kraftfahrzeugindustrie des Deutschen Normenausschusses Normen festgelegt.

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Das Kraftfahrzeug in Vergangenheit und Gegenwart

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Die nachstehende Übersicht bringt die wichtigsten teils allgemein gebräuchlichen, teils genormten Begriffe. Im Einzelfall sind die jeweils gültigen Normblätter, zusammengestellt im FAKRA-Handbuch, zu benutzen. 31

Motoren

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Arbeitsverfahren

Viertakt = das Arbeitsspiel nimmt 2 Umdrehungen (4 Kolbenhübe) in Anspruch. Zweitakt = das Arbeitsspiel beansprucht 1 Umdrehung. Ein Arbeitsspiel umfaßt alle Vorgänge im Zylinder, angefangen von einem bestimmten Zustand bis zur nächsten Wiederholung des gleichen Zustandes. 312

Verbrennungsverfahren

312.1 Der Otto-Motor ist durch Verdichtung von Kraftstoff-Luftgemisch und von außen gesteuerte Zündung gekennzeichnet. Unterscheidungsmerkmale der verschiedenen Arten von Otto-Motoren bietet die Bildung des Gemisches, das entweder außerhalb des Motors gebildet wird oder im Motor selbst. Im ersteren Falle saugt der Motor das Gemisch unmittelbar in den Zylinder, gemischansaugender Motor. (Hierbei bleibt unberücksichtigt, ob das Gemisch unmittelbar in den Zylinder gelangt oder zunächst, wie bei Zweitaktmotoren und aufgeladenen Motoren, in eine Ladepumpe.) Der Gasmotor verwendet als Kraftstoff Gas, das entweder unmittelbar gegeben ist (Erdgas und ähnliche Gase) oder in einer Gasbereitungsanlage erstellt wird. Auch die Motoren mit Flüssig-Gas gehören zu den Gasmotoren, da das Flüssig-Gas bei den Zustandsbedingungen der Umgebung gasförmig ist. Der V e r g a s e r m o t o r verwendet flüssigen Kraftstoff, der in einer Mischeinrichtung (Zerstäuber, unzutreffend Vergaser genannt) der angesaugten Luft beigemengt wird. Durch die Strömungsgeschwindigkeit der angesaugten Luft entsteht in einer Düse, die in einem Mischrohr zentral angeordnet ist, ein Unterdruck, durch den der Kraftstoff aus der Düse gesaugt wird. Hierbei und durch eine etwaige Erwärmung des Kraftstoff-Luftgemisches kann ein Teil des Kraftstoffes verdampfen, im wesentlichen entsteht aber ein Gemisch von fein verteilten Kraftstofftröpfchen, Kraftstoffnebel und Kraftstoffdämpfen mit der Luft. Beim E i n s p r i t z - O t t o - M o t o r wird der flüssige Kraftstoff durch eine Einspritzpumpe in die angesaugte Luft gespritzt. Dies geschieht entweder vor dem Einlaßventil in das Ansaugrohr oder nach dem Einlaßventil unmittelbar in den Zylinder zu Beginn des Verdichtungshubes. Einspritz-Otto-Motoren besitzen bessere Regelbarkeit und verbrauchen weniger Kraftstoff, jedoch ist die Einspritzpumpe teurer als der Vergaser. Bei Zweitaktmotoren und Einspritzung in den Zylinder wird Kraftstoff dadurch gespart, daß das Gemisch nicht mit dem Spülstrom in den Auspuff treten kann, da die Einspritzung nach Schluß der Auslaßschlitze erfolgt. 312.2 Der D i e s e l m o t o r verdichtet reine Luft und spritzt den Kraftstoff unter hohem Druck kurz vor dem oberen Totpunkt ein. Er benötigt keine Zündeinrichtung, da durch die Verdichtung bei hohem Verdichtungsverhältnis die Zylinderladung eine solche Temperatur besitzt, daß der Kraftstoff sich unmittelbar entzündet. Die Steuerung des Einspritzzeitpunktes erfolgt durch die Einspritzpumpe selbst, so daß das Einspritzventil nicht mechanisch gesteuert zu werden braucht. Als Einspritzventil dient ein

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hochbelastetes Nadelventil, das sich beim Öffnungsdruck anhebt, so daß der Kraftstoff durch eine oder mehrere Bohrungen der Düse in den Zylinder tritt. Bei Nachlassen des Druckes, was durch entsprechende Ausbildung der Einspritzpumpe schlagartig erfolgt, schließt sich das Einspritzventil plötzlich. Bei Dieselmotoren mit direkter Einspritzung wird der Brennraum allein vom Zylinderkopf und Kolben gebildet. Die Oberfläche des Kolbens und die Unterseite des Zylinderkopfes sind so gestaltet, daß ein günstiges Zusammenwirken von Brennstoffstrahl und Luftladung erreicht wird. Bei schnellaufenden Motoren ist die direkte Einspritzung nur mit besonderen Mitteln zu verwirklichen, z. B. durch zwei Einlaß- und zwei Auslaßventile, die eine Luftwirbelung erzeugen, die für eine innige Mischung sorgt. Zur sicheren Gemischbildung erhalten die meisten schnellaufenden Dieselmotoren einen g e t e i l t e n B r e n n r a u m . In einer vom Verbrennungsraum abgetrennten Kammer werden durch Verbrennung eines Teiles des Kraftstoffes oder durch das Ein- und Ausströmen der verdichteten Luft oder von Verbrennungsgasen Wirbel erzeugt, durch welche der Kraftstoff innig mit der Luftladung gemischt wird. Die Unterschiede zwischen den einzelnen Bauformen sind fließend, in Grenzfällen kann es daher zweifelhaft sein, ob eine Konstruktion zu dieser oder jener Bauart gehört. Die V o r k a m m e r , ein meist gesondert ausgeführter zylindrischer Einsatz im Zylinderkopf, enthält etwa 1 /5 des Verbrennungsraums. Am oberen Ende wird die Vorkammer durch das Einspritzventil abgeschlossen, am unteren Ende ist sie durch einige Ausströmungsbohrungen mit dem Verbrennungsraum verbunden. Ein Teil des eingespritzten Kraftstoffes verbrennt in der Vorkammer. Durch den Druckanstieg wird der unverbrannte Kraftstoff in den Hauptverbrennungsraum geschleudert und hier zur weiteren Verbrennung fein verteilt. Die W i r b e l k a m m e r ist entweder im Zylinderkopf, seitlich am Verbrennungsraum oder im Kolben angeordnet. Durch die eigentümliche Gestalt der Wirbelkammer gerät die bei der Verdichtung einströmende Luft in eine solche Bewegung, daß der eingespritzte Kraftstoff innig mit der Luft vermischt wird. Wird der Kraftstoff nicht in den abgesonderten Teil des Verbrennungsraumes gespritzt, sondern in den Hauptverbrennungsraum, so wird der Nebenraum als Luftspeicher bezeichnet. Ein Teil des Kraftstoffes tritt in den Luftspeicher über und verbrennt dort. Der austretende Gasstrahl trifft mit dem Kraftstoffstrahl so zusammen, daß dieser fein verteilt wird. Unter besonderen Betriebsverhältnissen wird verlangt, in ein und demselben Motor m e h r e r e K r a f t s t o f f a r t e n zu verwenden. Ein Motor üblicher Bauart, der in größerem Umfang kraftstoffunempfindlich ist, wird M e h r s t o f f m o t o r genannt. Wird verlangt, daß ein Dieselmotor verschiedenartige Kraftstoffe, außer Gas, verwenden soll, so spricht man von einem V i e l s t o f f m o t o r . 313

Zweitaktmotoren

Z w e i t a k t m o t o r e n erfordern besondere Vorkehrungen zur Füllung des Zylinders mit Frischluft und zum Austreiben der verbrannten Gase. Die Ladeluft wird von einer Ladepumpe angesaugt und treibt bei dem Eintritt in den Zylinder die verbrannten Gase aus. Als L a d e p u m p e kommen Kolbenpumpe, Kapselgebläse und Schleudere gebläse in Frage, die vom Motor unmittelbar angetrieben werden. Dieinfachste Spülluftpumpe bietet sich in der Unterseite des Arbeitskolbens dar. Diese Kurbelgehäusespülung liefert jedoch weniger Luft als erforderlich ist. Zwar ist die theoretisch mögliche Liefermenge gleich dem Zylinder-

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D a s K r a f t f a h r z e u g in Vergangenheit u n d Gegenwart

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inhalt, aber d a der K u r b e l g e h ä u s e r a u m größer ist als der Zylinder, ergibt sich ein solcher T o t r a u m , d a ß die S p ü l l u f t m e n g e kleiner bleibt. Bessere Ergebnisse w e r d e n m i t der G e b l ä s e s p ü l u n g erreicht. K o l b e n g e b l ä s e w e r d e n selten angewendet, v e r b r e i t e t e r sind K a p s e l g e b l ä s e (Roots-Gebläse). Zur möglichst vollständigen F ü l l u n g des Zylinders m i t F r i s c h l u f t sind verschiedene S p ü l v e r f a h r e n entwickelt worden. Die einfachste F ü h r u n g des Spülstromes ist die Querspülung, bei der Ein- u n d Auslaßschlitze einander gegenüberliegen. D u r c h eine Nase auf d e m K o l b e n oder d u r c h eine steil n a c h oben gerichtete Neigung der E i n s t r ö m k a n ä l e wird v e r s u c h t , den L u f t s t r o m so zu lenken, d a ß er nicht im K u r z s c h l u ß in den A u s p u f f k a n a l t r i t t , sondern zuvor den oberen Teil des Zylinders ausspült. Bei der U m k e h r s p ü l u n g liegen die Auslaßschlitze im wesentlichen in der gleichen E b e n e wie die Einlaßschlitze, jedoch zwischen d e n Einlaßschlitzen. H i e r m i t wird ein S p ü l s t r o m erreicht, der f a s t völlig den Zylinder ausspült. F ü r die Spülung des Zylinders ist es besonders v o r t e i l h a f t , w e n n der Spüll u f t s t r o m ohne u m z u k e h r e n längs der Zylinderachse d u r c h den Zylinder gehen k a n n . Diese G l e i c h s t r o m s p ü l u n g wird d u r c h ein oder mehrere Auslaßventile im Zylinderkopf erreicht. Der Motor verliert d a d u r c h aber a n E i n f a c h h e i t . Doppelkolbenmotoren ( J u n k e r s ) erwirken die Gleichstromspülung m i t Schlitzen. 314

Konstruktive Ausführung

Die Unterscheidung e i n f a c h - u n d d o p p e l t w i r k e n d bedarf keiner E r klärung. Dagegen sind die Motoren m i t m e h r e r e n zu einem Verbrennungsr a u m gehörigen K o l b e n vieldeutig. I n der Regel arbeiten n u r zwei K o l b e n z u s a m m e n . Bewegen sich die K o l b e n gleichläufig, so wird der Motor als U - K o l b e n m o t o r bezeichnet. Bewegen sich die K o l b e n axial gegenläufig, so heißen sie G e g e n k o l b e n m o t o r e n . N a c h der L a g e d e r Z y l i n d e r a c h s e n w e r d e n liegende, stehende u n d h ä n g e n d e Motoren bezeichnet, j e n a c h d e m die A n o r d n u n g der Zylinderachsen im wesentlichen w a a g e r e c h t oder lotrecht ist u n d der Zylinder in l e t z t e m Fall ü b e r oder u n t e r der Kurbelwelle liegt. Bei R e i h e n m o t o r e n erfolgt die U n t e r s c h e i d u n g n a c h folgender Darstellung. E i n a n d e r w a a g e r e c h t gegenüberliegende Zylinder (auch Motoren m i t n u r 2 Zylindern) werden als B o x e r m o t o r e n bezeichnet. B o x e r m o t o r e n im engeren S i n n e sind Motoren m i t einander gegenüberliegenden Zylindern, deren

EinreihenMotor

A n o r d n u n g der Zylinder in einer E b e n e m i t der Kurbelwelle oder parallel zu ihr

V-Motor

Zylinderreihen in V - F o r m

Boxermotor

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Pleuel nicht an der gleichen Kurbel angreifen, sondern an um 180° versetzten Kurbeln. Die Zylindernumerierung beginnt bei dem der Kraftabgabe entgegengesetzten Ende des Motors. Der Drehsinn wird mit Blick auf dieses Wellenende beurteilt.

Zylinderzählung Drehsinn

Bei Motoren mit mehreren Zylinderreihen werden die Zylinder fortlaufend in der Reihenfolge bezeichnet, wie sie von einer gedachten Bezugsebene getroffen werden, die bei Blickrichtung auf die der Kraftabgabe entgegengesetzten Motorseite zu Beginn der Zählung waagerecht nach links liegt und im Drehsinn des Uhrzeigers um die Motorachse bewegt wird. O b e n g e s t e u e r t e r Motor und obengesteuerte Ventile 1 )

Ventile und Gaswege (Ein- und Auslaßkanäle) liegen oberhalb einer Ebene E, die auf dem im oberen Totpunkt befindlichen Kolben aufliegt. Der obengesteuerte Motor hat obengesteuerte Ventile; die Lage der Nockenwelle bleibt dabei unberücksichtigt. U n t e n g e s t e u e r t e r Motor und untengesteuerte Ventile 1 )

Ventile und Gaswege (Ein- und Auslaßkanäle) hegen in oder unterhalb einer Ebene E, die auf dem im oberen Totpunkt befindlichen Kolben aufliegt. Der untengesteuerte Motor hat untengesteuerte Ventile. 1)

Bei anderen Steuereinrichtungen gilt dieser Begriff sinngemäß.

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Das Kraftfahrzeug in Vergangenheit und Gegenwart

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Leistungen

a) Nutzleistung (PS) 1 ) Leistung an der Kupplung des in allen Teilen einschließlich der Ansaug- und Auspuffanlage r e i h e n m ä ß i g e n Motors unter normalen Betriebsbedingungen. Als normale Betriebsbedingungen gelten: Im Fahrzeug r e i h e n m ä ß i g verwendete Vergaser- und Zündeinstellung bzw. Einspritzpumpen-Einstellung, Verwendung eines handelsüblichen, in der Betriebsanleitung für das betreffende Fahrzeug vorgeschriebenen Kraftstoffes, Einhaltung der im normalen Fahrbetrieb auftretenden Kühl- und Schmiermitteltemperatur. Bei der Prüfung müssen Lüfter und Wasserpumpe bzw. Kühlluftgebläse, Kraftstoffpumpe, Einspritzpumpe und unbelastete Lichtmaschine vom Motor angetrieben werden. Die gemessene Leistung Ne soll nach folgender Formel auf 760 Torr und 20° C umgerechnet werden: „r , Ar Nred.~Ne.-s-.

760

I

1/273 + t j/^TSTW

,„„,

Gemessen in 1,5 m Entfernung von der Ansaugöffnung und in gleicher Höhe wie diese. Die Meßgeräte sind gegen Zugluft und Strahlungswärme abzuschirmen.

(Der mechanische Wirkungsgrad und der Feuchtigkeitsgehalt der Luft werden bei der Leistungsbestimmung der Kraftfahrzeugmotoren nicht berücksichtigt, weil deren Einfluß auf das Endergebnis bei Motoren dieser Größe unerheblich ist.) Die Nutzleistung ist stets in Verbindung mit der zugehörigen Drehzahl in U/min anzugeben. b) Größte Nutzleistung (PS) 1 ) Größte Nutzleistung, die der Motor im thermischen Beharrungszustand abgeben kann. c) Hubraumleistung (PS/1) Verhältnis der größten Nutzleistung zum Gesamthubraum eines Motors. d) Die Begriffe Dauerleistung, Kurzleistung werden bei Fahrzeugmotoren nicht mehr angewandt. 316

Kennzeichnung der Motoren

a) Motor-Nummer Die Motor-Nummer soll auf einem Hauptteil des Motors (z. B . Zylinderblock oder Kurbelgehäuse) und nicht auf einem leicht lösbaren und auswechselbaren Teil (z. B . Zylinderkopf) an zugänglicher Stelle eingeschlagen oder auf einem angenieteten Schild oder in anderer Weise dauerhaft angebracht sein. Die Motor-Nummer soll nach Möglichkeit für einen Beobachter, der auf der rechten Fahrzeugseite steht, gut lesbar sein 2 ). ' ) B e i Nachprüfungen ist für die hierfür angegebenen W e r t e zur B e r ü c k s i c h t i g u n g der F e r t i g u n g s toleranzen und der Unterschiede in den Versuchsbedingungen eine Abweichung von ± 5 % zulässig. - ) B e i H e c k m o t o r e n soll die M o t o r - N u m m e r für einen B e o b a c h t e r , der h i n t e r dem F a h r z e u g s t e h t , gut lesbar sein. 2

A T H I , 18. A u f l .

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1

Wegen der unterschiedlichen Anordnung der Zylinder (Reihen-, V- und Boxermotoren), der verschiedenen Lage der Saug- und Auspuffleitungen und der verschiedenen Anordnung der Ventile ist es schwierig, die Stelle für die Anbringung der Kennzeichnung genau festzulegen. Diese Empfehlung soll jecloch die Auffindung der Kennzeichnung erleichtern. Die Nummer soll vorn und hinten nach Möglichkeit durch einen Stern begrenzt werden. b) Zusätzliche Kennzeichnung Außer der Motor-Nummer kann das Herstellerzeichen und die Typbezeichnung angegeben werden. c) Zündfolge Die durch die B a u a r t des Motors festgelegte Zündfolge ist am Motor gut sichtbar anzugeben; dabei ist mit Zylinder 1 zu beginnen. Beispiel

Zündfolge 1—5—3—6—2—4

d) Kennzeichnung der Zündleitungen Die Zündleitungen sind an beiden Enden deutlich und dauerhaft mit 1, 2, 3 usw. fortlaufend in der Reihenfolge zu kennzeichnen, wie sie Zündstrom erhalten. Dabei erhält die an der Zündleitungsklemme 1 angeschlossene Zündleitung die Zahl 1. Üblicherweise ist a m Verteiler nur die Zündleitungsklemme 1 gekennzeichnet. e) Anschließen der Zündleitungen Die Zündleitung 1 wird mit Zylinder 1 verbunden. Die übrigen Zündleitungen werden in der Reihenfolge ihrer Kennzeichnungszahlen an den Zylindern entsprechend der Zündfolge angeschlossen. Beispiel (für Zündfolge: 1 — 5 — 3 — 6 — 2 — 4 ) Zündleitung Zylinder

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Fahrgestell

321

Abmessungen

1 l 1

1. Radstand ( m m ) (vermeide: AchsstaDd) Abstand zwischen den Radmitten der Vorderund Hinterräder; bei drei- und mehrachsigen Fahrzeugen sind die einzelnen Radstände von v o m nach hinten nacheinander anzugeben, z. B . 5400 + 1400.

2 l 5

3 l 3

4 l 6

5 l 2

6 l 4

2. Spurweite ( m m ) Abstand zweier Räder (Reifenmitte) derselben Achse auf der Standebene gemessen, bei Doppelbereifung Abstand zwischen den Mitten der beiden Doppelreifen (bei spurverändernder Einzelaufhängung der Räder ist das bis zum zulässigen Gesamtgewicht belastete Fahrzeug zu messen).

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Das Kraftfahrzeug in Vergangenheit und Gegenwart

3. Rahmenhöhe (mm) Abstand der Oberkante des Rahmens des bis zum zulässigen Gesamtgewicht belasteten Fahrgestells von der Standebene in Mitte R a d stand geraessen (bei Mehrachsern i n Mitte des größten Radstandes).

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Die Bodenfreiheit unter einer Achse kann nach den Rädern zu, soweit dies durch Teile der Achs- oder Radaufhängung und der Bremsvorrichtung bedingt ist, abnehmen. Der entsprechende Freiraum wird durch einen Kreisbogen bestimmt, der durch die Mitte der Auflagefläche der Räder einer Achse (bei Doppelbereifung der inneren R ä d e r ) geht und dessen Scheitelhöhe der Bodenfreiheit des Fahrzeugs entspricht.

b) für Seitenwagengespanne

4. Rahmenlänge für Aufbau (mm) Maß von Hinterkante Stirnwand bis zum hinteren Ende des Rahmens.

5. Nutzbare Rahmenlänge für Aufbau (mm) Maß von Hinterkante Rückwand des Fahrerhauses bis zum hinteren Ende des Rahmens.

Kleinster Abstand des bis zum zulässigen Gesamtgewicht belasteten Fahrzeugs von der Standebene unter Zugrundelegung des normenmäßig festgelegten, statisch wirksamen Halbmessers der Reifen.

Die Bodenfreiheit kann zwischen dem Hinterrad des Kraftrades und dem Seitenwagenrad nach diesen Rädern zu, soweit dies durch Teile der Bremsvorrichtung usw. bedingt ist, abnehmen. Der entsprechende Freiraum wird durch einen Kreisbogen bestimmt, der durch die Mitte der Auflagefläche dieser Räder geht und dessen Scheitelpunkt der Bodenfreiheit des Fahrzeugs entspricht.

6. Aufbaulänge (mm) Maß von Hinterkante Stirnwand bis Ende Aufbau. (Zughaken, Anhängerkupplung, Kennzeichenschild, Stoßfänger usw. werden bei der Maßabnahme nicht berücksichtigt.) 7. Bodenfreiheit (mm) a) für Kraftwagen Kleinster Abstand des bis zum zulässigen Gesamtgewicht belasteten Fahrzeugs von der Standebene unter Zugrundelegung des normenmäßig festgelegten, statisch wirksamen Halbmessers der Reifen.

8. Bauchfreiheit (mm) a) für Kraftwagen Kleinster Abstand des bis zum zulä$sigen Gesamtgewicht belasteten Fahrzeugs von der Mantelfläche eines die Räder berührenden Kreiszylinders von 8 m Halbmesser, wobei das Fahrzeug quer zur Zylinderachse steht. Die Bauchfreiheit wird unter Zugrundelegung des in Normen festgelegten, statisch wirksamen Halbmessers der Reifen ermittelt.

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1

11. Ausladung der Anhängerkupplung ( m m ) Maß von Mitte Hinterachse bis Bolzenmitte (Kugelmitte) der Anhängerkupplung.

B* Bauch frei he/t (qfür Krafträder und Seitenwagengespanne Kleinster Abstand des bis zum zulässigen Gesamtgewicht belasteten Fahrzeugs von der Mantelfläche eines die Räder des K r a f t r a d e s berührenden Kreiszylinders von 5 m H a l b messer. Die Bauchfreiheit wird unter Zugrundelegung des in Normen festgelegten, statisch wirksamen Halbmessers der Reifen ermittelt.

12. Fahrzeugbreite ( m m ) Breite des Fahrzeugs über alles (einschließlich R a d n a b e n , Türgriffe, Kotflügel usw.).

= 1

9. Fahrzeuglänge ( m m ) L ä n g e des Fahrzeugs über alles einschließlich Stoßfänger usw. 13. Fahrzeughöhe ( m m )

kr:^ [Bei Anhängern werden die Maße „ m i t Zugg a b e r ' u n d „ohne Zuggabel' 4 stets zusammen angegeben, wobei die Fahrzeuglänge „ o h n e Z u g g a b e l " in K l a m m e r n angeführt wird, z. B . 5500 (3700).]

Höhe des unbelasteten Fahrzeugs über alles (einschließlich Verdeck, Gepäckgitter u s w . ) ; dabei müssen die Reifen mit dem der Tragfähigkeit zugehörigen L u f t d r u c k a u f g e p u m p t

J E f e 14. Größte innere Maße des Laderaumes ( m m ) Länge, Breite und Höhe des I n n e n r a u m s ohne Berücksichtigung der etwa nach innen vorstehenden Teile. Bei gebogenen Flächen gilt das Maß i m Scheitelpunkt der K r ü m m u n g .

10. Ausladung der Anhängerzuggabel ( m m ) Maß von Mitte^Zuggabelöse bis Mitte Vorderachse des Anhängers.

15. Lichte Maße des Laderaumes, auch Lademaße ( m m ) Maße zwischen den nach innen vorstehenden festen Teilen, z. B . Spriegel und R a d k ä s t e n , des Laderaumes. Größere Einbauten sind anzugeben.

1

Das Kraftfahrzeug in Vergangenheit und Gegenwart

1 6 . Vorderer Überhangwinke] (®)

21

A

W i n k e l , den die S t a n d e b e n e des bis z u m zulässigen G e s a r a t g e w i c h t belasteten F a h r z e u g s m i t einer E b e n e e i n s c h l i e ß t , die den U m f a n g der Vorderreifen berührend n a c h dem ä u ß e r s t e n tiefsten P u n k t des F a h r z e u g s gelegt wird. {Zughaken und K e n n z e i c h e n s c h i l d können in den Überhangwinkel hineinragen.)

2 1 . Sturz ( " ) bei Seitenwagengespannen Neigung der R a d e b e n e des S e i t e n w a g e n r a d e s zu der i n A ' und der des K r a f t r a d - H i n t e r r a d e s zu der in B ' errichteten S e n k r e c h t e n . B e i der Messung m u ß das Gespann bis zum zulässigen G e s a m t g e w i c h t b e l a s t e t sein. 1 7 . Hinterer Überhangwinkel ( ° ) W i n k e l , den die S t a n d e b e n e des bis z u m zulässigen G e s a m t g e w i c h t b e l a s t e t e n F a h r z e u g s m i t einer E b e n e einschließt, die den U m f a n g der H i n t e r r e i f e n berührend n a c h dem ä u ß e r s t e n tiefsten P u n k t des F a h r z e u g s gelegt wird. (Zughaken, Anhängerkupplung und Kennzeichenschild können in den Ü b e r h a n g w i n k e l hineinragen.) 2 2 . Vorspur ( m m ) a ) bei Kraftwagen

1 8 . Vordere Überhanglänge ( m m ) Maß von M i t t e V o r d e r a c h s e bis E n d e des vorderen Ü b e r h a n g e s . (Kennzeichenschild, S t o ß f ä n g e r , N e b e l l a m p e usw. werden bei der M a ß a b n a h m e n i c h t b e r ü c k sichtigt.)

1 9 . Hintere Überhanglänge ( m m ) Maß von M i t t e H i n t e r a c h s e bis E n d e de9 h i n t e r e n Ü b e r h a n g e s (z. B . des A u f b a u e s ) . (Zughaken, A n h ä n g e r k u p p l u n g , K e n n z e i c h e n schild, S t o ß f ä n g e r usw. werden b e i der M a ß a b n a h m e n i c h t berücksichtigt.)

MpK 2 0 . Sturz ( ° ) bei Kraftwagen Neigung der R a d e b e n e zu der in A a u f der S t a n d e b e n e e r r i c h t e t e n S e n k r e c h t e n . R ä d e r in Geradeausstellung. B e i der Messung m u ß das F a h r z e u g bis zum zulässigen G e s a m t g e w i c h t belastet sein.

M a ß . um das die F e l g e n r ä n d e r ( M e ß s t e l l e n : F e l g e n h ö r n e r ) oder die R e i f e n ( M e ß s t e l l e n : F l a n k e n ) hinten w e i t e r v o n e i n a n d e r e n t f e r n t sind als vorn ( B — C ) , gemessen in H ö h e der R a d m i t t e n . R ä d e r in Geradeausstellung und soweit g e d r e h t , daß der h ö c h s t e P u n k t des S e i t e n s c h l a g e s a m F e l g e n h o r n bzw. a n der R e i f e n f l a n k e oben liegt.

b ) bei Seitenwagengespannen M a ß , u m das die S t r e c k e B ' größer ist als die S t r e c k e C ' . B e i d e M a ß e werden a n den E n d p u n k t e n einer a m S e i t e n w a g e n r a d anliegenden 2 m langen M e ß l a t t e gemessen.

22

Gustav Goldbeck

1

23. Nachlauf bzw. Vorlauf a ) bei K r a f t w a g e n ( ° ) Neigung der Achse des Achsschenkelbolzens gegenüber einer Senkrechten zur Fahrebene in. der Projektion auf eine parallel zur F a h r t richtung und senkrecht zur Fahrebene stehende Ebene. Nachlauf liegt vor, wenn der Berührungsp u n k t D dem Schnittpunkt E der Achse des Achsschenkelbolzens mit der Fahrebene n a c h l ä u f t , i m Gegensatz zum Vorlauf, wo der Berührungspunkt D dem Schnittpunkt E vorl ä u f t . B e i der Messung muß das Fahrzeug bis zum zulässigen Gesamtgewicht belastet sein. b ) bei Krafträdern ( m m )

27. Voreilung ( m m ) (bei Seitenwagengespannen) Maß, u m das die Achse des Seitenwagenrades der Hinterachse des K r a f t r a d e s voreilt.

Der Nachlauf bei K r a f t r ä d e r n ist die Strecke C v o m Durchdringungspunkt A der Mittellinie des Lenkungskopfes m i t der Standebene bis zum Berührungspunkt B . B e i der Messung muß das K r a f t r a d bis z u m zulässigen Gesamtgewicht belastet sein. 4 — »

28. Raddurchschlag ( m m )

24. Spreizung ( " ) Neigung der Achse des Achsschenkelbolzens gegenüber einer Senkrechten auf der F a h r ebene in der Projektion auf eine senkrecht zur Fahrtrichtung stehende Ebene. Bei der Messung muß das Fahrzeug bis zum zulässigen Gesamtgewicht belastet sein.

Maß, u m welches das R a d mit seinen Führungsteilen beim unbelasteten Fahrzeug bis zur Anschlagbegrenzung (Gummipuffer, Fanggurte) durchfedern kann.

25. Lenkrollhalbmesser ( m m ) Abstand des Berührungspunktes F v o m Schnittp u n k t G der Achse des Achsschenkelbolzens mit der Fahrebene in der Projektion a u f eine senkrecht zur Geradeaus-Fahrtrichtung stehende Ebene. Bei der Messimg muß das Fahrzeug bis zum zulässigen Gesamtgewicht belastet sein. 29. Verschränk ungsfähigkeit ( m m ) Maß, um das ein Vorderrad angehoben werden kann, ohne daß eines der übrigen R ä d e r die Stand ebene verläßt. Bei der Messung muß das Fahrzeug bis zum zulässigen Gesamtgewicht belastet sein.

'lì m

|7 26. Lenkungswinkel ( ° ) Der spitze Winkel a , den die Mittellinie des Lenkungskopfes eines K r a f t r a d e s m i t der Standebene einschließt. B e i der Messung muß das K r a f t r a d bis z u m zulässigen Gesamtgewicht belastet sein.

i

30. Kleinster Spurkreisdurchmesser ( m ) Durchmesser des Kreises, den das äußere Vorderrad (Reifenmitte) bei größtem Lenkeinschlag auf der Standebene beschreibt.

1

Das Kraftfahrzeug in Vergangenheit und Gegenwart

23

2 n . D e r Keifen m u ß dabei m i t der n o r m e n m ä ß i g festgelegten höchstzulässigen oder bei Riesenluftreifen fiir die bei 60 k m / h geltende T r a g fähigkeit belastet u n d m i t dem zugehörigen L u f t d r u c k a u f g e p u m p t sein. 34. EinpreBtiefe ( m m ) Maß e v o n F e l g e n m i t t e des Scheibenrades bis zur i n n e r e n Auflagefläche der Radscheibe a m Nabenflansch. 31. Kleinster 'Wendekreisdurchmesser ( m ) Durchmesser des Kreises, der d u r c h d i e a m weitesten n a c h außen vorstehenden F a h r z e u g teile beim größten Lenkeinschlag beschrieben wird.

e

-H £

innere I Auf läge flache

35. Mittenabstand bei Doppelbereifung ( m m ) A b s t a n d a der F e l g e n m i t t e n bei Doppelbereif u n g . D e r M i t t e n a b s t a n d a ist gleich 2 x E i n e preßtiefe e zuzüglich 2 x Scheibenraddicke s. 32. Statisch wirksamer Halbmesser des Reifen« (mm) A b s t a n d v o n der R a d m i t t e bis z u r S t a n d e b e n e des m i t der n o r m e n m ä ß i g festgelegten h ö c h s t zulässigen b z w . bei Riesenluftreifen f ü r d i e b e i 60 k m / h geltende T r a g f ä h i g k e i t belasteten Reifens. D e r Reifen m u ß m i t d e m d e r T r a g f ä h i g k e i t zugeordneten L u f t d r u c k a u f g e p u m p t

Der halbe Mittenabstand

i s t gleich E i n p r e ß -

tiefe e zuzüglich Scheibenraddicke s.

33. Dynamisch wirksamer Halbmesser des Reifens ( m m ) Die bei l a n g s a m abrollendem R a d je U m drehung zurückgelegte Wegstrecke geteilt d u r c h

322

Gewichte 1 )

1. Achslast ( k g ) G e s a m t l a s t , die von den R ä d e r n einer Achse auf die F a h r b a h n ü b e r t r a g e n w i r d . Zu einer Achse gehören alle R ä d e r , deren M i t t e l p u n k t e zwischen 2 parallelen, 1 m v o n e i n a n d e r e n t f e r n t e n , zur F a h r z e u g a c h s e senkrecht s t e h e n d e n Vertikalebenen liegen. Als Doppelachse gelten 2 Achsen m i t einem A b s t a n d v o n m i n d e s t e n s 1 m u n d weniger als 2 m voneinander.

4. Fahrgestellgewicht ( k g ) ( E n t f ä l l t bei F a h r z e u g e n m i t s e l b s t t r a g e n d e m Aufbau). Gewicht des betriebsfertigen Fahrgestells zuzüglich aller d a m i t v e r b u n d e n e n r e i h e n m ä ß i g mitgelieferten Teile.

3. Zulässiges Gesamtgewicht ( k g ) Gesamtgewicht, das u n t e r B e r ü c k s i c h t i g u n g der W e r k s t o f f b e a n s p r u c h u n g , der zulässigen Achslasten u n d der gesetzlich festgelegten H ö c h s t w e r t e (StVZO § 34 Abs. 3) n i c h t ü b e r schritten werden darf.

Mitzuwiegen s i n d : Gefüllter Kraftstoff-Hauptbehälter (ohne K r a f t s t o f f - R e s e r v e b e h ä l t e r , falls sie baulich v o m H a u p t b e h ä l t e r g e t r e n n t sind) oder gef ü l l t e r Gaserzeuger oder gefüllte Speichergasflaschen, gefüllter K ü h l e r , Schmierstoff i m Motor, Getriebe u n d in den Triebachsen, volls t ä n d i g e elektrische E i n r i c h t u n g des F a h r gestells einschließlich der gefüllten B a t t e r i e n , reihenmäßige Bereifung, vordere Kotflügel2), Motorhaube-), Windlauf«), K ü h l e r verkleidung 2 ) u n d I n s t r u m e n t e n t a f e l . Diese Teile einschließlich i h r e r Befestigungsteile sind a u c h d a n n mitzuwiegen, wenn sie n i c h t fest m i t d e m Fahrgestell v e r b u n d e n sind. Nicht mitzuwiegen s i n d :

') Bei N a c h p r ü f u n g e n i s t f ü r die h i e r f ü r angegebenen W e r t e zur Berücksichtigung d e r F e r t i g u n g s t o l e r a n z e n eine Abweichung v o n ± 5 % zulässig.

•) E n t f ä l l t bei F a h r z e u g e n m i t U n t e r f l u r - oder H e c k m o t o r oder m i t ganz n a c h v o r n vorgezogenem F a h r e r h a u s .

2. Zulässige Achslast ( k g ) Achslast, die u n t e r B e r ü c k s i c h t i g u n g d e r W e r k s t o f f b e a n s p r u c h i m g u n d der gesetzlich festgelegten H ö c h s t w e r t e (StVZO § 34 Abs. 3) n i c h t ü b e r s c h r i t t e n werden d a r f .

24

Gustav Goldbeck

Aufbau mit Fahrerhaus, Ersatzräder und -bereifung, Anhängerkupplung, Ersatzteile, Belastungsgewichte, N e b e n a n t r i e b e , W e r k z e u g , W a g e n h e b e r , Feuerlöscher, G l e i t s c h u t z k e t t e n . 5. Fahrgestelltragfähigkeit ( k g ) Zulässiges Gesamtgewicht abzüglich Fahrgestellgewicht. 6. Leergewicht ( k g ) Gewicht des betriebsfertigen F a h r z e u g s , d . h . Fahrgestellgewicht (siehe A b s c h n i t t 4) zuzüglich Gewicht des vollständigen A u f b a u e s u n d Gewicht aller i m B e t r i e b m i t g e f ü h r t e n Ausrüstungsteile (z. B . E r s a t z r ä d e r - u n d - b e reifung, Ersatzteile, Anhängerkupplung, Werkzeug, W a g e n h e b e r , Feuerlöscher, Aufsteckwände, Planengestell mit Planenbügeln und Planenlatten bzw. Planenstangen, Plane, G l e i t s c h u t z k e t t e n , Belastungsgewichte usw.), bei L a s t k r a f t w a g e n u n d Z u g m a s c h i n e n zuzüglich F a h r e r g e w i c h t v o n 75 kg. Bei Motorr ä d e r n u n d Motorrollern i s t der Soziussitz n u r mitzuwiegen, w e n n er reihenmäßig mitgeliefert wird. 7. Nutzlast ( k g ) N u t z l a s t , die das betriebsfertige F a h r z e u g bei gleichmäßiger oder der d u r c h den A u f b a u gegebenen L a s t v e r t e i l u n g t r a g e n k a n n , ohne d a ß die zulässigen Achslasten u n d das zulässige G e s a m t g e w i c h t ü b e r s c h r i t t e n w e r d e n . I m p r a k t i s c h e n B e t r i e b k a n n diese N u t z l a s t bei ungleichmäßiger L a s t v e r t e i l u n g i m R a h m e n der zulässigen Achslasten u n d des zulässigen Gesamtgewichtes ü b e r s c h r i t t e n w e r d e n . Bei F a h r z e u g e n zur P e r s o n e n b e f ö r d e r u n g sind zur B e s t i m m u n g der der N u t z l a s t e n t s p r e c h e n den Personenzahl folgende Gewichte z u g r u n d e zu legen: P e r s o n e n g e w i c h t : 65 kg (bei P e r s o n e n k r a f t w a g e n u n d Seitenwagen e n t s p r e c h e n einer P e r s o n zwei K i n d e r bis zu 12 J a h r e n ) ; dazu Gepäckgewicht: Person 10 kg b) bei P e r s o n e n k r a f t w a g e n f ü r 2 P e r s o n e n 25 kg f ü r 3 P e r s o n e n 30 kg f ü r 4 Personen 35 kg f ü r 5 P e r s o n e n 40 kg f ü r 6 P e r s o n e n 45 kg

323

Die F a h r g e s t e l l - N u m m e r m u ß an zugänglicher Stelle a m v o r d e r e n Teil der r e c h t e n Seite des F a h r z e u g s g u t lesbar a m R a h m e n oder a n e i n e m i h n ersetzenden Teil eingeschlagen oder auf einem a n g e n i e t e t e n Schild oder in a n d e r e r Weise d a u e r h a f t a n g e b r a c h t sein.

8. Nenn-Nutzlast ( t ) N u t z l a s t , n a c h der der L a s t k r a f t w a g e n - oder A n h ä n g e r t y p b e n a n n t w i r d . Auszugehen i s t v o n der N u t z l a s t des m i t r e i h e n m ä ß i g e r P r i t s c h e a u s g e s t a t t e t e n L a s t k r a f t w a g e n s oder Anhängers. Die N e n n - N u t z l a s t ergibt sich d u r c h A b r u n d u n g dieser N u t z l a s t . Bei O m n i b u s s e n wird die N e n n - N u t z l a s t d u r c h A n g a b e der P e r s o n e n zahl a u s g e d r ü c k t . 9. Steuergewicht ( k g ) (Nur v o n B e d e u t u n g f ü r F a h r z e u g e , die n a c h Gewicht v e r s t e u e r t w e r d e n . N a c h § 10 d e r Durchführungsbestimmungen zum Kraftfahrzeugsteuergesetz, d o r t z. Z. n o c h m i t „ E i g e n g e w i c h t " bezeichnet.) Gewicht des betriebsfertigen F a h r z e u g s m i t vollständigem A u f b a u einschließlich des gef ü l l t e n K r a f t s t o f f - H i l f s b e h ä l t e r s (ohne K r a t ' t s t o f f - H i l f s b e h ä l t e r , falls sie baulich v o m Hauptbehälter getrennt sind) oder des gefüllten Gaserzeugers o d e r d e r gefüllten Speichergasflaschen, des gefüllten K ü h l e r s , Schmierstoffes i m Motor, Getriebe u n d in den T r i e b a c h s e n , der vollständigen elektrischen E i n r i c h t u n g m i t gefüllten B a t t e r i e n , B e r e i f u n g u n d Belastungsgewichte, die f ü r den B e t r i e b des F a h r z e u g s d a u e r n d benöti gt werden. N i c h t mitzuwiegen s i n d : A u f s t e c k w ä n d e , Planengestell m i t Planenbügeln u n d P l a n e n l a t t e n bzw. P l a n e n s t a n g e n , Plane, Werkzeug, Ersatzteile, Wagenheber, Feuerlöscher, E r s a t z r ä d e r u n d -bereifung, Gleitschutzketten und Belastungsgewichte, die n i c h t d a u e r n d i m B e t r i e b benötigt w e r d e n .

Diese Festlegung soll die Auffindung der Kennzeichnung erleichtern. Die N u m m e r soll v o r n u n d h i n t e n n a c h Möglichkeit d u r c h einen Stern begrenzt werden. Zusätzliche K e n n z e i c h n u n g A u ß e r der F a h r g e s t e l l - N u m m e r k a n n das Herstellerzeichen u n d die T y p e n b e z e i c h n u n g angegeben w e r d e n .

Verschiedenes

Anfahrzugkraft a m Zughaken ( k g ) G r ö ß t e Z u g k r a f t , die ein bis zu seinem zulässigen G e s a m t g e w i c h t belastetes F a h r z e u g b e i m h ö c h s t e n Gang auf t r o c k e n e r , ebener Straße dauernd auszuüben vermag. 1

bei P e r s o n e n k r a f t w a g e n f ü r 7 P e r s o n e n 5 0 k g f ü r 8 P e r s o n e n 60 kg c) bei K r a f t o m n i b u s s e n u n d K r a f t o m n i b u s anhängern im Fernverkehr i m F e r n v e r k e h r je P e r s o n 10 kg i m L i n i e n v e r k e h r , soweit erfahrungsg e m ä ß i m allgemeinen kein Gepäck m i t genommen wird 0 kg d) bei L a s t k r a f t w a g e n zur P e r s o n e n b e förderung 0 kg

Kennzeichnung der Fahrgestelle

Fahrgestell-Nummer1)

324

1

) Die A n g a b e n ü b e r die A n b r i n g u n g der F a h r g S t r a ß e n v e r k e h r s - Z u l a s s u n g s - O r d n u n g (StVZO).

Linke (rechte) Fahzeugseite I n F a h r t r i c h t u n g gesehen linke (rechte) Seite des F a h r z e u g e s . Geräuscharme Gänge Über geräuscharm arbeitende Zahnradpaare l a u f e n d e Gänge (also n i c h t der direkte Gang). ell-Nummer e n t s p r e c h e n den B e s t i m m u n g e n der

1

Das Kraftfahrzeug in Vergangenheit und Gegenwart

Übersetzung ( i ) (entsprechend DIN 868) Verhältnis der Wellendrehzahlen. Wenn nicht anders angegeben, wird das Drehzahlverhältnis in Richtung des Kraftflusses gerechnet, so daß Drehzahl der treibenden Welle Drehzahl der getriebenen Welle ist. Beispiel; Übersetzung 1200 300 = Übersetzung 1200

TöocT = '

Die Gangübersetzungen eines Getriebes mit

Schongang sind also z. B . folgendermaßen anzugeben: i = 6; 2,9; 1,6; 1; 0,7; rückwärts 5,4. Wegdrehzahl Wegdrehzahl gibt die Anzahl der Umdrehungen der Antriebswelle für Tachometer und Tachograph bei 1 m Weg des bis zum zulässigen Gesamtgewicht belasteten Fahrzeugs an, wobei der zugehörige Reifen-Luftdruck entfallen ist. Bei Reifen für Ackerschlepper nach D I N 7807 ist der für Straßenfahrten vorgeschriebene Luftdruck einzuhalten.

33

Betrieb

331

Geschwindigkeit, Beschleunigung, Fahrbereich

Geschwindigkeiten Dauergeschwindigkeit (km/h) Größte Geschwindigkeit, die ein in allen Teilen r e i h e n m ä ß i g e s Fahrzeug dauernd einhalten kann, ohne daß am Motor die Wärmebeanspruchung die zulässige Grenze überschreitet und am Triebwerk übermäßiger Verschleiß eintritt. Das Fahrzeug muß bei der Prüfung mit einem Gewicht belastet sein, das der halben Gewichtsdifferenz zwischen zulässigem Gesamtgewicht und Leergewicht entspricht. Krafträder müssen mit einer Person von ungefähr 65 kg Gewicht belastet sein. Die Prüfung ist bei trockenem, windstillem Wetter (höchste Windgeschwindigkeit 3 m/s), einem atm. Luftdruck von 745 bis 765 Torr, einer Lufttemperatur von + 1 0 bis + 3 0 ° C und unter normalen Betriebsbedingungen auf ebener und trockener Fahrbahn (kurze Steigungen und Gefälle von höchstens 1,5%) vorzunehmen. Die Prüfstrecke ist 2 X hin und zurück zu durchfahren. Hin- und Rückfahrt müssen unmittelbar aufeinanderfolgen. Aus den Ergebnissen beider Fahrten ist der Mittelwert zu bilden. Höchstgeschwindigkeit (km/h) Größte Geschwindigkeit, die ein in allen Teilen r e i h e n m ä ß i g e s Fahrzeug über eine Meßstrecke von 1 km Länge durchhalten kann. Nach dem Betrieb mit Höchstgeschwindigkeit muß das Fahrzeug mit Dauergeschwindigkeit einwandfrei weiterbetrieben werden können. Das Fahrzeug muß bei der Prüfung mit einem Gewicht belastet sein, das der halben Gewichtsdifferenz zwischen zulässigem Gesamtgewicht und Leergewicht entspricht. Krafträder müssen mit einer Person von ungefähr 65 kg Gewicht belastet sein. Die Prüfung ist bei trockenem, windstillem Wetter (höchste Windgeschwindigkeit 3 m/s), einem atm. Luftdruck von 745 bis 765 Torr, einer Lufttemperatur von + 1 0 bis + 3 0 ° C und unter normalen Betriebsbedingungen auf ebener und trockener Fahrbahn (kurze Steigungen und Gefälle von höchstens 1,5%) vorzunehmen. Die Prüfstrecke ist hin und zurück zu durchfahren; Hin- und Rückfahrt müssen unmittelbar aufeinanderfolgen. Aus den Ergebnissen beider Fahrten ist der Mittelwert zu bilden. Bei Krafträdern muß der Fahrer normale Haltung einnehmen.

25

Durchschnittsgeschwindigkeit (km/h) Geschwindigkeit, die sich ergibt, wenn man di^ zurückgelegte Fahrstrecke durch die hierzu benötigte reine Fahrzeit, also ohne Berücksichtigung der Zeit für Aufenthalte, teilt. Reisegeschwindigkeit (km/h) Geschwindigkeit, die sich ergibt, wenn man die zurückgelegte Fahrstrecke durch die Gesamtzeit zwischen Abfahrt und Ankunft, also unter Berücksichtigung der Zeit für Aufenthalte teilt.

Beschleunigung 500-m-Beschleunigungszeit ( s ) Kürzeste Zeit, die ein Fahrzeug benötigt, um eine Strecke von 500 m aus dem Stand zu durchfahren. Das Fahrzeug muß bei der Prüfung mit einem Gewicht belastet sein, das der halben Gewichtsdifferenz zwischen zulässigem Gesamtgewicht und Leergewicht entspricht. Krafträder müssen mit einer Person von ungefähr 65 kg Gewicht belastet sein. Die Prüfung ist bei trockenem, windstillem Wetter (höchste Windgeschwindigkeit 3 m/s), einem atm. Luftdruck von 745 bis 765 Torr und einer Lufttemperatur von + 1 0 bis + 3 0 ° C unter normalen Betriebsbedingungen auf ebener und trockener Fahrbahn vorzunehmen. Die Prüfstrecke ist 2 x hin und zurück zu durchfahren. Hin- und Rückfahrt müssen unmittelbar aufeinanderfolgen. Aus den Ergebnissen der vier Fahrten ist der Mittelwert zu bilden. Bei Krafträdern muß der Fahrer normale Haltung einnehmen. Der so ermittelte Wert ist bei seiner Angabe auf / t 0 s zu runden.

Fahrbereich (km) Fahrstrecke, die ein Fahrzeug mit einer Füllung der fest eingebauten Kraftstoffbehälter, des Gaserzeugers oder der Speichergasflaschen zurücklegen kann. Bei flüssigem Kraftstoff: Fahrbereich = Inhalt der Kraftstoffbehälter Kraftstoffverbrauch nach D I N 70030 in LiteryiOO km

26

Das Kraftfahrzeug in Vergangenheit und Gegenwart

332

1

Ermittlung des Kraftstoffverbrauches

Fahrzeug Das Fahrzeug, an dem der Kraftstoffverbrauch ermittelt werden soll, muß in allen Teilen sowie in der Vergaser- und Zündeinstellung bzw. der Einspritzpumpeneinstellung der reihenmäßigen Ausführung entsprechen. Belastung Das Fahrzeug muß bei der Prüfung mit einem Gewicht belastet sein, das der halben Gewichtsdifferenz zwischen zulässigem Gesamt* gewicht und Leergewicht entspricht. Krafträder müssen mit einer Person von ungefähr 65 kg belastet sein. Prüfstrecke W (km) Eine ebene, trockene Fahrbahn (kurze Steigungen und Gefälle von höchstens 1,5%) von ungefähr 10 km Länge ist hin und zurück zu durchfahren. Hin- und Rückfahrt müssen unmittelbar aufeinander folgen. Witterung Trockenes windstilles Wetter (höchste Windgeschwindigkeit 3 m/s), atm. Luftdruck 745 bis 765 Torr, Lufttemperatur +10 bis +30® C. Geschwindigkeit Die Geschwindigkeit soll über die gesamte Fahrstrecke möglichst gleichmäßig % der nach DIN 70020 ermittelten Höchstgeschwindigkeit.

Kraftstoffverbrauch K (Ltr) Für die Verbrauchsmessung muß ein umschaltbares Gerät verwendet werden, das gestattet, beim Passieren der Anfangs- und Endmarken auf Messung zu schalten. Bei Motoren mit Kraftstoffölgemisch-Schmierung muß die Verbrauchsangabe (/c) . . Liter Gemisch/100 km** lauten. Der sich bei der Prüfung ergebende Verbrauch wird zur Berücksichtigung ungünstiger Umstände im normalen Straßenverkehr um 10% erhöht. (Faktor 1,1 in der unten angegebenen Formel.) Für den Kraftstoffverbrauch (fc) gilt folgende Formel: k = 1,1 — • 100 in Liter/100 km Der so ermittelte Kraftstoffverbrauch (fc) ist bei seiner Angabe zu runden, und zwar auf eine Stelle hinter dem Komma (unter 0,05 nach unten, bei 0,05 und darüber nach oben). Bezeichnungsbeispiel Kraftstoffverbrauch nach DIN 70030: 9,7 Liter/100 km Bei Nachprüfung gilt für den Kraftstoffverbrauch zur Berücksichtigung unvermeidbarer Unterschiede in den Prüfbedingungen eine Toleranz von + 5 % .

Schrifttum 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.

Diesel-Goldbeck-Schildberger, Vom Motor zum Auto, Stuttgart 1957. Diesel, Eugen, Rudolf Diesel, Hamburg 1937. Forum der Technik Bd. I, Die Welt im Zeichen des Motors, Zürich 1962. Goldbeck, Gustav, Siegfried Marcus, Düsseldorf 1961. Langen, Arnold, Nikolaus August Otto, der Schöpfer des Verbrennungsmotors, Stuttgart 1949. Eathke, Karl, Wilhelm Maybach, Friedrichshafen 1953. Sass, Friedrich, Geschichte des deutschen Verbrennungsmotorenbaues, Berlin 1962. Siebertz, Paul, Gottlieb Daimler, Stuttgart 1950. Siebertz, Paul, Karl Benz, Sutttgart 1950. Schildbrrger, Friedrich, Bosch und die Zündung, Bosch-Schriftenreihe Folge 5, Stuttgart 1952. 75 Jahre Motorisierung des Verkehrs, Stuttgart, Daimler-Benz AG., 1961.

2 2.1

Verbrennungsmotor Theoretische Grundlagen Professor Dr.-Ing. K u r t Löhner und Dr.-Ing. H e r b e r t Müller

1 11 12 13 14 15 2 21 22 23 24 3 31 32 33 34 35 4 41 42 43 44 45 5 51 52 53 54 55 56

Arbeitsprozesse der Verbrennungsmotoren Arbeitsverfahren Thermische Vergleichsprozesse (Idealprozesse) Vergleichsprozeß des vollkommenen Motors Wirklicher Motorprozeß Heiz- und Brenngesetz Ladungswechsel beim Verbrennungsmotor Ladungswechsel beim Viertaktmotor Ladungswechsel beim Zweitaktmotor Aufladung des Verbrennungsmotors Steuerzeiten und Zeitquerschnitte Gemischbildung und Verbrennung Gemisch- und Füllungsregelung Gemischbildung und Verbrennung beim Ottomotor Gemischbildung und Verbrennung beim Dieselmotor Klopfen des Ottomotors Dieselschlag Kenngrößen zur Beurteilung von Verbrennungsmotoren Leistung, Drehmoment und Mitteldruck Kraftstoffverbrauch Luftverhältnis und Umsetzungsgrad Zusammenstellung von Kenngrößen Ähnlichkeitsbeziehungen Kurbelgetriebe BewegungsVerhältnisse des Kurbelgetriebes Massenkräfte des Kurbelgetriebes Lagerkräfte des Kurbelgetriebes Drehkraftdiagramm Schwungradberechnung Zündfolge

I Arbeitsprozesse der Verbrennungsmotoren Für die Güte eines Verbrennungsmotors ist neben der konstruktiven Ausführung im Hinblick auf die rasche Betriebsbereitschaft und Lebensdauer insbesondere die abgegebene Leistung maßgebend. Diese Leistung wird durch die Innenvorgänge im Brennraum, hauptsächlich durch den Ablauf der Verbrennung, bestimmt, von der zwar die Anfangs- und Endzustände bekannt sind, nicht aber der genaue Verlauf. Für vergleichende Betrachtungen werden daher Vergleichsprozesse gerechnet, die zwar für sich allein keine absolute Aussage ermöglichen, aber bei gleichzeitiger Benutzung kritisch ausgewerteter Versuchsergebnisse Folgerungen über die Art der Innenvorgänge zulassen. Dabei haben stark vereinfachende Annahmen den Vorteil, übersichtliche Ergebnisse zu liefern, während mit weiterer Annäherung an den wirklichen Vorgang der rechnerische Aufwand erheblich steigt. II Arbeitsverfahren Bei Verbrennungsmotoren wird Luft oder Gemisch verdichtet, das Gemisch verbrannt und gedehnt. Dann wird das verbrannte Gas durch frische Luft bzw. frisches Gemisch ersetzt. Diese Arbeitsprozesse können im Viertaktverfahren oder im Zweitaktverfahren durchgeführt werden.

28

Kurt Löhner und Herbert Müller

2.1

Beim Viertaktverfahren umfaßt ein Arbeitsspiel im Zylinder 2 Umdrehungen der Kurbelwelle entsprechend 4 Hüben des Kolbens bei einem Nutzhub. In Bild 1 sind die einzelnen Phasen des Arbeitsspieles zu erkennen: 1. Takt: 0—1 Ansaugen, 2. Takt: 1—2 Verdichten, 3. Takt: 2—3 Verbrennen, 3—4 Dehnen, 4—5 Auspuffen, 4. Takt: 5—0 Ausschieben. In Bild 1 a ist für diesen Prozeß das Druck-Volumen-Diagramm gezeichnet. Zur Veranschaulichung ist der Vorgang im Zylinder für jeden Takt für die gleiche Kolbenstellung dargestellt: In Bild l b das Ansaugen im 1. Takt, in Bild 1 c das Verdichten im 2. Takt, in Bild l d das Dehnen im 3. Takt, in Bild 1 e das Ausschieben im 4. Takt. Die diesen Zuständen entsprechenden Diagrammpunkte sind in Bild 1 a gekennzeichnet. Beim Zweitaktverfahren gehört zu einem Arbeitsspiel eine Umdrehung der Kurbelwelle entsprechend zwei Hüben des Kolbens mit einem Nutzhub. In Bild 2 sind das Druck-Volumen-Diagramm und vier charakteristische Kolbenstellungen gezeichnet: 1. Takt: 0—1 Frischladung und Verdrängen der Abgase, 1—2 Verdichten, 2. Takt: 2—3 Verbrennen, 3—4 Dehnen, 4—0 Auspuffen und Beginn der Frischladung. Die zu den Bildern 2 b bis 2 e gehörenden Diagrammpunkte sind in Bild 2 a entsprechend gekennzeichnet. Beim Viertaktmotor ist ein Nutzhub (Arbeitstakt) bei 4 Takten vorhanden. Der Zweitaktmotor hat einen Nutzhub bei zwei Takten, wobei allerdings zur Spülung ein Überdruck der frischen Ladung gegenüber dem Druck hinter den AuspufFschlitzen erzeugt werden muß. Entsprechend den Verbrennungsverfahren unterscheidet man Ottomotoren und Dieselmotoren. Bei Ottomotoren wird das im Zylinder befindliche brennbare Gemisch durch eine meist elektrische Zündung zur Verbrennung gebracht. Das Druck-Volumen-Diagramm eines solchen Ottomotors ist in Bild 1 a dargestellt. Es entsteht eine rasche Verbrennung mit steilem Druckanstieg. Beim Dieselmotor wird im allgemeinen die Verbrennung dadurch eingeleitet, daß der Kraftstoff in die durch die Verdichtung hoch erhitzte Luft eingespritzt wird. Das Diagramm zeigt etwa den in Bild 2 a dargestellten Verlauf mit angenäherter Gleichdruckverbrennung. Beide Verbrennungsverfahren können sowohl im Viertakt als auch im Zweitakt angewendet werden. 12

Thermische Vergleichsprozesse

(Idealprozesse)

Zur Beurteilung der Güte eines Motorprozesses werden unter vereinfachenden Annahmen Vergleichsprozesse herangezogen. Bei der einfachsten Berechnung eines Vergleichsprozesses wird das Arbeitsverfahren durch einen Kreisprozeß ersetzt und dabei angenommen, daß im Zylinder stets Gas derselben Menge und Zusammensetzung vorhanden ist. Dazu wird die Verbrennung durch eine Wärmezufuhr und der Stoffwechsel durch eine Wärmeabfuhr ersetzt. Während der Verdichtung und der Dehnung werden die

2.1

Verbrennungsmotor - Theoretische Grundlagen

29

C)

rs

V

e)

Bild 1. Viertaktverfahren a) b) c) d) e)

p, 1. 2. 3. 4.

V-Diagramm für Gleichraumverbrennung T a k t Ansaugen T a k t Verdichten T a k t Dehnen T a k t Ausschieben

Bild 2. Zweitaktverfahren a) b) c) d) e)

p, V-Diagramm für Gleichdruckverbrennung 1. T a k t Frischladung und Verdrängen der 1. T a k t Verdichten [Abgase 2. T a k t Dehnen 2. T a k t Auspuffende und Ladungsbeginn

Kurt Löhner und Herbert Müller

30

2.1

Wände des Zylinders als wärmedicht angesehen, d. h., diese Zustandsänderungen verlaufen adiabat. Weiter wird das Arbeitsgas als vollkommenes Gas und seine spezifische Wärme als unabhängig von Druck und Temperatur angenommen. In Bild 3 sind die Druck-Volumen-Diagramme dieser thermischen Vergleichsprozesse gezeichnet. Da der Ladungswechsel nur durch Wärmeentzug berücksichtigt wird, sind die Vergleichsprozesse für Viertakt und Zweitakt gleich.Das Druck-Volumen-Diagramm nach Bild 1 a kann durch den Gleichraumkreisprozeß, Bild 3 a, ersetzt werden. Dabei wird von 1 nach 2 adiabat verdichtet, von 2 nach 3 statt der Verbrennung eine Wärmezufuhr bei gleichbleibendem Raum vorgenommen, anschließend von 3 nach 5 eine adiabate Dehnung. Der Stoffwechsel wird durch eine Wärmeabfuhr bei gleichbleibendem Raum von 5 nach 1 ersetzt. Das Druck-Volumen-Diagramm nach Bild 2 a kann durch den Gleichdruckkreisprozeß, Bild 3 b, ersetzt werden. Dabei wird von 1 nach 2 adiabat verdichtet, von 2 nach 4" die Verbrennung durch eine Wärmezufuhr bei gleichem Druck ersetzt, anschließend von 4" nach 5" adiaVolumen V bat gedehnt und der StoffBild 3. wechsel durch eine Wärmeabp, Y-Diagramme der thermischen Vergleichsprozesse fuhr von 5" nach 1 bei gleicha) Gleichraumprozeß 1—2—3—5—1 bleibendem Raum vorgenomb) Gleichdruckprozeß 1—2—4"—5"—1 men. c) Gemischter Prozeß 1—2—3'—4 —5—1 für gleiches Verdichtungsverhältnis e = l'i V. DieVorgänge in wirklichen Ottound Dieselmotoren nähern sich mehr dem gemischten Kreisprozeß, Bild 3 c, bei dem von 1 nach 2 adiabat verdichtet wird, dann anschließend von 2 nach 3' ein Teil der Wärmezufuhr bei gleichbleibendem Raum, von 3' nach 4' der andere Teil bei gleichbleibendem Druck stattfindet. Von 4' nach 5' wird adiabat gedehnt und der Stoffwechsel wiederum durch eine Wärmeabfuhr bei gleichbleibendem Raum von 5' nach 1 ersetzt. Diese thermischen Vergleichsprozesse werden auch als Idealprozesse bezeichnet, da sie die weitestgehenden Vereinfachungen zur Berechnung des Motorprozesses vornehmen. Zur Ableitung der Wirkungsgrade müssen die während einer Zustandsänderung zwischen einzelnen Punkten geltenden Beziehungen aufgestellt werden. Für adiabate Verdichtung und Dehnung gilt p (1) Das Verdichtungsverhältnis ist

(2)

• V

£=

const. VJVt,

das Einspritzverhältnis beim Gleichdruckprozeß (3)

o =

das Drucksteigerungsverhältnis beim gemischten Prozeß

2.1

Verbrennungsmotor - Theoretische Grundlagen (4)

31

f = iV/JV

Die in einem Kreisprozeß erzielbare Arbeit ist gleich der Differenz aus zugeführter und abgeführter Wärmemenge Lth = Qzu — Qab>

(5)

und der Wirkungsgrad das Verhältnis der verfügbaren Arbeit zu der zugeführten Wärmemenge nth =

(6)

LthlQzu-

Werden weiterhin die Beziehungen für die Wärmezu- oder -abfuhr bei konstantem Volumen Q =

(7)

G.C„.AT

und bei konstantem Druck Q = G • cp •

(8)

AT

geschrieben, so können unter Benutzung der Gasgleichung (9)

p • V = G • R • T

die Wirkungsgrade für die thermischen Vergleichsprozesse abgeleitet werden. Es wird für den Gleichraumprozeß 1 (10) Vth = 1 Y. l P

für den Gleichdruckprozeß (11)

„t4=

1 - -

Q« — 1 * o 4-> o o o o

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11

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Freie Kräfte Zylin- Kurbel- [ 1. Ord- 2. Ordderan- schema nung | nung ordnung

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180-540

Mögliche Ziindfolgen Zweitakt Viertakt

74

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CM

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1432 1234

1243 1324 §T"t

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75

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o 0 CO 1

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90-180270-180

1324

1342

1324

o 00 TH

O oo

01

1324

1243 1342

Verbrennungsmotor - Theoretische Grundlagen

1243 1342

2.1

=

10

2.1

o N Ti

o N tH

17354628

1736425 102 6/7

•ss -P o t.. tj o s C -H -H o>

1725436

Mögliche Zü Zweitakt

C J£ e« •H t. Co *4 ®-H •a s

153624 154623 123654124653 1S364S 125643 145623 143625 1234-56 126453 156423 153426

K u r t Löhner und Herbert Müller

oV] C T-l

51 3/7

.0 • 19 .X •a a p :3 -H o N 0) äC N -rt Momente 2. OrdI nung

w

X

X

X

« i •H T3 0) L. fcß t. o a U. 3 TH• c

X

X

X

X

1 -o 0) t, ho •u o c

CO

2.1

Verbrennungsmotor - Theoretische Grundlagen

15264837 15274836 15364827 15374826 18264537 18274536 18364527 18374526 12435687 12475683 12835647 12875643 16435287 16475283 16835247 16875243

«i'tfWlß^lO'i'IO

QOoocOGOcocoaoco lO^LD^lO^lß«*" Mcgr-r-Mwr-t^ toc£tof9roroto H r t H r l H r i H r l

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oo

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o g T-l

1 > OO

3

78

Kurt Löhner und Herbert Müller

2.1

Aus Gleichung 54 folgt damit (67)

A3 A+ — + \ 4 3A5 \ „ , 9A5 cos 4a +1 1 0 Q • cos 6a 16 1 128

PA = — mk • r • tu2 cos a + A3

/

15 A5 \ -—— cos 2a 128 / + . .

oder für Näherungsrechnungen (67 a)

Ph =

—mh

Die Richtung dieser in der Achse des Zylinders liegenden Kraft wechselt zweimal bei jeder vollen Umdrehung. Die Kraft wirkt zu Beginn der Kolbenbewegung hemmend, d. h., der Kolben muß von der Geschwindigkeit 0 aus auf die Höchstgeschwindigkeit beschleunigt werden, und gegen Ende der Kolbenbewegung fördernd, d. h. die für die Beschleunigung des Kolbens aufgebrachte Energie wird wieder abgegeben. Da die Massenkraft aus Cosinuslinien zusammengesetzt ist (aus der ersten, zweiten, vierten harmonischen Kraft), ergeben sich bei Mehrzylindermaschinen besondere Verhältnisse dadurch, daß bei Addition gewisse Glieder der Reihe zu 0 werden und andere sich vergrößern. Bei den meisten Aufgaben der Technik brauchen nur die Kräfte 1. und 2. Ordnung berücksichtigt zu werden; nur bei Motoren mit besonders hohen Drehzahlen müssen bei Schwingungsrechnungen auch die Kräfte 4. Ordnung mitunter noch beachtet werden. In Tabelle V sind die freien Kräfte und Momente für einige Motorbauarten aufgeführt. Die freien Momente entstehen dadurch, daß die Kräfte bei Mehrzylinder-Motoren nicht in einer Ebene wirken. Diese Momente bewirken Drehungen um die Querachse des Motors. Ein teilweiser Ausgleich der ersten Harmonischen läßt sich durch zusätzliche Gegengewichte erreichen. Dabei treten dann zusätzliche Querkräfte auf. Zum Ausgleich einer zweiten Harmonischen kann das Lanchester-Getriebe verwendet werden, bei dem zwei gleich große Massen mit doppelter Kurbelwellendrehzahl gegenläufig umlaufen. Für andere Harmonische (auch für vollständigen Ausgleich der ersten Harmonischen) läßt sich bei entsprechender Wahl der Drehzahl ebenfalls ein Ausgleich erzielen. Der Aufwand durch die zusätzlich umlaufenden Massen ist jedoch so groß, daß bei Fahrzeugmotoren auf die Beseitigung der zweiten und höheren Harmonischen verzichtet wird. Bereits die Unterbringung der Gegengewichte für den Ausgleich der ersten Harmonischen stößt auf Schwierigkeiten, so daß schon diese oft nur teilweise ausgeglichen werden. 53

L a g e r k r ä f t e des K u r b e l g e t r i e b e s

Vom Kolben her wirken auf den Kolbenbolzen Gas- und Massenkräfte, von der Pleuelstange Massenkräfte in Achsrichtung des Kolbens und senkrecht dazu. Im normalen Betrieb gibt die Lagerreibung im Pleuellager geringe Seitenkräfte auf den Kolbenbolzen, die aber bei Störungen im Lager große Beträge annehmen können. Die Größe der hin- und hergehenden Massenkräfte auf den Kolbenbolzen ist durch Gleichung 67 gegeben. Dazu kommen noch die Gaskräfte. In Bild 37 ist der Verlauf der in Achsrichtung wirkenden Gas- und Massenkräfte sowie deren Summe für einen Zweitakt-Dieselmotor aufgetragen. Aus der Schräglage des Pleuels ergeben sich die Seitenkräfte N des Kolbens aus der Gesamtkolbenkraft P zu (68)

TV = P • tg ß .

2.1

Verbrennungsmotor - Theoretische Grundlagen

79

Die K r a f t S in Stangenrichtung wird (69)

S = PI cos ß .

In Bild 37 sind auch die Seitenkräfte aus Gas- und Massenkraft sowie deren Summe aufgetragen. Bei dem gewählten Zweitakt-Motor wechselt die Anlageseite des Kolbens nur zweimal während einer Umdrehung, während die Massenkraft allein einen viermaligen Anlagewechsel bringen würde. Auf das Pleuellager wirken die in Pleuelstangenrichtung auftretenden K r ä f t e aus den Gaskräften und aus den Massenkräften der hin- und hergehenden Massen, vgl. Gleichung 67, wozu noch die Fliehkraft Pr, vgl. Gleichung 65, des umlaufenden Teils der Pleuelstange kommt. Die gesamte Lagerbelastung ergibt sich durch geometrische Addition dieser Kräfte. Die Lagerkräfte

Bild 37. Pleuelstangen- und Bahnkräfte des Kolbens für einen Zweitakt-Dieselmotor [10]

werden dabei zweckmäßig in Polardiagrammen dargestellt, wobei wegen der schwingenden Bewegung des Pleuels und der umlaufenden Bewegung des Kurbelzapfens die Wahl der Bezugsachsen genau festgelegt werden muß. In Bild 38 sind für die Kurbelstellung a, die Stangenkraft S und die Fliehkraft Pr die auf den Kurbelzapfen, auf die Pleuellagerschale, auf das Kurbelwellenhauptlager und auf den Wellenzapfen wirkenden K r ä f t e gezeichnet. Dabei ist als Bezugsordinate jeweils eine mit dem Bauteil bewegte Richtung gewählt, und zwar für den Kurbel- und Wellenzapfen mit der Kurbelwelle umlaufend, für das Pleuellager mit der Pleuelstange schwingend und für das Hauptlager mit dem Gehäuse ruhend. Zu beachten ist dabei, daß die Belastung eines Kolbens über ein Pleuellager auf zwei Hauptlager übertragen wird, also dort nur die halbe Stangenkraft auf je ein Lager wirkt. Weiterhin wird der Fliehkraftanteil des auf den Kurbelzapfen reduzierten Pleuelanteils vollständig oder doch zumindes teilweise durch entsprechende Gegengewichte an der Kurbelwelle ausgeglichen. Für Bild 38 c und d wurde angenommen, daß 2 / 3 der Fliehkraft durch Gegengewichte ausgeglichen ist. Im unteren Teil von Bild 38 ist jeweils für die eine Kurbelstellung a ein Punkt des Polardiagramms gezeichnet. Bild 39 zeigt die vollständigen Polardiagramme für einen Viertakt-Ottomotor. Für die Beurteilung der Schmierölzuführung ist das Belastungsdiagramm für den Kurbelzapf eil, Bild 39 a, wichtig. Für die Untersuchung der Lagerschalen und die Ausbildung der Trennfuge gibt Bild 39 b als Polardiagramm für die Pleuellagerschale Auskunft. Bild 39 c zeigt das Polardiagramm für die Hauptlagerschale, Bild 39 d, das für den Wellenzapfen. Dabei wurde angenommen, daß die Fliehkräfte der Welle zusammen mit dem unteren Teil der Pleuelstange ausgeglichen sind. Die K r ä f t e nach Bild

80

2.1

Kurt Löhner und Herbert Müller

«S4)1.5 S-feffSNflj,2 N 'ÄS« M » Vi,:3 .2 CL «0 Z « a •£ 39 SS • a « a Ji £ a « acute?

2.1

Verbrennungsmotor - Theoretische Grundlagen

81

39 a und b sowie die nach Bild 39 c und d sind gleich groß, nur in ihrer Richtung relativ zu den Bezugssystemen verschieden, vgl. Bild 38. Zu den genannten Kräften kommen bei mehrzylindrigen Maschinen mit mehreren Grundlagern noch Kräfte aus den benachbarten Kurbelkröpfungen. Diese gegenseitige Lagerbeeinflussung in der Reihenmaschine ergibt sich aus den Biegungsmomenten der Kurbelwelle, die aus der Kraft, die an einer Kröpfung angreift, entstehen. Diese Biegungsmomente wirken über die P

1

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i

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h

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h max

Bild 45. Schwungradermittlung aus dem Drehkraitdiagramm nach Radinger [15] kraft bezogen, die Flächen zwischen der mittleren Drehkraftlinie nach oben (Arbeitsüberschußflächen) sind flächengleich mit denen nach unten (Arbeitsunterschußflächen). Der Inhalt einer Einzelfläche ist nach Bild 45 (77) A = fT.r.da — fW-r.dx = f (T — W) • r • doc und kann durch Planimetrieren bei Berücksichtigung des Maßstabes erhalten werden. Um die gesamte aufzuspeichernde Arbeit zu bestimmen, fängt man mit einer Über- oder Unterschußfläche der Drehkraftlinie über die Widerstandslinie an, z. B. mit fx und addiert (bzw. subtrahiert) die weiteren positiven und negativen Flächen. Die Summe aller Flächen muß zu 0 werden. Die vom Schwungrad aufzuspeichernde Arbeit ist dann gleich dem Werte zwischen dem größten positiven und dem größten negativen Betrag. Durch den Wechsel zwischen Arbeitsüberschuß und Arbeitsunterschuß des Drehkraftdiagramms gegenüber dem Widerstand werden die gesamten Massen des Kurbelgetriebes einschließlich Schwungrad ständig beschleunigt und verzögert. Die zugeführte Arbeit ist gleich der Zunahme der kinetischen Energie: M, (78) ' ("max — ' Da die Schwungradmasse meist überwiegt, wird der Arbeitsüberschuß auf deren Masse und Geschwindigkeit bezogen. Als Maß für die Geschwindigkeitsschwankungen wird der Ungleichförmigkeitsgrad i» TV 7s

laufende Winkel in jedem Abschnitt, gezählt vom Beginn bis zum E n d e des Abschnitts.

*zE +

H

H

c21^2

b\E

=

0 =

S

2 ^

+

f

^

C 22

33

F ü r den E n t w u r f eines Nockens sind folgende Größen nach der gewünschten Nockencrhebung festzulegen: #0» #8» Um eine gute Anpassung an den Verlauf der Ventilfederkraft zu erreichen, empfiehlt sich & 2 l& 3 = 0 , 1 . . . 0,2

und

2 = 0,6 . . . 0,75

z. B .

a = 5/8

zu wählen. U m einen günstigen Vornocken entsprechend dem unten gesagten zu erhalten, sollte H0 und 0 so abgestimmt werden, daß etwa s *Q

E

=

0,9 mm = Hq *

0

71

wird. Die Nockenkonstanten ergeben sich aus der Bedingung, daß Hub, Geschwindigkeit und Beschleunigung am Übergang von einem zum andern Nockenabschnitt in beiden Abschnitten glcich sein müssen. Zur Vereinfachung der Rechnung wurden folgende Faktoren definiert: /®2\*

5 + 2

JC, = fc, + fc2 + K D a m i t ergeben sich die Nockenkonstanten zu C 11

:=

*1 •

•> K

1B ll =

12+/ir 12 +

Bei dem im Motor vorliegenden Fall einer Wechselbeanspruchung der Feder ist besonders auf die Höhe der Wechselspannung, d. h. auf die Differenz der Beanspruchungen in den Zuständen 2 und 1 zu achten. Der zulässige Wert darf keinesfalls überschritten werden. Weniger kritisch ist die höchste auftretende Spannung, die eventuell den angegebenen maximal zulässigen Wert leicht überschreiten kann. Für Federstahldraht I nach DIN 2076, der meist verwendeten Qualität für Ventilfedern kann r\y = 30 kp/mm 2 und r 2 ~ 60 kp/mm 2 gewählt werden. Da die einzelnen Windungen der Feder unter Umständen bei höherer Drehzahl des Motors Eigenschwingungen ausführen, die beim Gegeneinanderschlagen der Windungen ein Schwirrgeräusch hervorrufen und außerdem die Federkraft herabsetzen, besteht Veranlassung, die Eigenfrequenz der Feder so hoch wie möglich zu wählen. Diese ist 30

Tw fw-k

30 j / 2 gG

mit q als spezifische Masse des Werkstoffs. Wenn man Tjy in kp/mm 2 und fjy in mm einsetzt, so ergibt sich für Stahl die Formel

1.8,24- 1 0 3 Diese ist wesentlich handlicher und übersichtlicher als die oben genannte. Wie man sieht, ist die Eigenfrequenz nur abhängig von dem im Betrieb auftretenden Federweg fw> also dem Ventilhub, und der Wechselspannung. Die zulässige Wechselspannung sollte also voll ausgenutzt werden. Für besonders hohe Ansprüche stellt man heute Federn mit ungleichmäßigen Abständen von Windung zu Windung her. Diese haben eine nicht lineare Federcharakteristik und sind schwirrarm. Bei Spezialbehandlung kann die zulässige Wechselbeanspruchung noch höher angesetzt werden [35]. Zur Übertragung der Federkraft auf das Ventil dienen Ventilkegelhälften. Es sind mehrere Konstruktionen bekannt geworden, von denen die wichtigsten in Bild 106 dargestellt sind. Die Kegelhälften nach Bild 106 a haben den Vorteil einer einigermaßen genauen Fixierung der Feder, aber den Nachteil, ziemlich große Kerbspannung im Ventil hervorzurufen, obwohl der Bund der Bild 106. (a—c) Ventilkegelhälften [36]

168

H. O. Derndinger

2.22

Kegelhälften nicht in der Nut des Ventils anliegt. Die Kegelhälften nach Bild 106 b rufen noch größere Kerbspannungen im Ventil hervor, haben aber eine einfache billige Form. Die geringsten Kerbspannungen geben die Kegelhälften nach Bild 106 c wegen der kreisförmigen Nut im Ventil. Andererseits kann die Lage des Federtellers in einem großen Bereich schwanken und dadurch die Größe der Federkraft in einer Serie stark unterschiedlich sein. Die Ventile sind thermisch und mechanisch außerordentlich hoch beansprucht. Man kann sich wundern, daß diese zu der heute üblichen Betriebssicherheit gebracht werden konnten. Bei Vollast kann das Einlaßventil 300 500°C, das Auslaßventil 600 800°C erreichen, also rotglühend sein. Außerdem werden sie angegriffen z. B . vom Bleitetraäthyl, das dem Ottokraftstoff zur Erhöhung der Klopffestigkeit beigegeben wird. Diese Korrosion tritt in heißem Zustand auf, wodurch es Narben erhält, die die Haltbarkeit herabsetzen. Nach Cherrie und Tauschek ist die übliche Tem«i p u g ojn o (o lololo Klo 'S g i* eö £ s 3i? s « cö Ja B J3

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20

>00 110

10 &

SO SV

100 Temperatur

des Öles l°cl

Bild 1. Zähigkeits-Temperaturverhalten von Motorölen

120 -

2.231

Gleitlager und ihre Schmierung

197

Die Zähigkeit der Schmiermittel ist von der Temperatur abhängig, und zwar fällt bei flüssigen Schmiermitteln die Zähigkeit mit zunehmender Temperatur, bei gasförmigen steigt die Zähigkeit mit der Temperatur an. Das Viskositäts-Temperatur-Verhalten (V-T-Verhalten) eines Schmieröls läßt sich nur schwer formelmäßig angeben. Man wählt deshalb eine graphische Darstellung, wobei sich durch Wahl geeigneter Maßstäbe gerade Linien für das V-T-Verhalten in einem bestimmten Temperaturbereich erzielen lassen (Bild 1). Mit zunehmendem Druck im Schmieröl nimmt die Zähigkeit zu. Das Verhältnis der Zähigkeit unter Druck zur Zähigkeit bei Atmosphärendruck ist stark abhängig von der Olart und wird im allgemeinen mit zunehmender Temperatur kleiner. Bei einem Druck von 500 Atmosphären werden Zähigkeitsverhältnisse von 2—4, bei einem Druck von 1000 Atmosphären Zähigkeitserhöhungen bis zum 10 20fachen Wert erreicht. Neben der Zähigkeit, die in erster Linie maßgebend ist für die Tragfähigkeit eines Lagers, sind andere Eigenschaften eines Schmiermittels für einen einwandfreien Betrieb ebenso wichtig. Hierzu gehören insbesondere die Eigenschaften eines Öls für den Betrieb im Mischreibungsgebiet, die Fähigkeit ölunlösliche Teile in Schwebe zu halten und die Alterung des Schmiermittels zu beeinflussen. Zu diesem Zweck werden den Schmierölen Zusatzstoffe (Additives) zulegiert, um längere öllebensdauer zu erreichen. Über die Eignung bestimmter Schmierölsorten für die Verwendung in einem bestimmten Motor lassen sich keine allgemeingültigen Angaben machen. Die für das Gesamtverhalten eines Schmiermittels maßgebenden Größen lassen sich nicht in einfache Zahlenwerte fassen und können im allgemeinen nur durch geeignete Untersuchungen in dem entsprechenden Verbrennungsmotor festgelegt werden.

3

Berechnungsgrundlagen für Radiallager

Die Berechnung hydrodynamisch geschmierter Gleitlager geht aus von der Reynoldsschen Grundgleichung für das Gleitlager, aus der für gegebene äußere Lagereinflußgrößen und Bewegungsverhältnisse der Schmiermitteldruck und die Tragfähigkeit ermittelt werden können. Man unterscheidet bei der Angabe der Berechnungsmethoden zweckmäßigerweise zwischen Radial- und Axialgleitlager, die sich durch verschiedenartige Form des Schmierspaltes unterscheiden. 31 Grundgrößen Beim Radialgleitlager wird der Schmierspalt gebildet durch die exzentrische Lage der Welle in der Lagerschale (Bild 2). Die maßgebenden geometrischen Größen eines Radialgleitlagers sind: d = Durchmesser der Welle D = Durchmesser der Lagerschale B = Breite des Lagers s = D—d = absolutes (Durchmesser-)Lagerspiel. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, für die Berechnung von Lagern dimensionslose Größe zu verwenden, da sich damit die Gesetzmäßigkeiten einfacher und klarer angeben lassen. Als geometrische Kenngrößen eines Lagers werden deshalb die Breite B und das Lagerspiel s auf den Lagerdurchmesser D bezogen

ß = — = relative Lagerbreite ip =

= ^ ß ^ = relatives Lagerspiel.

Die relative Lagerbreite ß liegt im allgemeinen zwischen den Werten 1 und 0,25, während das relative Lagerspiel meist in °/00 angegeben wird (etwa zwischen 0,5°/ÜO und 3°/00).

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Heinz W. Hahn

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Zur Kennzeichnung der Betriebssicherheit eines Lagers wird als geometrische Größe die kleinste Schmierspaltdicke h0 herangezogen. Während bei vollkommen glatter Oberfläche der Lagerteile theoretisch ein unendlich kleiner Schmierspalt möglich wäre, bedingen die Oberflächenrauhigkeiten und die Abweichungen von der geometrischen Form der Lagerteile einen endlich großen geringsten Schmierspalt. Man definiert deshalb zweckmäßigerweise eine geringste zulässige Schmierspaltdicke ftzui» die nicht unterschritten werden darf. Die Oberflächen der Lagerteile lassen sich, abhängig vom Bearbeitungsverfahren und vom Werkstoff, mit einer bestimmten Bauhtiefe herstellen. Die zulässige Schmierspaltdicke h yll i wird in einem gewissen Zusammenhang mit dieser Bauhtiefe stehen. Eine genaue Belation läßt sich nicht allgemein angeben; als Anhaltswert mit einem gewissen Sicherheitsabstand kann die Summe der Bauhtiefen für die Größe der zulässigen Schmierspaltdicke gelten. Es muß bei der Berechnung eines Lagers allerdings berücksichtigt werden, daß die allgemeinen Zusammenhänge zwischen Lagerbelastung und Schmierspaltdicke nur für den Fall starrer, nicht verkanteter Lagerteile Gültigkeit besitzen. Die unter der Wirkung von Kräften und Momenten auftretenden Verformungen können zu großen Abweichungen von diesen Gesetzmäßigkeiten führen. Es ist aber nicht richtig, die zulässige Schmierspaltdicke dadurch festzulegen, daß man zum Beispiel die maximale Durchbiegung der Welle im Lager zu der Summe der Bauhtiefen addiert. Durch die Verformung entsteht nämlich ein Schmierfilm von unterschiedlicher Dicke in Breitenrichtung, der auch zu einer verschiedenartigen Druckverteilung im Schmiermittel führt. Da der Druck stark progressiv mit der Abnahme der Schmierspaltdicke ansteigt, beeinflussen die großen Öldrücke auch die Verformungen von Welle und Gehäuse, so daß nur ein Teil der errechneten maximalen Durchbiegung im Lager wirksam wird. Durch geeignete konstruktive Gestaltung, besonders des Lagergehäuses, und geeigneter Wahl des Lagerwerkstoffes, wird dieser Ausgleich weiter unterstützt. J e günstiger die Steifigkeit des Gehäuses und das Anpassungsvermögen des Lagerwerkstoffes auf die Deformation der Welle abgestimmt sind, desto geringer ist

2.231

Gleitlager und ihre Schmierung

199

der Einfluß dieser Deformation auf die Wahl der zur Betriebssicherheit ausreichenden zulässigen Schmierspaltdicke hzu\. Anstelle der geringsten Schmierspaltdicke h0 wird auch häufig die Exzentrizität e zwischen Wellenmittelpunkt und Schalenmittelpunkt verwendet Ar = — - — = e + h 0 . Die Lage des engsten Schmierspaltes kennzeichnet man durch den Winkel y bzw. (pp_ Dimensionslose Größen erhält man, wenn man auf die Radiendifferenz Ar bezieht. e = — ~ = relative Exzentrizität Ar H0 = -^p- = relative geringste Schmierspaltdicke Die zeitliche Änderung der Schmierspaltform läßt sich durch die zeitlichen Änderungen von e und y angeben, wobei man zweckmäßigerweise gleichzeitig auf die Wellendrehfrequenz m bezieht. de —=— = dimensionslose Radialgeschwindigkeit des Wellenmitteldcot punkts dy —j— = dimensionslose Tangentialgeschwindigkeit des Wellendwt mittelpunkts Diese beiden Größen sind wichtig für Lager mit zeitlich veränderlicher Belastung, bei denen der Wellenmittelpunkt keine stationäre Lage einnimmt, sondern entsprechend der Belastungsform die geringste Schmierspaltdicke dauernd ihre Größe und ihre Lage ändert. 32

Tragfähigkeit

Betrachtet man nur Lager mit zeitlich konstanter Belastung, so lassen sich zur Kennzeichnung der Tragfähigkeit eines Lagers einfache Kennlinien aus der hydrodynamischen Lagertheorie erarbeiten. Man muß auch hier auf eine weitere dimensionslose Größe zurückgreifen, auf die SommerfeldKennzahl So. Sie ist eine sehr wichtige Größe bei der Lagerberechnung und faßt alle äußeren Einflußgrößen des Lagers zusammen, nämlich P = mittlere Lagerbelastung (auf die Lagerprojektion bezogen) V B-D kp 71 — Drehfrequenz der Welle [sec~ V =

D — d. = relatives Lagerspiel D

rj = dynamische Zähigkeit des Schmiermittels

kp sec

und zwar in der Form So = ^ — Sommerfeld-Zahl rj • a> Den Zusammenhang der in der Sommerfeld-Zahl So zusammengefaßten äußeren Einflußgrößen mit der Schmierspaltdicke, dargestellt durch die

200

Heinz W. H a h n

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dimensionslose Größe der relativen E x z e n t r i z i t ä t e bzw. der relativen Schmierspaltdicke H0 zeigen die in Bild 3 dargestellten Lagerkennlinien. Hierbei ist die geometrische F o r m der Lager, angegeben d u r c h das Breitenverhältnis ß, noch als zusätzliche Einflußgröße hinzugezeichnet. M a n e r k e n n t aus diesen Linien, d a ß die Tragfähigkeit eines Lagers, ausg e d r ü c k t d u r c h die So-Zahl, m i t d ü n n e r w e r d e n d e m Schmierspalt z u n i m m t ,

Bild 3. Tragfähigkeit v o n Radialgleitlagern (Lagerkennlinien So - - f (e f ß)

u n d zwar s t a r k progressiv. F ü r eine b e s t i m m t e Betriebssicherheit, d. h. f ü r eine als zulässig erachtete minimale Schmierfilmdicke /t z u i, ergibt sich eine m a x i m a l e dimensionslose Lagerbelastung So. D a r a u s e r k e n n t m a n , d a ß v o n der h y d r o d y n a m i s c h e n Seite ein Lager u m so sicherer ist, j e niedriger seine Belastung u n d j e höher seine Drehzahl ist. Die Angabe eines W e r t e s p • v als Maximalwert ist deshalb aus der h y d r o d y n a m i s c h e n Sicht falsch. A u s dieser m a x i m a l e n So-Zahl ergibt sich weiterhin, d a ß hochbelastete Lager bei gleicher Betriebssicherheit ein kleineres Lagerspiel benötigen als niedrig belastete Lager. Sinngemäß müssen Lager m i t niedriger Drehzahl m i t kleinerem Lagerspiel a u s g e s t a t t e t werden.

2.231

Gleitlager und ihre Schmierung

£ I

—

e

Bild 4. Winkel zwischen Kraftrichtung und Lage des engsten Schmierspaltes o

- ¿ L für So > 1 . V [So Die im Lager entstehende Reibungsleistung \ r beträgt -Vr=/i-

P-v

=

±-fi.p.ß.D*.a>

Die Reibungsleistung allein ist allerdings noch nicht ausreichend zur Beurteilung des thermischen Verhaltens des Lagers; die Temperaturerhöhung des Schmiermittels im Lager wird durch die Wärmeabgabe nach außen und durch die zur Aufnahme der Reibungsenergie zur Verfügung stehende Schmiermittelmenge bestimmt (siehe hierzu 2.231.34 und 2.231.35). 34

Durchfließende

Schmiermittelmenge

Jedes Gleitlager benötigt zum Aufbau eines tragfähigen Schmierfilms eine bestimmte Schmiermittelmenge. Diese Mindestmenge wird bestimmt durch die Strömungsverhältnisse im Schmierspalt und hängt im allgemeinen nur von der Geometrie des Lagers sowie von den äußeren Einflußgrößen, Belastung, Drehzahl und Zähigkeit des Schmiermittels ab. Der Zuflußdruck des Schmiermittels ist für diese Mindestmenge ohne Bedeutung. Durch Erhöhung des Zuflußdruckes kann selbstverständlich die durch das Lager fließende Schmiermittelmenge wesentlich erhöht werden. Hierdurch wird aber (abgesehen von einem geringen hydrostatischen Effekt) die Tragfähigkeit des Lagers nicht verändert. Diese zusätzliche Schmiermittelmenge fließt an den Lagerseiten aus und kann zur zusätzlichen Kühlung herangezogen werden 1 ). Die absolute Schmiermittelmenge V läßt sich somit aus zwei Anteilen zusammensetzen, einem Anteil F y , der durch die Rotation der Welle hervorgerufen wird und einem Anteil Vß, der durch erhöhten Zuflußdruck erzeugt wird. Für eine Darstellung eignet sich wiederum eine dimensionslose Betrachtungsweise in Form der relativen Durchflußmenge Qx u n d Qd0VT - ~ oV£ --

Vt V • o>

Vd

-3—-3

mit p0 = Zuflußdruck des Schmiermittels (kp cm 2 Überdruck). Bild 7 zeigt die relative Schmiermittelmenge Qx infolge Wellendrehung und Bild 8, die relative Schmiermittelmenge Qd infolge Druckölzufluß für eine Nutenform in Abhängigkeit von der relativen Schmierspaltdicke und dem Breitenverhältnis 3. Den Einfluß der Zitronenform und der Freiräumung für den Öldurchfluß behandelt Roemer [45]. Die hieraus resultierende niedrigere Sehmiermitteltemperatur erhöht dann allerdings die Tragfähigkeit des Lagers über den Anstieg der Schmiermittelzähigkeit.

2.231 35

203

Gleitlager und ihre Schmierung T e m p e r a t u r e r h ö h u n g im L a g e r

Die Temperatur des Schmiermittels im Lager stellt sich entsprechend der durch Reibung erzeugten Wärmeenergie und der nach außen abgeführten Wärmemenge ein. Ein Teil der Reibungswärme wird an die freien Oberflächen der Lagerteile geleitet und von dort an die Umgebung abgegeben.

s Q33

JT5ÖL

10*

B i l d 6. Reibungsverhaltea von Radialgleitlagern ui y — / ( S o . ß)

Diese Wärmemenge wird bestimmt durch die wärmeabgebende Fläche A und die Wärmeübergangszahl a. Q ^ a - A ^ - Ö , )

& = Temperatur des Schmierfilmes = Temperatur der Außenfläche A = Umgebungstemperatur Da der Temperaturunterschied zwischen Schmierfilm und Außenfläche klein ist gegenüber der Temperaturdifferenz zwischen Außenfläche und Umgebung kann man zur Vereinfachung schreiben: Q ^ a - A { & — &

0

)

Ein anderer Teil wird an das durch das Lager fließende Schmiermittel abgegeben und erhöht die Schmiermitteltemperatur beim Durchfluß.

V = durchfließende Schmiermittelmenge c = spezifische Wärme des Schmiermittels

mkp kg °C

y = spezifisches Gewicht (Dichte) des Schmiermittels = Eintrittstemperatur des Schmiermittels [° C] = Austrittstemperatur des Schmiermittels [°C]

kg

Heinz W. Hahn

204

2.231

2fi

P'XO

A

Oß

/

//

0,25

Ofi

OJ

Oß

E

Bild 7. Relative Schmiermittelmenge infolge Wellendrehung (i^i = f {e, ß)

Die spezifische Wärme und das spezifische Gewicht (Dichte) sind von der Temperatur abhängig. Als Mittelwerte kann man einsetzen "/ = 900

1,8- 10 5 -

m3

V ^ — Ö J

m c = 200

mkp

oder

3-

=

V

— sec

—

mkp

mkp

ltr

[V] =

Für das Gleichgewicht zwischen erzeugter Reibungswärme JVr und der abgeführten Wärmemenge Q1 und Q2 gilt N

r

=