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Warum wird eine Ausgleichswelle bei einem doch so laufruhigen 4 Zylinder benötigt?

Themenstarteram 20. Februar 2022 um 9:46

Grüße,

ich bin sehr begeistert was die Technik und das Innenleben einer Maschine angeht. Deshalb habe ich mir mal die Ausgleichswelle angeschaut und ein bisschen recherchiert, weil ich mal wissen wollte wie sie aussieht und was ihre Aufgabe ist.

Nun ist mir aber nicht klar, warum eine großer 4 Zylinder-1000 ccm (im Video wurde gesagt, dass eine 600er die Welle noch nicht braucht) nun diese Ausgleichswelle braucht, wo dieser doch als besonders laufruhig angepriesen wird.

Bin neu hier, also gebt auch gerne paar Tipps, ob das Thema hier richtig ist.

 

LG Hoppelchen

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8 Antworten

Zitat:

@Hoppelhurzy34 schrieb am 20. Februar 2022 um 09:46:29 Uhr:

Nun ist mir aber nicht klar, warum eine großer 4 Zylinder-1000 ccm (im Video wurde gesagt, dass eine 600er die Welle noch nicht braucht) nun diese Ausgleichswelle braucht, wo dieser doch als besonders laufruhig angepriesen wird.

Ich habe das entscheidende Wort mal fett markiert.

Werbeversprechen darf man nicht sonderlich ernst nehmen, insbesondere dann, wenn sie sich auf technische Aspekte beziehen.

Von wirklicher Laufruhe kann man erst vom Sechszylinder an aufwärts sprechen. Beim Vierzylinder sind Maßnahmen (Ausgleichswelle) erforderlich, um eine halbwegs vergleichbare Laufruhe zu erzielen.

Bei Ausgleichwellen geht es um "den Ausgleich der Massenkräfte 2ter Ordnung".

Im Klartext:

Erster Ordnung sind Massenkräfte, die einmal pro Drehung auftauchen, meist auf und ab bedingt. Diese sind bei einer geraden Anzahl von Zylinder immer gegenseitig ausgleichend.

Jetzt gibt es noch pro Umdrehung doppelt auftretende Beschleunigungen: Bewegt sich der Kolben abwärts, wird er nochmals beschleunigt durch das "seitwärts wegziehen" des Pleuels durch die Kurbelwelle und weiter unten abgebremst durch die Bewegung des Lagerpunkts auf der Kurbelwelle in Richtung "Innen".

Nicht ganz physikalisch das selbe, aber zur Veranschaulichung stell dir vor, du Sitz auf einem Stuhl und jemand zieht ein Stuhlbein seitlich weg. Dann wirst "nach unten beschleunigt". Bei seitlicher Führung könnte dich jemand aber auch auf einem Umgekippten Stuhl durch drücken des Stuhlbeins nach innen nach oben schieben.

Immer noch verwirrend? Kann ich nachvollziehen! ;-)

https://www.kfz-tech.de/Biblio/Kurbeltrieb/Ausgleichwellen.htm

Zusammenfassend:

Durch die Drehung der Kurbelwelle wandert das untere Ende des Pleuels nach außen, wieder nach innen, wieder nach außen und wieder nach innen. Daraus folgen je zwei Beschleunigungen und Abbremsungen. Diese werden durch die Ausgleichswelle(n), kompensiert.

Themenstarteram 20. Februar 2022 um 15:19

Danke, dass ihr euch Zeit genommen habt und mir das verständlich erklärt habt. Hab es ganz gut verstanden. Gab n Däumchen. :)

Es ist zwar hier schon erklärt worden, aber ich habe vor einger Zeit versucht den Massenausgleich beim 4-Zylinder Reihenmotor möglichst anschaulich beschreiben:

https://dmot.at/massenausgl_4zyl.html

Übrigens so wie die Ausgleichswellen beim Link zu kfz-tech.de oben in der Animation dargestellt werden würde das zwar die senkrechte Kraftwirkung ausgleichen aber es würde auch ein zusätzliches waagrechtes Moment bewirken. Das würde nicht viel Sinn machen.

Dagegen ist der Massenausgleich 2. Ordnung im Bild darunter, eine ausgeführte Variante, natürlich so wie es sein muss.

Vielen Dank für die anschauliche Darstellung! Die ist wirklich wertvoll.

Das Vorliegen der Massenkräfte zweiter Ordnung war mir zwar bewusst, ich hatte mich aber nie intensiver mit den Hintergründen beschäftigt, insbesondere war mir nicht so bekannt, dass der Kolben bei 90° bzw. 270° nicht genau in der Mitte zwischen UT und OT steht. Die daraus folgenden Ableitungen sind für mich sehr gut nachvollziehbar, da ich als E-Techniker mit der Fourieranalyse sehr vertraut bin.

Ja, es wird auch kaum erklärt. Meistens wird es nur mit Mathematik beschrieben dass es die erste und zweite Ordnung gibt, aber nur wenig der geometrisch-physikalische Grund dafür.

Nachdem ich in den 80er Jahren Massenausgleich berechnet habe, hat mich das damals interessiert.

Das ist lange her und inzwischen bin ich im Ruhestand, aber ich beschäftige mich noch immer ganz gern mit allen möglichen Dingen die mich interessieren.

Und im heutigen Computer- und Internetzeitalter ist es auch ungleich leichter die Sachen darzustellen. In den 80er Jahren haben wir noch manche Grafiken auf mm-Papier gezeichnet. Computer hat es damals schon gegeben und manche Grafiken sind schon mit einem Plotter gezeichnet worden.

Ich bin im 2018er Jahr in Pension gegangen, ich habe also die neueren Zeiten durchaus auch erlebt.

So, in Erinnerung an die Massenausgleichsberechnungen bin ich etwas vom Thema abgekommen.

Und ja, die Fourieranalyse spielt meines Wissens in der Elektrotechnik noch wesentlich mehr eine Rolle, wenngleich sie im Maschinenbau auch gebraucht wird.

Sehr schöne Illustrationen!

Welche Motoren nun Ausgleichswellen bekommen und welche nicht, hängt meiner Erfahrung nach auch stark vom Einsatzzweck ab.

Bei einer 600er sind die Kräfte zum einen geringer, zum anderen wird der Motor generell höher gedreht - wo die schlimmsten Resonanzbereiche schon überwunden sind.

Das sieht bei hubraumstärkeren, niedertourigen Motoren dann schon wieder anders aus.

Im PKW ists meist nur Kostenersparnis - da gibts sonst identische Motoren teilweise mit und ohne Ausgleichswellen je nach Modell oder Leistung.

Manche Motoren werden damit völlig unbrauchbar für ihren Zweck, z.B. der 1.6er TDI im Golf 7, der enorm dröhnt wenn man "dieseltypisch" fährt.

Auch können mit Ausgleichswellen manche R3 laufruhiger gemacht werden als R4, die diese """nicht""" brauchen, z.B. BMWs K75 vs. K100.

Themenstarteram 27. Februar 2022 um 12:10

Also ich bedanke mich aus nochmal für die Beschreibung von gla. :) Gute Sache

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