Kurbelwange

Eine Kurbelwange ist der massive Arm einer Kurbelwelle, der das Hauptlager (die rotierende Achse durch den Motorblock) mit dem Kurbelzapfen verbindet, an dem die Pleuelstange angreift. In einem Vierzylindermotor gibt es üblicherweise vier Kurbelwangen und vier Kurbelzapfen, die um die Hauptwelle angeordnet sind. Die Wange trägt die volle Seitenlast, die durch Verbrennungs- und Trägheitskräfte beim Kolbenhub entsteht, deshalb muss sie dick und steif genug sein, um Biegung und Ermüdung zu widerstehen.

Kurbelwangen sind ein fester Bestandteil der Kurbelwellenschmiedung; sie werden nicht angeschraubt. Bei der Schmiedung wird das Metall so bearbeitet, dass die Körnung entlang der Spannungswege ausgerichtet wird, die vom Kurbelzapfen durch die Wange ins Hauptlager führt. Diese Körnerausrichtung ist entscheidend, denn sie erhöht die Ermüdungsfestigkeit ohne Gewichtszunahme. Eine typische Automobilkurbelwelle hat Kurbelwangen aus Gusseisen oder Legierungsstahl, meist im Bereich von 30 bis 50 mm Dicke an der Wurzel, wo die Wange ins Hauptlager übergeht.

Die Kurbelwange ist nicht symmetrisch. Auf einer Seite des Kurbelzapfens erstreckt sich das Material nach außen; auf der gegenüberliegenden Seite ist oft ein Ausgleichsgewicht als Teil der Wange selbst gegossen oder geschmiedet. Dieses Ausgleichsgewicht verringert Vibrationen, indem es die Masse des Kurbelzapfens und der Pleuelstange ausgleicht. Der Winkel zwischen benachbarten Kurbelwangen folgt der Zündfolge des Motors; bei einem Viertakt-Vierzylindermotor mit 90-Grad-Anordnung wechseln die Wangen vorne und hinten, um die Balance zu optimieren und Drehschwingungen zu reduzieren.

Risse in Kurbelwangen entstehen typischerweise an der Ausrundung (dem Radius, wo die Wange ins Hauptlager übergeht) durch zyklische Belastung. Deshalb werden moderne Kurbelwellen an diesen Spannungskonzentrationen oft kugelgestrahlt, um Druckeigenspannungen einzubringen und die Lebensdauer zu verlängern. Der Ausrundungsradius selbst ist ein Konstruktionsgrundriss: zu scharf, und Ermüdungsrisse entstehen früh; zu groß, und der Bauraum wird schwierig.

In großen Dieselmotoren können Kurbelwangen separate Kurbelzapfen und Lager haben, die gepresst oder schrumpfgepresst sind, um Austausch oder Instandsetzung zu ermöglichen. In Automobilmotoren ist die Einstückbauweise Standard, weil Kosten und Bauraum effizienter sind als der Vorteil der Austauschbarkeit. Die Festigkeit der Kurbelwange begrenzt direkt die Motorleistung und maximale Drehzahl, deshalb ist sie eine der am intensivsten analysierten Komponenten in der Motorenkonstruktion.