Nockenwelle
Eine Nockenwelle ist ein Maschinenelement, mit dem eine Drehbewegung wiederholt in eine kurze Längsbewegung umgewandelt wird und bei Hubkolbenmotoren Teil des Ventiltriebes.
In Verbrennungsmotoren werden Nockenwellen verwendet, um die Ein- und Auslassventile zu öffnen, in älteren Einspritzpumpen dienen Nockenwellen auch zur Kraftstoffzumessung zu den einzelnen Saugrohren oder Zylindern. Auf der drehenden Nockenwelle gibt es für jedes Ventil einen exzentrischen Nocken, der das Ventil in die geöffnete Stellung drückt. Wenn der Nocken weiter gedreht ist, schließt sich das Ventil durch die Ventilfeder. Bei 4-Takt-Motoren dreht sich die Nockenwelle mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle, von der sie meist mittels Kettentrieb oder Zahnriemen, seltener durch eine sog. Königswelle angetrieben wird.
Zwischen Nocken und Ventil können sich weitere Maschinenelemente befinden, z.B. Stoßstangen bei untenliegenden Nockenwellen; Kipphebel, Schlepphebel oder Schwinghebel zur Kraftumleitung und Stößel zur Kraftübertragung in verschiedenen Bauformen.
Alle diese oszillierenden (hin und her bewegten) Bauelemente müssen bewegt werden, kosten Leistung und erhöhen die Massenkräfte. Wenn man die Nockenwelle direkt über den Ventilen einbaut (obenliegende Nockenwelle) und für jede Ventilreihe eine eigene Nockenwelle verwendet (doppelt obenliegende Nockenwelle), kann die Anzahl der oszillierenden Bauteile reduziert werden, die Massenkräfte werden geringer und eine höhere Drehzahl ist möglich.
Die Berechnung, Auslegung und Fertigung von Nocken ist eine komplexe Spezialistenarbeit: hier sind Zielkonflikte zu gestalten. Einerseits möchte man das Ventil für einen guten Gasdurchsatz weit öffnen. Dies aber erhöht die im Umlauf entstehenden Kräfte auf den Ventiltrieb, und eine Kollision des Ventils mit dem Kolben muss unbedingt vermieden werden. Des weiteren möchte man für den Gasdurchsatz ein Ventil lange (im Umlauf gerechnet) geöffnet halten, es muss aber noch Gelegenheit zur Verdichtung vorhanden sein. All die gegenseitigen Beeinflussungen setzen der Variation von Nockenkurven (Tuning, "Umschleifen") zur Leistungserhöhung enge Grenzen. Ein Motor mit geänderten, "getunten" Nocken-Parametern wird einen höheren Leerlauf benötigen, sein Drehmoment hin zu höheren Drehzahlen verschoben haben, insgesamt unruhiger laufen und mehr verbrauchen. Daher ist das früher öfter praktizierte Umschleifen der Nockenprofile zu recht in Vergessenheit geraten. Man beschafft für gängige Motoren zur Leistungserhöhung heutzutage eher eine spezielle Nockenwelle aus einem Profi-Betrieb.
