Nockenwelle

Die Nockenwelle ist eine der prägenden Komponenten des Viertaktmotors, eine rotierende Welle mit sorgfältig geformten Nocken, die die Ventile im genau richtigen Augenblick jedes Verbrennungszyklus aufstoßen. Ihre Aufgabe ist es, den Gaswechsel des Motors zu steuern, also frische Luft oder Luft-Kraftstoff-Gemisch in die Zylinder einzulassen und die verbrannten Gase danach wieder abzuführen, alles in präzisem Gleichschritt mit den auf- und abgehenden Kolben. Ohne diese zeitlich abgestimmte Choreografie hätten Ventile und Kolben keine feste Beziehung zueinander, und der Motor könnte schlicht nicht laufen.

Mechanisch wird die Nockenwelle von der Kurbelwelle angetrieben und dreht sich mit exakt der halben Motordrehzahl, denn jedes Ventil muss im Viertaktzyklus nur einmal je zwei Kurbelwellenumdrehungen öffnen. Während sich die Welle dreht, drückt jeder eiförmige Nocken gegen einen Stößel, Tassenstößel oder Kipphebel, der seinerseits das Ventil gegen eine kräftige Rückstellfeder hinabdrückt; ist der Nocken vorbeigedreht, lässt die Feder das Ventil zuschnappen. Der Antrieb selbst erfolgt über einen Zahnriemen, eine Steuerkette oder einen Zahnradsatz, der Nockenwelle und Kurbelwelle synchron hält, und jedes Durchrutschen dieser Verbindung bringt den gesamten Motor aus dem Takt.

Die genaue Form jedes Nockens, sein Profil, hat tiefgreifenden Einfluss auf die Charakteristik des Motors. Ein sanftes Profil, das das Ventil nur mäßig und kurz öffnet, begünstigt ein kräftiges Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen sowie ruhigen, sparsamen Lauf, während ein aggressives Profil, das das Ventil weiter und länger geöffnet hält, dem Motor erlaubt, bei hohen Drehzahlen tief durchzuatmen, und so die Spitzenleistung gegen die Zugkraft im unteren Bereich eintauscht. Das ist der Kern der Nockenwellenauslegung, und Tuner tauschen seit jeher Nockenwellen, um den Charakter eines Motors auf den Renn- oder Straßeneinsatz umzuformen.

Motoren werden mit einer oder zwei Nockenwellen je Zylinderbank ausgeführt. Eine obenliegende Nockenwelle, abgekürzt SOHC, betätigt mit einer einzigen Welle sowohl die Einlass- als auch die Auslassventile, während eine Doppelnockenwelle, kurz DOHC, je eine Welle für jede Ventilgruppe vorsieht und so mehr Ventile pro Zylinder und einen freieren Gaswechsel bei hohen Drehzahlen erlaubt. Viele moderne Motoren ergänzen eine variable Ventilsteuerung, die die Phasenlage der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle vor- oder zurückstellt und den nutzbaren Drehzahlbereich erweitert, sodass ein und derselbe Motor sowohl bei niedrigen Drehzahlen gutmütig als auch unter Last temperamentvoll sein kann.

In der Praxis ist die Nockenwelle ein robustes, langlebiges Bauteil, doch die Komponenten, die sie antreiben und ihr folgen, verdienen Aufmerksamkeit. Ein verschlissener Zahnriemen, der reißt, kann bei einem Interferenzmotor die Ventile mit den Kolben kollidieren lassen und schwere Schäden verursachen, weshalb der planmäßige Riemenwechsel entscheidend ist. Auch Stößel, Hydrostößel und die Steller der variablen Steuerung können verschleißen oder mit gealtertem Öl verstopfen, sodass sauberes Öl der richtigen Spezifikation der beste Schutz der Nockenwelle vor vorzeitigem Verschleiß und dem Verlust der präzisen Ventilsteuerung ist.