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Steuerketten
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Steuerkette
Seit mehr als 100 Jahren ist es bereits üblich, Steuerketten in Verbrennungsmotoren einzubauen. Die Steuerkette hat zwar seit einigen Jahrzehnten den kostengünstigen Zahnriemen als Konkurrenz, es gibt jedoch zahlreiche renommierte Autohersteller, die vor allem für ihre besonders leistungsfähigen Modelle immer noch die Steuerkette für ihre Motoren bevorzugen.
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Typen und Vorteile der Steuerkette
Es gibt unterschiedliche Ausführungen von Steuerketten, die sich nach den jeweiligen Anforderungen der Motorenbauer richten. So sind neben Einfachrollenketten auch doppelte Duplex-Rollenketten sowie Steuerketten mit invertierten Zähnen handelsüblich verfügbar. Im Vergleich zu den aus Gummi bzw. Kunststoffen hergestellten Zahnriemen bestehen Steuerketten aus widerstandsfähigem Metall. Das hochwertige Material und die robustere Bauart der Steuerketten hat im Vergleich mit den Zahnriemen nicht nur den Vorteil, dass die Ketten größere Kräfte übertragen können. Steuerketten können die Kraft auch über größere Abstände übertragen als Zahnriemen, was vor allem bei großvolumigen Motoren besonders wichtig ist.
Die Steuerkette für die Motorsteuerung
Zur Motorsteuerung überträgt eine Steuerkette die Drehbewegung der Kurbelwelle meistens im genauen Verhältnis zwei zu eins auf die Nockenwelle. Diese Kraftübertragung sorgt dafür, dass bei straffer Steuerkette die Drehung der Kurbelwelle exakt mit der Drehung der Nockenwelle synchronisiert wird. Auf diese Art und Weise hängt die Stellung und Bewegung der Kurbelwelle von der Stellung und Bewegung der Kolben in den einzelnen Zylindern ab, und die so synchronisierte Nockenwelle kann die Ein- und Auslassventile exakt nach dem Bedarf der einzelnen Zylinder steuern.
Wartung von Steuerketten
Regelmäßig geölte Steuerketten sind fast wartungsfrei, auch wenn sie täglich hoch belastet werden. Die Schmierung durch Öl setzt die Reibung zwischen den Kettengelenken, den Hauptpunkten für Verschleiß einer Steuerkette, herab. Einem höheren Verschleiß unterliegen die Kettenräder und Kettenspanner sowie die Spann- und Gleitschienen, die zum Betrieb eines Kettenantriebs notwendig sind. Es ist deshalb empfehlenswert, wenn Sie in regelmäßigen Abständen alle Verschleißteile des Steuerkettentriebs wechseln. Diese Teile gibt es auch in kompletten Reparatursets.
Top Steuerketten
Funktionsprinzip der Steuerkette
Ein Verbrennungsmotor arbeitet in Takten. Automotoren in der Regel als Viertaktmotor. Über Ventile im Zylinderkopf gelangt Luft (Sauerstoff) über das Einlassventil in den Verbrennungsraum (Ansaugen). Dann schließen beide Ventile, das Gemisch wird verdichtet (Verdichten). Es kommt bei noch immer geschlossenen Ventilen zur Verbrennung (Arbeiten). Dann werden durch den erfolgenden Kolbenhub die Abgase ausgestoßen (Ausstoßen). Dazu muss das Auslassventil geöffnet sein. Direkt gesteuert werden die Ventile dabei über die Nockenwelle.
Diese drückt die Ventile über die Nocken direkt oder indirekt nach unten. Jedoch muss auch die Nockenwelle angetrieben werden. Zudem muss diese exakt der Motorendrehzahl drehen; allerdings doppelt so schnell wie die Motordrehzahl (dass alle vier Takte in einem Zyklus bedient werden können). Heute ließe sich die Steuerung natürlich auch elektronisch durchführen. Aber der Antrieb direkt über die Motordrehzahl, also über die Kurbelwelle, sorgt in jedem Fall ausgesprochen zuverlässig dafür, dass die (doppelte) Drehzahl der Nockenwelle oder Nockenwellen exakt der Motordrehzahl entsprechen.
Kleinere Anpassungen werden über die Nockenwellenverstellung (bei BMW VANOS) vorgenommen. Der Antrieb erfolgt nun entweder über eine Steuerkette oder einem Zahnriemen. Der Zahnriemen kam erst später auf, nachdem entsprechende Materialien entwickelt wurden. Dieser ist selbstschmierend. Durch den mechanischen Abrieb erfolgt gleichzeitig die Schmierung.
Steuerkette versus Steuerriemen (Zahnriemen)
Damit erklärt sich, weshalb Hersteller wie Mercedes sehr lange ausschließlich Steuerketten verwendeten, obwohl sie konstruktionsbedingt aufwendiger und insgesamt auch teurer (Material und Herstellung sowie Wartung) sind. Inzwischen gibt es aber bei vielen Dieselmotoren im Pkw-Bereich auch Zahnriemen. Jedoch nicht immer problemfrei. Ein weiterer Vorteil der Steuerkette ist der Umstand, dass sie wartungsarm ist. Nicht selten wird das aber als wartungsfrei aufgefasst, was falsch ist.
Welche Schäden können bei einem Steuerkettentrieb entstehen? Welche Probleme können entstehen?
Zudem muss die Steuerkette entsprechend straff verbaut sein. Daher benötigt auch die Steuerkette wie der Zahnriemen einen Spanner. Der Steuerkettenspanner funktioniert entweder hydraulisch, mechanisch oder kombiniert. Zusätzlich kann ein Kettendämpfer integriert werden, um an langen Kettenstrecken die Schwingung zusätzlich zu dämpfen. Wie jedes mechanische Bauteil (einschließlich die hydraulisch-mechanischen Komponente) kommt es mit der Zeit zu einer Materialermüdung.
Das Schwingen der Steuerkette kann dann anfangs als ein Vibrieren oder Brummen wahrgenommen werden. Mit der Zeit nutzen sich Zahnräder, in denen die Kette läuft, stark ab. Damit kommt es neben einem unkontrollierten leichten Verstellen der Steuerzeiten zu einem hörbaren Rasseln oder Rattern. Durch die nun sehr ungleichmäßige Drehbewegung (das Entspannen und Spannen wechseln sich ab) können auch andere Bauteile wie die Nockenwelle in Mitleidenschaft gezogen werden.
Darüber hinaus laufen bei vielen Motoren mit Steuerkette auch andere Bauteile über die Kette. Vor allem die Einspritzpumpe kann das sein. Teilweise besitzt die Einspritzpumpe eine gesonderte Kette oder einen gesonderten Steuerriemen. Die Schäden können sich also auch auf diese kostspieligen Bauteile ausweiten.
Was passiert bei einer zu strammen oder zu sehr entspannten Steuerkette?
Muss die Steuerkette gewechselt werden? Wenn ja, wann?
Schwingt die Steuerkette, sollten zuvor Kettenspanner , eventuell vorhandener Steuerkettendämpfer und natürlich die Stirnzahnräder auf Verschleiß geprüft werden. Mit Lehren lassen sich auch Solllängen von Ketten bestimmen. Je nach Hersteller und Schadensbild ist es sogar möglich, eine bestehende Steuerkette um ein Kettenglied zu kürzen. Ob aber eine neue Kette erforderlich ist oder die Kette gekürzt werden kann, sollte im Zweifelsfall ausschließlich ein kompetenter Fachbetrieb mit ausreichend Expertise beantworten.
Neben den genannten Komponenten gibt es beim Steuerkettentrieb auch noch Führungsschienen, die sogenannten Gleitschienen. Auf den ersten Blick sehen diese wie Bakelit aus, also ein Kunststoff, der anfangs des 20. Jahrhunderts verwendet wurde. Tatsächlich handelt es sich dabei aber um hochfeste und verschleißarme, langfristig entwickelte Spezialkunststoffe, die der mechanischen Belastung durch die Kette wie auch chemisch dem Motoröl standhalten. Dennoch ist auch hier Verschleiß möglich. Zusammen mit der Steuerkette sollten daher auch die Gleitschienen ersetzt werden. Eventuell ist es auch ausreichend, lediglich Gleitschienen und Kettenspanner zu erneuern. Es ist jedoch immer eine Frage, die der Experte beantworten sollte.
Welche Steuerketten gibt es?
- Simplex-Steuerketten: eine Kettenreihe
- Duplex-Steuerketten: zwei Kettenreihen
- Multiplex-Steuerketten: mehrere Kettenreihen
Ab Duplex-Kette wird vor allem dann angewandt, wenn der Motor drehmomentstark ist.