flat4 - Nockenwellen
Seriennockenwellen für Typ 1 - Motoren

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Nockenwelle
Nockenwelle und Nockenwellenrad
 
Seriennockenwellen für Typ 1 - Motoren
Wichtig: Bei der Angabe von Ventilsteuerzeiten ist das zugehörige Ventilspiel anzugeben. Wegen der einfacheren Meßbarkeit werden die Steuerzeiten i.d.R. bei einem Ventilspiel von 1 mm und nicht bei dem Betriebsspiel von 0,15 mm angegeben. Bei 1 mm Ventilspiel entstehen größere Öffnungswinkel und Ventilüberschneidungen als bei 0,15 mm.

Kennwerte der Nockenwelle des 1200 cm³ Motors bis Mitte 1963 bei 1,0 mm Ventilspiel (Quelle /6/):

Öffnungswinkel Einl. in °KW
Überschneidung in °KW
Einlaß öffnet
Einlaß schließt
Auslaß öffnet
Auslaß schließt
216°
5°
4° v. UT
32° n. UT
41° v. UT
1° n. OT

Kennwerte der Nockenwelle des 1200 cm³ Motors ab Mitte 1963 bei 1,0 mm Ventilspiel (Quelle /6/):
Öffnungswinkel Einl. in °KW
Überschneidung in °KW
Einlaß öffnet
Einlaß schließt
Auslaß öffnet
Auslaß schließt
221° 30'
9°
6° v. UT
35° 30' n. UT
42° 30' v. UT
3° n. OT

Die Motoren mit 1300, 1500 und 1600 cm³ Hubraum haben die gleiche Nockenwelle, wie der 1200er Motor, jedoch eine größere Untersetzung der Kipphebel (1 : 1,5), d.h. mehr Ventilhub. Die folgende Tabelle zeigt die Kennwerte der Nockenwelle des 1600 cm³ Motors bei 1,0 mm Ventilspiel (Quelle /6/):
 
Öffnungswinkel Einl. in °KW
Überschneidung in °KW
Einlaß öffnet
Einlaß schließt
Auslaß öffnet
Auslaß schließt
224° 30'
11° 30'
7° 30' v. UT
37° n. UT
44° 30' v. UT
4° n. OT

Im Vergleich dazu sind in der nächsten Tabelle die ie Werte des 1,6l-Motors bei 0,1 mm Ventilspiel gezeigt (Quelle /5/). Alle Steuerzeiten nehmen größere Zahlenwerte an als bei 1 mm Ventilspiel.
 

Öffnungswinkel Einl. in °KW
Überschneidung in °KW
Einlaß öffnet
Einlaß schließt
Auslaß öffnet
Auslaß schließt
269 °
45°
27° v. UT
63° n. UT
72° v. UT
18° n. OT

Die Ventilhübe betragen beim 1600er Motor für das Serien-Einlaßventil 9,0 mm und für das Auslaßventil 8,6 mm. Ab August 1971 wurde die Befestigung des Nockenwellenrades von 3-Punkt- auf 4-Punkt-Befestigung umgestellt. Wenn die Zahnräder der Ölpumpe 21mm breit sind, dann handelt es sich um eine Pumpe für eine für 3-Punkt-Nockenwelle.
 
 

Ventildiagramm Ventildiagramm bei 0,1 mm Ventilspiel:

Auslaßventil offen (gelb und grün),
Einlaßventil offen (grün und blau)
Ventilüberschneidung (grün)

EÖ: Einlaß öffnet
ES: Einlaß schließt
AÖ: Auslaß öffnet
AS: Auslaß schließt

OT:oberer Totpunkt
UT: unterer Totpunkt

Drehzahlfestigkeit des Ventiltriebes
Die maximale Drehzahl der Boxermotoren - und damit die Leistung - ist wesentlich durch das Konzept der untenliegenden Nockenwelle mit Stoßstangen begrenzt. Eine Untersuchung von Daimler Benz /1/ ergibt eine Verkleinerung der Eigenfrequenz des Ventiltriebs um 33% gegenüber einem Ventieltrieb mit obenliegender Nockenwelle und Hydrostößeln.
 

Elastische Formänderung bei Ventilkraft
1000 N bezogen auf Nockenwelle
untenliegende Nockenwelle
Stoßstangen und Kipphebel
obenliegende Nockenwelle
mit Hydrostößeln
Nockenwellenlager
0,0032
0,0032
Nockenwelle
0,0247
0,0247
Stoßstange
0,0528
---
Kipphebel
0,0454
---
Kipphebelachse
0,0217
---
Kipphebelbock
0,0026
---
Summe
0,1504
0,0279
Steifigkeit in N/mm
6650
3584
Eigenfrequenz in Hz
650
1965
Eigenfrequenz bei 
Motordrehzahl 1/min
2042
6173
Eigenfrequenz in %
33,1
100

Man erkennt, daß die größten Steifigkeitsverluste in den Stoßstangen und Kipphebeln zu finden sind.
 
Tuningnockenwellen für Typ 1 - Motoren
Die Tuningnockenwellen unterscheiden sich durch den Ventilöffnungswinkel und -hub von den Seriennockenwellen. Nockenwellen mit großen Öffnungswinkel und Hub steigern die Motorleistung im oberen Drehzahlbereich. Sie erhöhen aber auch die Ungleichförmigkeit des Leerlaufs durch einen hohen Restgasanteil im Zylinder (große Ventilüberschneidung). Natürlich steigen auch die Kosten mit zunehmender Tuningstufe. Für den Straßengebrauch empfielt daher /3/ einen Öffnungswinkel von maximal 290° bei maximal 10 mm Hub. Die Steuerzeiten werden i. A. bei 1 mm Ventilspiel angegeben. Folgende Nockenwellen der Hersteller Schrick, Schleicher /4/, Engle /4/ und /7/, Bugpack usw. sind bei Typ 1-Motoren gebräuchlich:
 
Öffnungswinkel
bei 1 mm Ventilspiel
Ventilhub
in mm
Ventilüber-
schneidung
Hersteller
Motor-
empfehlung
Kosten in DM
268°
8,73
 
 
< 5000 1/min
 
270°
9,9
 
 
< 1800 cm³
100%
270°
10,06
 
Dee Engineering. Inc./Bugpack
 
 
274°
8,86
 
 
< 1800 cm³
 
274°
8,64
 
 
< 1800 cm³
 
280°
8,33
107°
Eagle # 2229
    
280°
9,0
60°
Albert CB-R
< 2000 cm³
 
~280°
9,09
 
 Webcam Grind-no. 86
gleichmäßiges Drehm.
 
282°
9,15
107°
Eagle # 22
    
284°
10,54
 
Dee Engineering. Inc./Bugpack
< 2000 cm³
100%
~284°
10,67
  
Engle VZ-14
< 1800 cm² offroad
  
284°
9,90
 
Engle W100
 < 1800 cm³
299,-
286°
10,71
 
 Webcam Grind-no. 119
< 1800 cm³, Turbo
 
288°
9,2
68°
Schleicher Ro 159
 
 
~289°
12,14
  
Engle VZ-15
< 2000 cm³ offroad
  
~290°
12,14
  
Engle FK-65
< 1800 cm² offroad
  
294°
9,10
107°
Eagle # 2232
  
 
296°
9,0
107°
Schleicher Ro 248.7
  
 
296°
9,95
 
Engle W110
hot street
299,-
296°
10,92
 
Dee Engineering. Inc./Bugpack
< 2300 cm³
100%
297°
13,08
 
Dee Engineering. Inc./Bugpack
 
 
298°
10,69
107°
Eagle # 2237
 
 
~290°
12,70
  
Engle FK-7
1800-2000 cm³
  
300°
10,1
90°
Albert CA-R (alte Version)
 
 
306°
9,80
106°
Eagle # 2241
    
308°
9,7
88°
Schleicher Ro 158 (alte Version)
 
 
308°
8,45
107°
Schleicher Ro 158.7
  
 338,-
308°
11,7
 
 
Rennmotoren
117%
~309°
13,56
  
Engle FK-8
< 2000 cm³ racing
  
312°
10,0
98°
Schrick 1207
Rennmotoren
 
313°
11,6
 
 
Rennmotoren
117%
314°
10,00
 
Engle W120
hot street > 2000 cm³
299,-
316°
9,7
106°
Schleicher Ro 200 (alte Version)
Rennmotoren
 
316°
8,50
105°
Schleicher Ro 200.5
  
 338,-
316°
10,66
107°
Eagle # 2250
    
320°
10,2
110°
Schrick 2005 *1)
Rennmotoren
 
322°
10,60
 
Engle W125
drag racing, offroad
299,-
324°
9,40
106°
Schleicher Ro 209.6
  
 369,-
328°
11,6
 
 
Rennmotoren
117%
330°
9,50
103°
Schleicher Ro 213.3
Rennmotoren
 369,- 
330°
10,60
 
Engle W130
 drag racing, offroad
299,-
332°
10,26
103°
Schleicher Ro 239.3
Rennmotoren
 410,-
332°
10,26
98°
Schleicher Ro 239.98
Rennmotoren
  
334°
10,43
107°
Eagle # 2246
    
  *1) bei Ventilspiel 0,3 mm

Die Nockenwellenöffnungswinkel wurden bei 0,1 mm Ventilspiel ermittelt. Die Tabelle zeigt eine Auswahl von Nockenwellenprofilen. Auf dem Markt sind viele weitere Nockenwellen, meist amerikanischen Ursprungs und umgeschliffene Nockenwellen erhältlich. Ebneso wird der Ventilhub oft in Inch (Zoll) angegeben (Umrechnung: 1inch = 25,4 mm).

Die Befestigung des Nockenwellenrades bei Tuningnockenwellen wird meist als 3-Punktbefestigung ausgeführt. Bei Einbau der "scharfen" Nockenwellen über 10 mm Hub ist es erforderlich, Ventilstößel mit breitem Fuß oder gebläute Ventilstößel sowie eine verstärkte Ölpumpe bis Bj. 07/71 mit 3-Bolzenbefestigung zu verwenden. Die Angabe der Kosten und die Motorempfehlung versteht sich als Richtwert und erfolgt ohne Gewähr.

Als Grenzwert für die Flächenpressung der Nocken wird nach /2/ ein  Wert von 600 bis 750 N/mm² angegeben. Daraus leitet sich die Steilheit der Nocken und der Kuppenradius ab. Bei zu "spitz" umgeschliffenen Nockenwellen kann es zu Verschleißproblemen kommen. Die Ventile von Motoren mit Kipphebeln können mit einer Beschleunigung von über 6000 m/s² (obenliegende Nockenwelle, als Vergleichswert) und 2000 m/s² (untenliegende Nockenwelle) bewegt werden.

Zusammenfassung der Eigenschaften von Nockenwellen:
 

Eigenschaft Wirkung Nachteile
große Ventilüberschneidung schneller Ladungswechsel und hohe Leistung bei hohen Drehzahlen, hoher Restgasanteil im Leerlauf wenig Leistung und Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen, unruhiger Leerlauf
großer Ventilhub hohe Füllmenge, weniger Strömungswiderstand Kollision mit Kolben möglich
steiler Nockenverlauf hohe Ventilbeschleunigung Abheben des Ventils bei hohen Drehzahlen möglich
großer Öffnungswinkel Frischgas hat selbst bei hohen Drehzahlen noch genügend Zeit,  in Zylinder einzuströmen, gute Füllung und hohe Leistung bei hohen Drehzahlen wenig Leistung und Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen, große Ventilüberschneidung
 
Literatur
/1/ Prof. Dr.-Ing. G. Hohenberg, Vorlesung Verbrennungskraftmaschinen, TU Darmstadt
/2/ R. Bosch BmbH, Kraftfahrtechnisches Taschenbuch, 22. Auflage
/3/ Bugbits (Gary)
/4/ Katalog Boxer Shop, A. Seemeier, Hilpoltstein
/5/ Th. Decker, VW Käfer Tuning in Theorie und Praxis, Band I, ACB Verlag
/6/ G. Hack: Jetzt mache ich ihn schneller, Motor Buch Verlag Stuttgart
/7/ Engle Racing Cams 1621 12th Street Santa Monica CA 90404 USA, Tel. USA 310-450-0806
/8/ KYMCO "Engle And Web-Cam Type I Cam Grinds"

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