[sven]

Hallo Harry!
Ich fürchte, was das "Taumeln" der Kurbelwelle angeht, meinen wir dasselbe, reden aber leider etwas aneinander vorbei... Da aber wider Erwarten doch noch ein paar andere Leute hier mitlesen (find' ich natürlich gut), will ich trotzdem nochmal genauer auf deinen letzten Beitrag eingehen:

Zitat von AmigaHarry

... Betrachte eine KW die das Gewicht von Pleuel/Zapfen und Kolben idealisiert in einem Punkt vereint - damit hast du eine taumelnde unausgeglichene Welle (vergleichbar mit einem ungewuchteten Rad).

O.k., mach ich. Allerdings sollte klar sein, daß diese Welle die wirkliche Kurbelwelle nur schlecht modelliert: hier treten ja nur Fliehkräfte auf, die Massenkräfte, die am realen Kurbeltrieb von Kolben und oberer Pleuel"hälfte" verursacht werden und die nur in Zylinderrichrtung wirken, werden von dir jetzt einfach in "rotierende Fliehkräfte" verwandelt. Wenn sich der Kurbeltrieb tatsächlich so verhalten würde, bräuchte es keine Ausgleichswellen, weil wie du selbst schreibst:

...Durch Anbringen eines Gegengewichtes an den gegenüberliegenden Kurbelwangen kann das 100%ig ausgewuchtet werden (eben wie auch bei einem Rad).

"... könnte das 100%ig auswuchtet werden" (weil am realen Kurbeltrieb die Masse des Kolbens und des Pleuels eben keine Kreisbewegung macht).

... Das wird grundsätzlich bei jeder KW so gemacht (nur eben nicht 100%, weil man ja noch einen Teil davon zur Kompensation der Trägheitskräfte bei OT und UT braucht, der überbleibende Rest in 270° und 90° Stellung erzeugt dann sie Querschwingungen die die AW ausgleichen muß - und wie schon erwähnt, das Verhältnis von "Restunwucht" und Trägheitskraft muß so abgestimmt sein, daß die Resultierende über eine 360°-Drehung immer konstant bleibt...

Hmm, ja, das möchte ich jetzt mal ein bißchen genauer ausführen:
was bei jeder Kurbelwelle immer zu 100% ausgewuchtet wird, ist (neben dem Hubzapfen natürlich) die rotierende Masse des Pleuels, also derjenige Anteil seiner Masse, die nicht osszilliert (auf einer Geraden hin- und herschwingt), sondern rotiert. Welcher Anteil an der Gesamtmasse des Pleuels das ist, wie man den ermittelt und daß strenggenommen kein einziger Massepunkt des Pleuels eine exakte Kreisbahn durchläuft will ich hier nicht weiter erklären, im Wesentlichen sind die rotierenden Massen des Pleuels die Lagerschalen und der Pleuelfuß mit den Schrauben (eigentlich alles unterhalb seines Schwerpunkts). Also diese Masse wird 100%ig gegengewuchtet, einfach weil dadurch dann keine freien Kräfte mehr "nach außen treten". Im Prinzip kann man jetzt diesen Teil des Kurbeltriebes "abhaken", schwingungstechnisch ist hier alles ausgeglichen, soweit läuft alles völlig vibrationslos.
Der Rest vom Pleuel und der Kolben samt Kleinteilen bilden die osszillierenden Massen. Das sind die, die beim Wuchten eigentlich interessieren. Wenn diese Masse bei der Wuchtung der Kurbelwelle vollständig unberücksichtigt bliebe (Wuchtfaktor 0), wäre im Betrieb die Trägheitskraft der osszillierenden Masse komplett unausgeglichen, und der Motor würde dann sehr stark in Zylinderrichtung vibrieren. Man könnte jetzt meinen, es sei optimal, ein den osszillierenden Massen völlig entsprechendes Gegengewicht an der Kurbelwelle anzubringen, aber das ist nicht der Fall. Die Fliehkraft dieses Gegengewichtes würde zwar die Trägheitskraft der osszillierenden Massen in Zylinderichtung vollständig ausgleichen(Kräfte höherer Ordnung mal vernachlässigt), aber dafür senkrecht dazu genausogroße neue Kräfte erzeugen. Der Motor würde also mit dieser Wuchtung genauso stark vibrieren wie im ersten Fall, nur nicht in Zylinderrichtung, sondern in Richtung 90° bzw. 270°.
So, und was passiert, wenn man genau die Hälfte der osszillierenden Massen gegenwuchtet, also einen Wuchtfaktor von 50% wählt, das ist im Bild3 in deiner Galerie dargestellt: im OT zerrt die osszillierende Masse mit ihrer Trägheitskraft nach oben in Zylinderrichtung, unten zieht das Ausgleichsgewicht mit genau der Hälfte dieser Kraft dagegen, Resultierende ist eine Kraft in Zylinderrichtung halb so stark wie die Trägheitskraft. Bei 90° ist die Trägheitskraft des Kolbens =0 (wieder die Einschränkung: nur erste Ordnung!), die Fliehkraft des Gegengewichts wirkt in Richtung 270°. Der Motor hat sich also von 0° nach 90° gedreht, die Resultierende aus Trägheits- und Fliehkraft aber von 0° nach 270°, d.h. um denselben Winkel, aber in entgegengesetzter Richtung. Im UT passiert etwas ähnliches wie im OT, bloß in umgekehrter Richtung: die Trägheitskraft drückt in Zylinderrichtung nach unten, die Fliehkraft des Gegengewichts zieht genau entgegengesetzt nach oben, allerdings nur halb so stark, Resultierende ist eine Kraft halb so stark wie die Trägheitskraft, wirken tut sie in dieselbe Richtung. Sprich, der Motor hat sich von 90° nach 180° weitergedreht, die resultierende Kraft von 270° nach 180°... usw. usf. ... Insgesamt sieht man also: bei 50%iger Wuchtung ist die aus Trägheits- und Fliehkraft resultierende Kraft konstant und rotiert entgegengesetzut zur Kurbelwellendrehrichtung! Wie gesagt, man kann das alles in Bild3 sehr schön erkennen.
Bei einem 180° Zweizylinder sorgen die beiden Resultierenden also dafür, daß die Kurbelwelle sozusagen "rückwärts paddeln" möchte.
Die konstante, rotierende Kraft an jeder Kröpfung läßt sich nun aber sehr schön durch die Fliehkraft einer Ausgleichswelle kompensieren, grob gesprochen hat die Ausgleichswelle dann für jeden Zylinder eine den 50% entsprechende Unwucht. Sie dreht sich in dieselbe Richtung wie die Resultierende (also entgegengesetzt zur Kurbelwelle) hat aber eine um Pi verschobene Phasenlage.
Im Prinzip bleibt jetzt als Resultierende Massenkraft gar nichts mehr übrig.
Trotzdem vibriert so ein Motor natürlich immer noch, das liegt zu einem kleinen Teil daran, daß die ganzen Wuchtungen nicht beliebig genau ausgeführt werden können, zum anderen aber daran, daß sich der Kolben leider nicht wirklich sinusförmig im Zylinder auf- und abbewegt (sondern auch bei konstanter Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle z.B. den OT schneller durchläuft als den UT...) Um diese Kräfte höherer Ordnung, die nur in Zylinderrichtung wirken, auszugleichen, bräuchte es Ausgleichswellen, die mit der doppelten, bzw. noch größeren Vielfachen der Kurbelwellendrehzahl rotieren. Das gibt es in manchen Vierzylindern (z.B. BMW1200 und Honda1100), die haben zwar keine freien Kräfte erster Ordnung mehr (also die, die wir hier die ganze Zeit besprochen haben), schütteln aber völlig unausgeglichen mit der zweiten Ordnung...

Muß jetzt mal unterbrechen, später mehr.

Gruß
Sven