Kurbelachse
Englisch: crank axle
Achse in der Art einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, mit ein oder zwei gekrümmten Abschnitten, die von ein oder zwei Zylindern innerhalb der Hauptrahmen angetrieben werden.
Kurbelwelle: versetzter Triebsatz, direkt von Motorzylindern angetrieben
Eine Kurbelwelle ist ein Triebsatz, der eine oder mehrere Kurbelversätze enthält, wobei jeder Versatz direkten mechanischen Antrieb von einem entsprechenden Motorzylinder erhält. Anders als ein konventioneller Triebsatz, der gerade oder einfach gekrümmt ist, enthält die Kurbelwelle absichtliche Biegungen oder Kurbelwangen, die mit den Zündpunkten der Pleuelstangen ausgerichtet sind und leiten die Kraft direkt von den Pleuelstangen auf den Triebsatz selbst über. Diese Bauweise war charakteristisch für frühe Dampflokomotiven und einige frühe Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren, bei denen die Antriebsräder auf dem Triebsatz selbst montiert waren, anstatt über Getriebe verbunden zu sein.
Die versetzten Abschnitte oder Kurbelwangen sind den Kurbelzapfen einer Kurbelwelle ähnlich, erfüllen aber eine andere Funktion. Bei einer Dampflokomotive könnte eine Kurbelwelle beispielsweise zwei Kurbelwangen haben, die 90 Grad auseinander positioniert sind, um Pleuelstangen von zwei Zylindern außerhalb des Rahmens aufzunehmen. Die Kurbelwangen wandeln die Hin- und Herbewegung der Kolben in eine Drehbewegung der Räder um. Der Triebsatz muss nicht nur das übertragene Drehmoment, sondern auch die Biegespannungen aufnehmen, die durch die unausgewogenen Kräfte an den Kurbelwangen während jedes Arbeitshubs entstehen, weshalb die Materialwahl und die Wandstärke entscheidend sind.
Konstruktion und Varianten
Kurbelwellen wurden typischerweise aus Baustahl oder Legierungsstahl geschmiedet, wobei die Kurbelwangen integral in den Triebsatzkörper integriert waren, anstatt aufgeschraubt zu sein. Der Durchmesser der Hauptlagersegmente, auf denen die Räder montiert werden, variierte je nach Last und Geschwindigkeit der Anwendung und reichte von 100 mm bis 300 mm oder mehr bei schweren Bahnlokomotiven. Der Hub der Kurbelwange, der Versatzabstand zwischen der Hauptachse und dem Zapfen, an dem die Pleuelstange ansetzt, bestimmte den Kolbenhub und beeinflusste direkt die Motorhubraum und die Drehmomentcharakteristiken. Ein typischer Hub konnte je nach Motorgröße zwischen 200 mm und 500 mm liegen.
Diese Konfiguration ist in modernen Anwendungen obsolet geworden. Straßenfahrzeuge wechselten zu kurbelwellengetriebenen Motoren mit externer Getriebeübersetzung zu den Rädern; Bahnlokomotiven übernahmen konventionelle Triebsätze mit Kuppelstangen und separaten Kurbelzapfen. Die Haupteinschränkung war die mechanische Komplexität und die hohen Spannungen, die sich in das Kurbelwellenmaterial konzentrierten, besonders in den Spannungskonzentrationszonen am Übergang zwischen dem Hauptlagersegment und dem gekrümmten Abschnitt. Diese Bereiche waren anfällig für Ermüdungsrisse unter der zyklischen Belastung des normalen Betriebs.
Der Begriff spiegelt die historische Abstammung des Bauteils wider. Er wurde nach seiner strukturellen Ähnlichkeit mit der Kurbelwelle eines Motors benannt, wurde aber als tragender Triebsatz angepasst. Industriearchive bewahren Beispiele aus späten 19. und frühen 20. Jahrhundert von Lokomotiven und Zugmaschinen auf, wo die Kurbelwelle die direkte mechanische Verbindung zwischen Motor und Rädern darstellte. Moderne Ingenieurstudenten treffen auf Kurbelwellen hauptsächlich in historischen Studien und bei Restaurierungsarbeiten an Vintage-Dampflokomotiven und frühen Landmaschinen.