Königswelle

V2-Motor einer Ducati 750 cm³ mit zwei Königswellen

Motor einer Kawasaki W800 mit obenliegender Nockenwelle und Antrieb per Königswelle

Die Königswelle ist ein Maschinenelement. Die Welle hat an einem oder beiden Enden Kegel- oder Kronenräder, so dass eine Drehbewegung in andere Richtungen übertragen werden kann. Ferner bezeichnet eine Königswelle auch die zentrale Antriebswelle einer Maschine, die eine Drehbewegung von einem zentralen Antriebsmotor an andere Stellen der Maschine überträgt, auch wenn sich dabei die Richtung der Kraftübertragung nicht ändert.

Königswellen bei Flugzeugen

Beim Hubschrauber erfolgt der Antrieb vom Triebwerk zu den Rotorblättern mit einer Königswelle.

Königswellen in der Kraftfahrzeugtechnik

Der Antrieb der Nockenwellen zur Ventilsteuerung an Viertaktmotoren wird nur selten mit Königswellen realisiert. Zwar gelten diese hinsichtlich Drehzahlfestigkeit und Wartungsfreiheit als Ideallösung, führen jedoch zu vergleichsweise hohen Herstellungskosten.

Bekannte Beispiele sind ältere Motorrad-Motoren von Norton und Ducati, letztere kombiniert mit einer desmodromischen Ventilsteuerung, die das Ventil über Ventilhebel nicht nur öffnet, sondern auch schließt. Auch im Porsche 550 und den BMW-RS Rennmotorrädern kamen Boxermotoren mit Königswellen zum Einsatz. Eines der wenigen aktuellen Beispiele ist der Zweizylindermotor der Kawasaki W800. Zu den wenigen Autos mit Nockenwellenantrieb durch Königswellen gehören der Mercedes-Benz W06, der MG J-Type und der Alta 1100 Le Mans Sport des Engländers Geoffrey Taylor aus dem Jahr 1932.^[1] Bekannter ist sicher der Porsche Carrera 356 (Fuhrmann-Motor).

Vom März 1974 bis Oktober 1993 war die Königswelle als "Begriff des technischen Sprachgebrauchs" für die normgerechte Benennung Zwischenwelle in der DIN-Norm 6260, Teil 3 "Verbrennungsmotoren; Teile für Hubkolbenmotoren; Motorsteuerung, Begriffe" aufgeführt und für die Zwischenwelle die Erklärung festgelegt: Welle zur Überbrückung des Abstandes Kurbelwelle-Nockenwelle. Diese nationale Norm wurde im November 1993 durch die international harmonisierte Norm DIN ISO 7967-3 ersetzt, in ihr fehlt die Zwischenwelle ganz.

Selten sind Konstruktionen von Viertakt-Motoren mit Nockenwellen, die die Lage einer üblichen Königswelle haben und z. B. über Kulissenscheiben (Chater-Lea) und Hebel die Ventile betätigen. Solche Konstruktionen werden oft – fachlich unkorrekt – als Königswelle mit montierter Nocke, Nockenscheibe, Steuerscheibe oder Tellernocken bezeichnet.

Königswellen im Werkzeugmaschinenbau

Ältere Bearbeitungsmaschinen (in der Fertigungstechnik) und Sondermaschinen (Maschinen für Automatisierungsaufgaben) folgen einem Maschinenkonzept, das eine zentrale Antriebswelle durch die ganze Maschine hindurch vorsieht: die Königswelle.

Durch mehrere Abtriebe entlang dieser Königswelle werden verschiedene Aggregate angetrieben. Insbesondere bei Automatisierungsmaschinen werden an diesen Abtrieben spezielle Getriebe, wie Kurven- oder Kurbelgetriebe angebaut, die die für die jeweilige Aufgabe benötigte Einzelbewegung erzeugen. Eine Eigenschaft dieses Maschinenkonzeptes ist, dass alle Bewegungen und Aggregate fest gekoppelt mit dem Hauptantrieb laufen. Dies bedeutet, dass für jede Winkelstellung der Königswelle beschrieben ist, in welcher Stellung die Bewegungen und Aggregate stehen. So lässt sich ein Einrichtbetrieb an einer Maschine z. B. durch eine Handkurbel an der Königswelle realisieren. Daher sind Automatisierungsmaschinen nach diesem Maschinenkonzept auch wenig flexibel, da Änderungen der Fertigungen sehr oft mit Änderungen der Abtriebe an der Königswelle einhergehen.

Mehrspindel-Drehautomaten sind ein klassischer Einsatzfall solcher Antriebe. Auf ihnen werden z. B. die Großserien von Drehteilen für die Massenproduktion von Fahrzeuggetriebe-Gangrädern hergestellt.

Konstruktiv ist eine Maschine mit Königswelle eine besondere Herausforderung, weil viele kinematische Randbedingungen beachtet werden müssen. Auch die Montage der Maschine selbst erfordert besondere Kenntnisse, weil hierfür gewöhnlich viele zeitraubende Einstell- und Abstimmaufgaben anfallen. Die Königswellen wurden zunächst durch die Seiltriebe verdrängt, ehe sie im Fahrzeugbau wieder Eingang fanden.

Die Verwendung der Königswelle in Verbindung mit mehreren Abtrieben wurde daher fast vollständig durch die CNC-Technik in Verbindung mit Schritt- oder Servomotoren ersetzt, bzw. es werden einfache Bewegungen, die keine besonderen dynamischen Anforderungen erfüllen müssen, durch pneumatische oder hydraulische Zylinder ausgeführt.

Bei Maschinen, wo jedes Aggregat oder jede Bewegung mit einem eigenen dieser Antriebe ausgestattet sind, sind die Bewegungen nicht mechanisch gekoppelt, sondern werden meist durch eine speicherprogrammierbare elektronische Steuerung (SPS) koordiniert. Dadurch werden diese Maschinen in ihrer Verwendung flexibler und auch viele Einstell- und Abstimmaufgaben werden einfacher.

Königswelle in Mühlen

In historischen Wind- und Wassermühlen überträgt die Königswelle das Drehmoment vom Antrieb (Windflügelrad bzw. Wasserrad) zum Mahlwerk.

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  Schemazeichnung einer Wassermühle:
  1: Wasserrad
  2: Antriebswelle
  3: Kammrad
  4: Kronenrad
  5: Königswelle

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  Kronradgetriebe in einer Windmühle zur Übertragung des Drehmomentes von der Flügelwelle auf die vertikale Königswelle

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  Königswelle in einer Holländerwindmühle

Weblinks

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Einzelnachweise

1. ↑ Motor Klassik, Das Oldtimermagazin, 2/2008, S. 30–35.