Steuerkette

Ventilsteuerung durch zwei obenliegende Nockenwellen, angetrieben durch eine Steuerkette.

Zahnriemen als Alternative zur Steuerkette

Die Steuerkette ist ein Bauteil im Ventiltrieb von Verbrennungsmotoren. Sie verbindet die Kurbelwelle mit der Nockenwelle.

Verwendung

Die Nockenwelle von Verbrennungsmotoren muss beim Viertaktmotor mit der halben Kurbelwellendrehzahl angetrieben werden. Eine Steuerkette wird überall dort benötigt, wo die Nockenwelle(n) nicht mittels anderer Maschinenelemente – wie Schubstangen, Zahnriemen, Königswelle oder Zahnradkaskade (mehrere Stirnräder) – angetrieben wird.

Geschichte

Der Zahnriemen ist seit den 1980er-Jahren das meist eingesetzte Antriebselement. Königswellen und Räderkaskaden sind wegen der teuren Fertigung meist dem Motorsport vorbehalten. Die Steuerkette jedoch ist seit ca. 1910 ein Standard-Bauteil in Motoren. Einzelne Hersteller halten aus traditionellen Gründen an der Steuerkette fest. Mercedes-Benz z. B. lehnt grundsätzlich den Zahnriemen ab und benutzt seit den 1950er-Jahren ausschließlich Steuerketten, davor auch Stirnradantriebe und Königswellen, ebenso Porsche bei den Boxermotoren. Sollte ein grob nachlässig montierter Zahnriemen überspringen, entstehen häufig kapitale Motorschäden, da es in Folge der zeitlich verschobenen Bewegungsabläufe zwischen Kolben und Ventilen zu Kollisionen kommen kann.

Funktion und Verschleiß

Steuerketten sind in gewissem Maße störanfällig. Insbesondere in langen Kettenumläufen muss auf den freien Lauflängen (auch „Leertrum“ genannt – der Trum, der die Kräfte überträgt wird „Lasttrum“ genannt) das „Peitschen“ verhindert werden: ein Schwingen der Kette in Biegerichtung. Hierzu werden Spannschienen eingesetzt: gebogene Flachstahl-Führungen mit einer kettenseitigen Kunststoff-Auflage, die an einem ölgefüllten, stoßdämpferähnlichen Kolben befestigt ist. Die Kette wird dabei entweder durch Federspannung oder durch eine Kombination aus Öldruck und Federspannung straff gehalten. Hierdurch kann dieselbe Kettenspannungvorrichtung für verschieden starke Motormodelle mit unterschiedlicher Motordrehzahl justiert werden, was die Lebensdauer der Kette verlängert.

Die Druckkolben der Steuerketten-Spanner sind auf längere Sicht Verschleißteile; nach ca. 150.000 bis 300.000 km sollten diese ersetzt werden. In Ausnahmefällen, wenn diese etwa undicht werden oder die Feder erlahmt, ist ein Wechsel eventuell auch früher nötig. Kettenspannsysteme mit Motoröldruck sind erheblich störanfälliger als jene, die mit reiner Federkraft arbeiten. Bei modernen Motoren überschneiden sich die Wege von Kolben und Ventil, ein Versagen des Spannmechanismus geht daher in vielen Fällen mit einem Überspringen der Kette auf eines der Kettenräder einher und endet meist mit einem Motorschaden. Opel ging daher bereits in den 1970er Jahren vom kombinierten zum rein federgespannten System über.

Die Lebensdauer einer Steuerkette hängt sehr von den Betriebsbedingungen und der Wartung ihrer Spann- und Führungselemente ab. Die hochbelasteten Einfachrollenketten in den OHV-Motoren sind zum Teil schon nach 80.000 bis 100.000 km verschlissen. Duplexketten von modernen OHC-Motoren sind langlebiger und können eine Laufleistung von bis zu 500.000 km und mehr überstehen. Der Verschleißzustand einer Steuerkette kann durch die Prüfung der Motorsteuerzeiten ermittelt werden. Diese verlängern sich, wenn etwa die Steuerkette durch Längung verschlissen ist. Ein Motor mit verschlissener Steuerkette läuft unruhiger, da das Zusammenspiel der Motorkomponenten zunehmend aus dem Takt gerät.

Literatur

• Richard van Basshuysen, Fred Schäfer: Handbuch Verbrennungsmotor Grundlagen, Komponenten, Systeme, Perspektiven. 3. Auflage, Friedrich Vieweg & Sohn Verlag/GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden, 2005, ISBN 3-528-23933-6
• Peter Gerigk, Detlev Bruhn, Dietmar Danner: Kraftfahrzeugtechnik. 3. Auflage, Westermann Schulbuchverlag GmbH, Braunschweig, 2000, ISBN 3-14-221500-X

Weblinks

 Commons: Timing belts – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Funktion etc.