Kreuzkopf

Kolbentriebe ohne und mit Kreuzkopf

Kreuzkopf einer Dampfmaschine

Kreuzkopf einer Dampflokomotive

Der Kreuzkopf ist ein Koppelglied an großen Kolbenmaschinen zwischen der linear bewegten Kolbenstange und dem schwenkenden Pleuel.

Die Kolbenstange ist starr mit dem Kolbenboden und dem Kreuzkopfzapfen verbunden. Die schwenkende Pleuelstange treibt die Kurbelwelle. Das Kreuzkopflager stellt das Verbindungsglied zwischen beiden Bauteilen dar.

Die am Kreuzkopflager quer zur Triebrichtung wirkenden Normalkräfte bewirken im Betrieb ein Kippmoment. Sie werden über den am Kreuzkopflager integrierten sogenannten Gleitschuh an die an den Gestellwandungen angebauten Gleitbahnen des Motors abgeführt und in die Motorgrundplatte geleitet. Die Bauanordnung starre Kolbenstange-Kreuzkopf-Pleuelstange ermöglicht eine kürzere Kolbenlänge bei längerem Hub und damit die Vorteile eines größeren Hubraums.

Unverzichtbar ist der Kreuzkopf, wenn eine Kolbenkraftmaschine mit hohem Hub-Bohrungs-Verhältnis realisiert werden soll wie im Falle von modernen gleichstromgespülten Zweitaktgroßdieselmotoren (Bohrung ca. 1 m, Hub ca. 3 m). Durch die starre Kolbenstange wird der obere Drehpunkt der Pleuelstange (im Kreuzkopf) zur Kurbelwelle hin versetzt. Dadurch wird verhindert, dass die Pleuelstange mit der Zylinderlaufbuchse kollidiert. Der Kreuzkopf ist daher häufig in sehr großen Kolbenmaschinen zu finden. Auch an großen Dampfmaschinen früherer Jahrzehnte ist oft ein Kreuzkopf zwischen Kolben und Pleuel geschaltet. Ein Beispiel hierfür findet sich im Eingangsbereich des Technikmuseums Speyer.

Ein Anwendungsbeispiel ist der Kreuzkopf in Zweitakt-Schiffsdieselmotoren, den effizientesten Wärmekraftmaschinen überhaupt. Durch ein großes Hubvolumen und Drehzahlen um 100 min⁻¹ steht für den Ladungswechsel viel Zeit zur Verfügung, wodurch es möglich wird, eine größere Menge Kraftstoff zu verbrennen. Schiffsdiesel erreichen einen effektiven Wirkungsgrad von über 50 %. Für die Anwendung in großen, langsam laufenden Zweitaktdieselmotoren wird mit dem Kreuzkopf zugleich eine effiziente Führung der Spülluft kombiniert. Bei der Verbrennung von Rückstandsölen ist es notwendig, für die Zylinderschmierung hochwertige und teure Schmieröle einzusetzen, die bei sogenannten Tauchkolbenmotoren auch zur Schmierung des Kurbeltriebs verwendet werden. Durch die Trennung von Spülluft- und Verbrennungsraum einerseits und dem Kurbelraum andererseits in langsam laufenden Zweitakt-Dieselmotoren mittels des sogenannten Zwischenbodens und einer speziellen Abdichtung für die Pleuelstange ist es möglich, für den Kurbelraum einfachere und damit billigere Schmieröle zu verwenden.

Im Braunschweiger Stadtteil Melverode steht als Anschauungsobjekt ein Ensemble aus Kolben, Kolbenstange, Kreuzkopf, Pleuel und einem Kurbelwellenteil am Werkseingang des Braunschweiger Hüttenwerks BHW. Es zeigt Teile eines Schiffsdiesels, deren fünf, sieben, neun oder neuerdings auch zwölf Einheiten aneinandergereiht samt Gehäuse einen Schiffsmotor bilden.

Bei kleineren Motoren wird der Kreuzkopf im Gegenkolbenmotor der Golle Motor AG in neuer und patentierter Weise eingesetzt.

Die Zukunftsperspektiven des Kreuzkopfes sind durchaus gegeben, da sich mit Hilfe dieses Maschinenelementes effizientere Fahrzeugantriebe verwirklichen lassen, und sich damit Kraftstoff sparen lässt.

Literatur

• Hans Jörg Leyhausen: Die Meisterprüfung im Kfz-Handwerk Teil 1. 12 Auflage, Vogel Buchverlag, Würzburg, 1991, ISBN 3-8023-0857-3
• Max Bohner, Richard Fischer, Rolf Gscheidle: Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik. 27.Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten, 2001, ISBN 3-8085-2067-1