Das Erfolgsgeheimnis unserer Nockenberechnung
steckt unsichtbar im technischen Hintergrund
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30% mehr Ventilhub bei gleichzeitiger Reduktion der Kräfte um 60%
Wie ist das möglich?
Auf dieser Seite wird das Geheimnis des Erfolgs gelüftet.

Alles, was man für den Erfolg braucht, ist eine richtig berechnete Form der Nocke!

Vorbemerkung
Ziel der Berechnung von Nocken des Verbrennungsmotors kann deren Neukonstruktion, Ersatzbeschaffung oder Verbesserung sein. Die Leistungsfähigkeit unserer Nockenberechnungen mit KnockSoft soll hier  anhand eines typischen, keineswegs extremen Normalfalls, an einer praktisch durchgeführten Verbesserung demonstriert werden, da hier der vorher - nachher Effekt am Besten zu erkennen ist.

Die Ventilerhebungskurve
Sie stellt die Öffnung (Erhebung) eines Ventils in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel dar. 0 Grad Kurbelwellenwinkel wird in den oberen Totpunkt - OT - des Kolbens gelegt. Die Steuerzeit beschreibt wie viel Grad Kurbelwellenwinkel das Ventil geöffnet ist. Sie wird meistens, so auch hier, abgelesen indem man die Schnittpunkte der Ventilerhebungskurve mit einer Parallelen zur KWW - Achse bei 1 mm Ventilhub bildet.

Obiges Bild zeigt Ventilerhebungskurven eines Viertakt - Motors, rot - original Hersteller, schwarz - neu berechnet von KnockSoft. Auf den ersten Blick 2 Ventilerhebungskurven ohne Extremwerte. Die Schwarze hat einen Steuerwinkel von 255 Grad, die Rote weniger Hub und weniger Steuerwinkel. Keinerlei Auffälligkeiten zu  entdecken, vermutlich auch für die, die solche Kurven schon einmal selbst erfasst, ausgewertet oder sich damit beschäftigt haben.

Die äußerst gravierenden Vorteile der KnockSoft Nocken werden weder bei Betrachtung der Nockenwellen selbst, noch bei Betrachtung der Ventilerhebungskurven sichtbar.
Nur eine Analyse der Beschleunigungen zeigt die enorme Überlegenheit der mit KnockSoft berechneten Nocken, Bild unten.
Die zur Bewegung der Ventile notwendigen Kräfte wachsen proportional zu Beschleunigung und bewegter Masse.
Newtonsches Gesetz F = m x a
Kraft = Masse mal Beschleunigung
Massen und Beschleunigungen sind Gradmesser für Belastbarkeit und Qualität des Ventiltriebs.
Geringe Massen und geringe Beschleunigungen bedeuten geringe Krafterfordernisse zur Betätigung der Ventile und stehen bekanntlich für drehzahlfeste, langlebige, reibungsarme Ventiltriebe. Anders ausgedrückt: zum Öffnen und Schließen des Ventils steht nur eine bestimmte Zeit zur Verfügung. Die Form der Nocke sollte so berechnet sein, dass dieser Vorgang bei der höchstzulässigen Drehzahl gerade soeben noch kontrolliert stattfinden kann und das alles mit kleinstmöglichem Kraftaufwand.

Vor dem Öffnen des Ventils:
Das von KnockSoft beschleunigte Ventil - schwarze Kurve - erfährt zunächst die sanfte Aufhebung des Ventilspiels rechtzeitig vor Öffnungsbeginn zur Minderung der Gefahr von schädlichen Schwingungen. Bei der roten Kurve erfolgt dies nicht bzw. viel zu spät. Der Öffnungsvorgang kann von Schwingungen überlagert werden.

Öffnung des Ventils:
Bei der schwarzen Kurve wird die Beschleunigung so schnell wie möglich hochgefahren, jedoch nur bis zu einem berechenbaren, zulässigen Grenzwert. Überschreitung von Grenzwerten kann zum Verbiegen von Stößelstangen, Ventilen, zu Fressern oder frühzeitigem Verschleiß führen. Zulässige Grenzwerte können genau berechnet werden. Ein zulässiger Grenzwert kann z.B. die Knickkraft einer Stößelstange sein, berechnet nach der Eulerschen Knickformel. Auch die Flächenpressung zwischen Nocke und Tassenstößel kann ein berechenbarer zulässiger Grenzwert sein. Die rote Kurve vergeudet wertvolle Öffnungszeit ohne nennenswerte Beschleunigung, um dann später "aufzuholen" mit zwei unnötig hohen Beschleunigungsspitzen. Was lange Zeit beschleunigt wird, erreicht eine hohe Geschwindigkeit, wie wir vom Auto fahren oder aus dem Physikunterricht wissen. Deshalb wird der maximal zulässige Beschleunigungswert bei der schwarzen Kurve so lange als möglich gehalten.

Übergang zum maximalen Hub und Beginn der Rückkehr zum Ventilsitz:
Am Ende der Öffnungsbeschleunigung wechselt die schwarze Kurve sofort das Vorzeichen. Das Ventil wird nun so schnell es die Ventilfeder zulässt abgebremst, um zum Zeitpunkt des maximalen Hubs kurz stehen zu bleiben. Der Wechsel des Vorzeichens bei der roten Kurve verläuft zögerlich, es geht wieder wertvolle Zeit verloren. Sowohl die Verlangsamung bis zur Erreichung des maximalen Hubs als auch die Beschleunigung zurück zum Ventilsitz verläuft bei der roten Kurve mit mehreren Spitzen mit bis zu 30% über dem notwendigen Wert.

Schließen des Ventils:
Bevor das von der Ventilfeder zum Ventilsitz zurück beschleunigte, schließende Ventil auf dem Ventilsitz aufschlägt, muss es wieder sanft "aufgefangen", also abgebremst werden. Beide Beschleunigungskurven wechseln wiederum das Vorzeichen und steigen nach oben in den positiven Bereich. Die rote Kurve geht dabei zwar nicht so zögerlich zur Sache wie beim ersten Vorzeichenwechsel. Dafür überschreitet die rote Kurve den Wert der schwarzen Kurve um 250% mit rund 5.700 m/sec². Nachdem das Ventil bei der roten Kurve dermaßen mit unnötig hohen Werten abgebremst wurde, wird die verbleibende Zeit mit Beschleunigung weit unter dem zulässigen Grenzwert vergeudet. Während am Ende des Vorgangs das Ventil der schwarzen Kurve längst ohne Kraftwirkung mit vollem Anpressdruck auf dem Ventilsitz ruht und seine Wärme an den kühlenden Ventilsitz abgibt, werden bei der roten Kurve noch immer Kräfte ausgeübt. Die längere Wärmeabgabe führt zu kühlerem Ventil und in der Folge zu mehr Leistung und weniger Schadstoffausstoß. Eine klar definierte Aufhebung des Ventilspiels ganz am Ende ist bei der roten Kurve nicht zu erkennen.

Schlussbemerkung:
Die beschriebenen Verbesserungen durch Berechnungen sind selbstverständlich nicht in jedem Einzelfall möglich. Wurde eine Nocke einmal richtig berechnet, so kann sie selbstverständlich durch nochmalige Berechnung nicht noch weiter verbessert werden.
Wichtig sich zu merken: Diese Berechnung ist eine Physikaufgabe deren Lösung digital ist - richtig oder falsch!
Alle Lösungen die bekannte Schlagworte enthalten wie "rechnerisch abgeänderte Ventilerhebungskurve" "abgeänderter Nocken" "Nocken umschleifen" "abgeänderter Grundkreis" "erfolgreiches Nocken - Profil aus einem anderen Motor" haben eine wichtige Eigenschaft: sie sind alle falsch.
Die Anzahl verbesserungsbedürftiger Nocken ist überraschend hoch. Auch ein Baujahr 2004 bietet keine Gewähr für eine gute Nocke. Es gibt sowohl  "richtige" als auch noch schlechtere Nocken wie hier beschrieben. Nocken vor Baujahr 1980 konnten allerdings ausnahmslos enorm verbessert werden.

Konnten wir Ihr Interesse wecken?
Als 1. Schritt könnten Sie eine Analyse bei Gänssle in Auftrag geben.
Sie sehen dann "schwarz auf weiß" ob Ihre Nocke richtig oder falsch ist.
Bei falschen Nocken oder Neukonstruktion gibt es hier die perfekte Lösung!

© Axel Gänssle
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