Mal was Verrücktes: Nockenwellen/ESP-Antrieb per Treibstange

Hi!

Ich will mal wieder die Zahnriemen/Steuerkette-Diskussion aufleben lassen. Scheinbar gibt es unter den etablierten Antriebsmethoden nur diese beiden Varianten.

Aber schauen wir uns mal an, womit eine Drehbewegung verlust- und geräuscharm, schlupffrei und technisch einfach übertragen werden kann (allerdings nur mit Übersetzung 1:1):

http://www.jockels-hobbyecke.de/shop/images/big/141.jpg

Diese Loks sind für 60km/h und mehr ausgelegt, bei einem Treibraddurchmesser von ~1m erreicht der Treibstangentrieb (in Relation) da eine riesige Drehzahl! (~5 Umdrehungen pro Sekunde!) Übertragen auf den PKW-Nockenwellenantrieb hieße das bei maximal 2000U/min einen 'Hub' von ~80mm (realistisch für die Drehmomentübertragung), um weniger Umfangsgeschwindigkeit zu haben als an der Lok!
Allerdings sind 2 90° versetzte Kurbelkröpfungen (also 2 Treibstangen) für einen kompletten Treibstangentrieb erforderlich, um den Totpunkt zu überwinden und das Moment gleichmäßig zu übertragen (die Lok nutzt für den 90°-Versatz beide Lokseiten)

Vorteile des Treibstangentriebs:

-frei von Rückschlag- oder Peitscheneffekt oder Längung, absolut präzise Kraftübertragung auch bei Drehmomentspitzen
-bei Einbeziehung in den Schmierkreislauf absolut wartungsfrei auf Lebenszeit des gesamten Triebwerks, im Gegensatz zu Riemen und Kette
-bei Gleitlagerung äußerst geräuscharm, schlägt evtl. sogar den Zahnriemen
-es lassen sich problemlos mehr als 2 Wellen (z.B. für VP) koppeln, selbst wenn sie nicht in einer Linie (wie bei der Lok) liegen
-IMO keinesfalls teurer als Kettentrieb


Nachteile:

-höhere Baubreite aufgrund zweier um 90° versetzter Treibstangentriebe sowie der Ausgleichsgewichte an An- und Abtriebswelle
-nicht 100% unwuchtfrei. Aufgrund der relativ niedrigen Drehzahlen und der hohen Gesamtbelastung v.a. der NW-Lager aber IMO belanglos
-Übersetzung immer nur 1:1, daher ein einfacher Stirnradtrieb 2:1 an der KW notwendig. Dieser verringert jedoch die Distanzen der Wellen, so daß die Treibstangenmasse sinkt.

Aufgrund der interessanten Vorteile frage ich mich, ob es schon Motoren mit dieser NW-Antriebsart gab bzw. wenn nein, warum nicht.

ciao

Schau mal hier!
http://www.ich-fahr-max.de/download/bmamo98d.pdf

ah, interessant, daß meine Idee bereits umgesetzt wurde, zudem in einem ziemlich erfolgreichen Motorradmotor

http://img129.

/img129/9418/nsu4sh.jpg

Allerdings wird das ernstzunehmende Problem der Wärmedehnung der Treibstangen erwähnt. (bzw. Dehnungsdifferenz Block-Treibstangen), welches aber vielleicht durch variables Flankenspiel eines 'Frei schwebenden' großen Stirnrades ausgleichbar ist.

SeatArosa1.7SDI hat folgendes geschrieben:

... -frei von Rückschlag- oder Peitscheneffekt oder Längung, absolut präzise Kraftübertragung auch bei Drehmomentspitzen

... Nur wenn die Treibstangen so Massiv ausgelegt wären das Durchbiegungen nicht (oder nur gering) möglich sind. Leider wirst du damit keinen Motor bauen können der vom Wirkungsgrad auch nur annähernd in die Regionen kommt wie es heute Stand der Technik ist. Bei der Eisenbahn benötigt man ja Gewicht, beim PKW kann man das nicht gebrauchen.

Zitat:

Nachteile: ... -nicht 100% unwuchtfrei. Aufgrund der relativ niedrigen Drehzahlen und der hohen Gesamtbelastung v.a. der NW-Lager aber IMO belanglos ...

Genau da liegt der Knackpunkt und das KO Kriterium schlechthin. Der NW Antrieb muss weitgehend frei von Umwuchten sein, da du sonst einen Schüttel- und Rüttelmotor bekommst den du nur mit viel Aufwand Ruhig stellen kannst. Entweder viel Masse oder Ausgleichswellen und die damit verbundenen Nachteile.

Zitat:

... Aufgrund der interessanten Vorteile frage ich mich, ob es schon Motoren mit dieser NW-Antriebsart gab bzw. wenn nein, warum nicht.

Gegenfrage .... Warum so Aufwändig?
Eine Untenliegende Nockenwelle mit Stößelstangen funktionierte doch auch einwandfrei. Keine Probleme mit dem NW Treib.
Warum aber gibt es kaum noch Motoren in dieser Bauart?
Dann hast du deine Antwort warum der Treibstangenantrieb im Motorenbau auch eine Totgeburt war.

Genau da liegt der Knackpunkt und das KO Kriterium schlechthin. Der NW Antrieb muss weitgehend frei von Umwuchten sein, da du sonst einen Schüttel- und Rüttelmotor bekommst

Daß dieses Prinzip in einem erfolgreichen Motorradmotor (Motorrad, nicht Lanz Bulldog!!!) verwendet wurde, spricht gegen diese pauschale Behauptung. Gerade im Motorradbereich sind vibrationsarme Triebwerke mehr als bei jeder anderen Fahrzeugart notwendig.

... Nur wenn die Treibstangen so Massiv ausgelegt wären das Durchbiegungen nicht (oder nur gering) möglich sind.

Wenn beim Motorradmotor schon Stahlstangen erfolgreich waren, was sind dann erst Kevlarstangen...

Eine Untenliegende Nockenwelle mit Stößelstangen funktionierte doch auch einwandfrei. Keine Probleme mit dem NW Treib.
Warum aber gibt es kaum noch Motoren in dieser Bauart?

Stößelstangen übertragen eine (nichtsinusförmige!) oszillierende Bewegung. Die Masseträgheit wirkt sich hier direkt auf das Gesamtsystem aus. Für gleiche Schließgeschwindigkeit bei hoher Drehzahl müssen die Ventilfedern entsprechend kräftiger sein. Entsprechend höher ist das mittlere Kraftniveau, das die Nockenbahn übertragen muß, und damit die Reibungsverluste. (Wobei bei Einsatz von High-Tech-Ultraleicht-Materialien für Stößelstangen auch diese Antriebsart wieder diskutabel wäre. Etwa Verbundwerkstoff aus Titan und Kevlar)

Beim Treibstangentrieb existiert dieses Problem nicht, da alle beteiligten Elemente eine Kreisbahn beschreiben.

Nein, Deine Argumente sind bisher nicht hinreichend, um den Treibstangentrieb technisch zu disqualifizieren. IMO spielt auch 'Geiz-ist-geil' und die zweite Lohntüte der Autokonzerne (die Vertragswerkstätten, die schließlich auch beschäftigt werden wollen) eine Rolle.

SeatArosa1.7SDI hat folgendes geschrieben:

... Daß dieses Prinzip in einem erfolgreichen Motorradmotor (Motorrad, nicht Lanz Bulldog!!!) verwendet wurde, spricht gegen diese pauschale Behauptung. Gerade im Motorradbereich sind vibrationsarme Triebwerke mehr als bei jeder anderen Fahrzeugart notwendig.

... Spricht jemand der sicher tausende Max gefahren hat. Also aus eigener Erfahrung kann ich dir sagen dieser Motor ist alles andere als "erfolgreich" und auch alles andere als Laufruhig. Gegenüber den damals erhältlichen Stoßstangen Motoren war er das sicher, aber die OHC Motoren können das um Welten besser. Daher ist dieses Konzept auch verschwunden.
Wenn du schon tief in den Motorkonzepten suchst, dann sich auch mal nach dem Königswellen Motoren.

Zitat:

Zitat: ... Nur wenn die Treibstangen so Massiv ausgelegt wären das Durchbiegungen nicht (oder nur gering) möglich sind. Wenn beim Motorradmotor schon Stahlstangen erfolgreich waren, was sind dann erst Kevlarstangen...

Kevlar im Motor?
Wenn Keramik sich schon nicht richtig durchsetzen kann, was willst du dann erst mit dem viel Temperaturempfindlicheren Kevlar machen?
Wenn das Temperaturproblem behoben würde, wäre das eine Ideale Sache.

Zitat:

Zitat: Eine Untenliegende Nockenwelle mit Stößelstangen funktionierte doch auch einwandfrei. Keine Probleme mit dem NW Treib. Warum aber gibt es kaum noch Motoren in dieser Bauart? Stößelstangen übertragen eine (nichtsinusförmige!) oszillierende Bewegung. Die Masseträgheit wirkt sich hier direkt auf das Gesamtsystem aus. Für gleiche Schließgeschwindigkeit bei hoher Drehzahl müssen die Ventilfedern entsprechend kräftiger sein. Entsprechend höher ist das mittlere Kraftniveau, das die Nockenbahn übertragen muß, und damit die Reibungsverluste. (Wobei bei Einsatz von High-Tech-Ultraleicht-Materialien für Stößelstangen auch diese Antriebsart wieder diskutabel wäre. Etwa Verbundwerkstoff aus Titan und Kevlar) Beim Treibstangentrieb existiert dieses Problem nicht, da alle beteiligten Elemente eine Kreisbahn beschreiben.

.... Bei beiden Konzepten "vergisst" du die Durchbiegung der Treibstangen. Das ist nur begrenzt beherrschbar (zumindest mit vertrebarem Matreialaufwand).
Dein Einwand mit dem HiTech Material ist absolut richtig, doch leider würdest gerade du diesen Mehrpreis sicher nicht tragen wollen.
Dir ist z.B. der Preis eines Porsche Pleuels in Titan- und Stahausführung bekannt? Da liegt Fakter 50 dazwischen.

Zitat:

Nein, Deine Argumente sind bisher nicht hinreichend, um den Treibstangentrieb technisch zu disqualifizieren.

Technisch nicht, aber Kostentechnisch.

Zitat:

IMO spielt auch "Geiz-ist-geil" und die zweite Lohntüte der Autokonzerne (die Vertragswerkstätten, die schließlich auch beschäftigt werden wollen) eine Rolle.

Das "Geiz ist Geil" bestimmt immer noch der Kunde. Also auch du.
Kauf dir doch endlich deinen ZR-Losen Motor. Warum kaufst du dir denn so eine "Gurke" mit ZR und beschwerst dich dann über dieses Konzept? Weil du genauso Inkonsequent bist und lieber die günstigstere Version nimmst (Geiz ist halt doch Geil).
DU bist derjenige der dem Hersteller mit dem Kauf in seiner Entscheidung bestärkt weiter den Motor SO zu bauen.

Kauf dir doch endlich deinen ZR-Losen Motor. Warum kaufst du dir denn so eine 'Gurke' mit ZR und beschwerst dich dann über dieses Konzept? Weil du genauso Inkonsequent bist und lieber die günstigstere Version nimmst (Geiz ist halt doch Geil).

Falsch. Weil ein Produkt meiner Zielvorstellungen damals (1999) nie zahnriemen-los angeboten wurde. Mehr noch: Der Arosa SDI war ca. um 1997 der erste Serien-Dieselkleinwagen (und DI) der in die Kategorie '5-Liter-Auto' (also 4,XL) paßte. Mit einem Verbrauchsrekord für diesel-PKW kam er in die Schlagzeilen, als mit ihm die USA durchquert wurden mit 3,XL. Das hat mich 1997 beeindruckt, und da er als (fast)Neuwagen um 1999 recht preiswert war und ich so ein Exemplar erwischte, schlug ich zu.

DU bist derjenige der dem Hersteller mit dem Kauf in seiner Entscheidung bestärkt weiter den Motor SO zu bauen.

Und DAS ist halt der entscheidende Denkfehler. So einfach ist der Marktmechanismus (leider!) nicht. Ein Teil des 'Kundenwunsches' wird auch vom Hersteller selbst generiert. Vom Autohaus-Verkäufer über Reklame bis zur Berichterstattung in den Medien (ADAC & Co), alle manipulieren, wecken spezielle Begehrlichkeiten, lenken die Aufmerksamkeit der Massen in eine bestimmte Richtung. Siehe dazu auch http://de.schwurbel-wiki.org/wiki/Freier_Wille
Und wenn diese im Mainstream mitschwimmende Schafsherde eine kritische Masse übersteigt, dann funktioniert dein oben gepriesener Marktmechanismus nicht mehr. D.h., wenn die Mehrheit der Käufer in gewissen Dingen leicht manipulierbar und nur noch schwer in der Lage ist, sich ein objektives Gesamtbild zu verschaffen, dann kann die Nachfrage nach 'ZR-los' bei den restlichen 40%Käufer so groß sein wie sie will, sie bewirkt nichts mehr. Denn ein Zugewinngeschäft mit unterproportional leisem Protest gibt man nicht freiwillig auf. Leise ist der Protest vielleicht auch deswegen, da der Käufer sich ja tröstet, ein gutes Auto erworben zu haben: Im Crashtest um 0,XX% besser, neuestes CD-Radio mit TIM, Metalliclack ohne Aufpreis, Klima sogar als Klimaautomatik, Schiebedach, 3L mehr Kofferraumvolumen.............Wartungsfreiheit des Triebwerks auf Lebenszeit wurde nie beworben und gelangt so gar nicht ins Bewußtsein. Ein ZR-Intervall beim TDI von 60.000km zu je 500€ wurde von den Medien nie als Skandal öffentlich angeprangert. [ironie]Das kann dann also nicht schlimm sein. 'Hab extra in der ADAC-Zeitschrift nachgelesen, daß mein Auto 0,X% besser ist als XYZ. Dann ist es auch gut. Das mit dem ZR muß wohl so sein. Ich meckere heut und morgen noch ein bißchen, danach freue ich mich wieder über mein Auto.'[/ironie]

ciao
Holger

SeatArosa1.7SDI hat folgendes geschrieben:

.... Weil ein Produkt meiner Zielvorstellungen damals (1999) nie zahnriemen-los angeboten wurde. ...

Dann beschwer dich auch nicht. Du hst damit dem Hersteller den Rücken gestärkt.

Dir muss aber auch klar sein das gerade deine Zielvorstellungen nur mit einem leichten und kleinen Motor zu erfüllen sind. Kette oder Triebstangen machen ihn deutlich schwerer und voluminöser. Selbst heute ist das noch der Fall. Kein Motor mit Ketten ZR-Trieb erreicht so niedrige Verbrauchswerte. Wohl auch, weil diese Motoren nur in entsprechende Großfahzeuge eingebaut werden wo auch der Bauraum zur Verfügung steht. Du hast doch oben im Ursprungspost den Bauraum seiner Lösung schon angesprochen. Der würde jedem Packing Ing. die grauen Haare wachsen lassen.

Zitat:

... Und DAS ist halt der entscheidende Denkfehler. So einfach ist der Marktmechanismus (leider!) nicht.

Demnach verkauft BMW und DC keine Autos mehr (teurer Heckantreib, teuer ZR Treib ....). Trotzdem verkaufen die Fahrzeuge wie wild. Gerade dem Technisch interessierten Kunden wird der Heckantrieb und der robuste Motoraufbau als Marktargument verkauft. Dass er dafür auch deutlich mehr bezahlen muss und sogar nocht mehr Kraftstoff verbraucht ist dem Kunden dann scheinbar doch egal. Eben "Geiz ist NICHT Geil". Im Gegenteil zu deiner (lobenswerten) Einstellung. Nur muss man dann auch mit den Kompromissen leben. Was du auch scheinbar immer noch nicht willst.

Zitat:

Ein Teil des "Kundenwunsches" wird auch vom Hersteller selbst generiert.

Eher von den Medien. Der Hersteller braucht das nicht.

Zitat:

... Ein ZR-Intervall beim TDI von 60.000km zu je 500€ wurde von den Medien nie als Skandal öffentlich angeprangert.

Oh doch. Der Imageschaden verursacht durch ADAC Motorwelt und Auto Blöd von damals ist heute noch zu spüren.

Hi! Ich schreib später was dazu. Zunächst mal eine sehr schöne Übersicht über die 4 bedeutenden NW-Antriebe und deren historische Entwicklung (zum weiterblättern von 1 bis 4)

http://www.oldtimer-markt.de/__C1256B96004F36DA.nsf/previewFS?OpenPage&A&ArticleIDsorted/~63B83C610570B308C1256C860054FC6A

Die Diskussion kommt doch Jahre zu spät .

Mitterweile kann man ja auch mal einsehen, dass der ZR eine Entwicklung durchgemacht hat und heute ausgereift, leicht, leise und absolut technisch "im Griff" ist. Wenn sich ein Konstrukteur heute seinen morphologischen Kasten pinselt, wird er in der Summe aller Requirements wieder zum ZR als Problemlösung greifen.

Kein Autohersteller wird von "seinem" Konzept leichtfertig abgehen, das wird die Risikoabschätzung einer Neukonstruktion nicht hergeben.

Und ja - ich habe einen AJM gekauft (mit Wissen um das 60.000er-Intervall) - und mit Begeisterung gefahren. Heute ist das 120.000er-Intervall doch für die meisten kein Thema mehr (war es beim Benziner ja auch nie).

SeatArosa1.7SDI hat folgendes geschrieben:

...Zunächst mal eine sehr schöne Übersicht über die 4 bedeutenden NW-Antriebe und deren historische Entwicklung ...

Da fehlen aber noch einige:

- Zahnräder (Stirnräder)
Die hat es schon sehr früh in der NW Steuerung gegeben. Leider (genau wie bei den Schubstangen) bringt die Wärmeausdehnung und der Konstruktive Aufwand dazu bei diesen Konstruktionen das Aus (was VW gerade beim T5 TDI merkt).

- Pneumatische Ventil Steuerungen (sogar ohne NW)
Gab es auch schon sehr früh und sind heute in der F1 Stand der Technik. Für den Alltagsbetrieb wohl aber leider zu Aufwändig und zu teuer, aber super Leicht und extrem genau (schnell). Eigentlich das Nonplusultra (meiner Meinung nach).

- Elektromagnetische Betätigung (auch ohne NW)
Im Prinzip die einfachere Variante zur pneumatischen Betätigung. Leider sehr Energieaufwändig.

- Piezoelektrische Betätigung (auch ohne NW)
Wie die Pneumatische Betätigung .... Zukunftsmusik (mehr darf ich nicht sagen )



Du siehst es gibt noch deutlich bessere Konzepte. Von der Großserienreife sind sie aber noch ein wenig weg. Bis dahin müssen wir uns mit den konzeptionellen Krücken abfinden.

Bertil hat folgendes geschrieben:

- Zahnräder (Stirnräder) Die hat es schon sehr früh in der NW Steuerung gegeben. Leider (genau wie bei den Schubstangen) bringt die Wärmeausdehnung und der Konstruktive Aufwand dazu bei diesen Konstruktionen das Aus (was VW gerade beim T5 TDI merkt).

Leider sind Zahnräder und Zahnriemen bei einem PD Motor (den hier viele haben) auch die einzigen aktuellen NW-Antriebe. Die anderen Lösungen fallen hier leider weg.

Wie Du schon schreibst, hat sich der Stirnradtrieb im 5-Zyl-TDI auch disqualifiziert -zu Aufwändig und zu laut. Der Hauptgrund für das Auslaufen dieses Motors ist aber, dass der VR6 TDI dieses Leistungspektrum in Zukunft abdecken wird und unterhalb der 4-Zyl eingesetzt werden kann.

Das viele den Zahnriemen verteufeln kann ich auch nicht verstehen, er hat sich (wie schon erwähnt) weiterentwickelt. Wenn man die anderen Konzepte mal außen vor lässt blebt der Kettentrieb (die viele favorisieren) - der kann aber nur bei einem CR Motor eingesetzt werden. Zudem hat er auch einige Nachteile (am Bsp. des VW VR6 Motors): Schwer zugänglich da getriebeseitig, bis zu vier Dichtflächen die am Kettenspanner aufeinander treffen. Wenn hier Wartungserbeiten nötig werden, wird's teuer und aufwändig.

Hallo!

SeatArosa1.7SDI hat folgendes geschrieben:

Hi! Allerdings sind 2 90° versetzte Kurbelkröpfungen (also 2 Treibstangen) für einen kompletten Treibstangentrieb erforderlich, um den Totpunkt zu überwinden und das Moment gleichmäßig zu übertragen (die Lok nutzt für den 90°-Versatz beide Lokseiten) Nachteile: -nicht 100% unwuchtfrei. Aufgrund der relativ niedrigen Drehzahlen und der hohen Gesamtbelastung v.a. der NW-Lager aber IMO belanglos

Ich empfehle die Mitfahrt auf einer derartigen Lok, wenn machbar auch einmal auf einer 2-Zylinder Dampflok. Beide natürlich unter Last bei 60-80 km/h.
Du wirst sehen bzw. spüren, daß "nicht 100% Unwuchtfrei" ein relativer Begriff ist.

Zitat:

Vorteile des Treibstangentriebs: -frei von Rückschlag- oder Peitscheneffekt oder Längung, absolut präzise Kraftübertragung auch bei Drehmomentspitzen

Je nach aufzuwendender Kraft und verwendetem Material tritt durchaus eine Längung ein.
Hier sind die gleichen Kompromisse gefragt wie einst bei den Loks.

Zitat:

-es lassen sich problemlos mehr als 2 Wellen (z.B. für VP) koppeln, selbst wenn sie nicht in einer Linie (wie bei der Lok) liegen -IMO keinesfalls teurer als Kettentrieb

Garantiert teurer als Kettenantrieb, dazu kommt erheblich mehr Bauraum. Du darfst nicht die zu übertragenden Kräfte ausser acht lassen, speziell wenn Du PD oder VP antreiben willst. Gerade die für Dieseleinspritzung notwendigen hohen Momente verbunden mit den stossartigen Belastungen sind für den Nockenwellenantrieb eine Herausforderung. Beispielsweise ist bei PD ein Antrieb über Kette dadurch schwierig bis nicht möglich (nicht standfest genug).

Auch bringst du durch Treibstangen eine sehr grosse Masseträgheit in den Antrieb.
"Exotische" Materialien wären ja wieder zu teuer.

BYE
TDI-Schrauber

Bertil hat folgendes geschrieben:

- Pneumatische Ventil Steuerungen (sogar ohne NW) - Elektromagnetische Betätigung (auch ohne NW) - Piezoelektrische Betätigung (auch ohne NW)

Diese Perspektiven sind zumindest auch technische Gründe gegen PD und für CR.

Die Frage des Marktfensters finde ich hier aber spannend, denn ein kleines Dieselaggregat zur Stromerzeugung für den Voll-Hybrid braucht den Schnickschnack dann auch nicht mehr...

pschaefer hat folgendes geschrieben:

Bertil hat folgendes geschrieben: - Pneumatische Ventil Steuerungen (sogar ohne NW) - Elektromagnetische Betätigung (auch ohne NW) - Piezoelektrische Betätigung (auch ohne NW) Diese Perspektiven sind zumindest auch technische Gründe gegen PD und für CR. ...

Nicht zwingend. Auch mit Piezo Elementen kannst du Problemlos den nötigen Druck für eine PD Einspritzung erzeugen. Dazu benötigst du keine Nockenbetätigung. Erste Versuche dazu gab es sogar schon vor 10 Jahren. Mit dieser Technik würde eher der CR überflüssig. Ene Druckerzeugung am Ort des Geschehens ist immer besser und verlustärmer.