Pleuelstangen (auch Kolbenstangen genannt) sind ein wesentlicher Bestandteil des Kurbeltriebs eines Verbrennungsmotors. Sie verbinden den Kolben mit der Kurbelwelle und übertragen die Kräfte, die während der Verbrennung im Zylinder entstehen, auf die Kurbelwelle, die die lineare Bewegung des Kolbens in eine Drehbewegung umwandelt.

1. Funktion der Pleuelstange

• Kraftübertragung: Die Pleuelstange überträgt die durch die Verbrennung erzeugte Druckkraft vom Kolben auf die Kurbelwelle. Wenn der Kolben sich aufgrund der Verbrennung im Zylinder nach unten bewegt, wird die lineare Bewegung des Kolbens durch die Pleuelstange in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgewandelt.
• Drehmoment erzeugen: Diese Umwandlung von linearem in rotierendes Drehmoment ist entscheidend für die Motorleistung. Die Pleuelstange ist also eine zentrale Komponente, um den Motor anzutreiben.

2. Bau und Material

• Materialien: Pleuelstangen müssen hohen mechanischen Belastungen, extremen Temperaturen und Vibrationen standhalten. Daher bestehen sie meistens aus hochfesten Stahllegierungen oder Titanlegierungen. In einigen Hochleistungs- oder Rennmotoren werden auch leichtere Materialien wie Titan verwendet, um das Gewicht zu reduzieren und die Steifigkeit zu erhöhen.
• Form: Die Form einer Pleuelstange ist in der Regel lang und schmal und sie weist an beiden Enden unterschiedliche Formen auf. Das Kolbenende der Pleuelstange hat eine „Buchse“, in der der Kolbenbolzen eingeführt wird. Das Kurbelwellenende der Pleuelstange hat eine „Öse“ (auch Buchse oder Pleuellager genannt), in der die Pleuelstange an der Kurbelwelle befestigt wird.

3. Konstruktion der Pleuelstange

• Kolbenende (Kolbenbolzen): Am Kolbenende wird die Pleuelstange mit einem sogenannten Kolbenbolzen verbunden. Der Kolbenbolzen ist ein Zylinder, der durch den Kolben und das Pleuel durchgeht. Dieser Bolzen muss sicher und stabil im Kolben gelagert werden, um die Kräfte der Verbrennung ohne Versagen zu übertragen.
• Kurbelwellenende (Pleuellager): Das andere Ende der Pleuelstange ist mit der Kurbelwelle verbunden. Hier wird die Pleuelstange über ein Pleuellager oder ein Lagerauge an die Kurbelwelle montiert. Dieses Lager ermöglicht eine rotierende Bewegung, ohne dass es zu einem Festsetzen oder übermäßigem Verschleiß kommt.

4. Funktionsweise im Motorbetrieb

• Während der Motor in Betrieb ist, bewegt sich der Kolben durch die Kraft der Verbrennung auf- und abwärts. Diese Bewegung wird über die Pleuelstange auf die Kurbelwelle übertragen, die die Bewegung in eine Drehbewegung umwandelt, die dann auf das Getriebe und die Räder des Fahrzeugs übertragen wird.
• Drehbewegung: Das Pleuel übersetzt die lineare Bewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle. Der Drehmomentübertragungsmechanismus im Motor sorgt so dafür, dass die Kolbenkraft in eine rotierende Kraft umgewandelt wird.

5. Belastungen und Anforderungen

• Hohe Belastung: Pleuelstangen müssen extrem hohen Kräften standhalten, da sie die Verbrennungsenergie des Motors übertragen. Sie sind dabei sowohl Zug- als auch Druckkräften ausgesetzt.
• Temperaturbeständigkeit: Pleuelstangen müssen auch hohen Temperaturen standhalten, die durch die Verbrennung entstehen. Besonders im oberen Bereich des Kolbens, der nahe an der Zündung ist, können diese Temperaturen sehr hoch sein.
• Drehmoment und Vibrationen: Da die Pleuelstange Drehmoment überträgt, sind auch Vibrationen und Stoßbelastungen ein Problem. Deshalb müssen Pleuelstangen besonders stabil und widerstandsfähig gegen Materialermüdung sein.

6. Design und Varianten

• Hohlpleuel: Moderne Motoren verwenden häufig Hohlpleuelstangen, bei denen das Innere der Pleuelstange hohl ist, um Gewicht zu sparen, ohne die Festigkeit zu beeinträchtigen. Dies ist besonders in Renn- oder Hochleistungsmotoren nützlich, um das Gesamtgewicht des Motors zu reduzieren.
• Verschiedene Längen: Die Länge der Pleuelstange kann variieren, je nach Motorentyp. Eine längere Pleuelstange kann die Effizienz erhöhen, indem sie den Kolbenwinkel verringert, was die Kolbenbewegung stabiler und gleichmäßiger macht.

7. Pleuelstangen und Motorleistung

• Motorlebensdauer und Effizienz: Ein richtig konstruiertes und gewartetes Pleuel ist entscheidend für die Motorlebensdauer. Ein übermäßiger Verschleiß oder eine fehlerhafte Pleuelstange kann zu Motorschäden führen.
• Leistung und Drehmoment: Die Steifigkeit und das Design der Pleuelstange beeinflussen, wie gut die erzeugte Energie aus der Verbrennung auf die Kurbelwelle übertragen wird. Ein leichtere, steifere Pleuelstange kann die Leistung erhöhen, da sie weniger Energie in Form von Vibrationen oder Flexibilität verliert.

8. Fehler und Probleme

• Überhitzung: Bei zu hoher Belastung oder mangelhafter Schmierung kann die Pleuelstange überhitzen, was zu einem Riss oder Verziehen führen kann.
• Abnutzung: Im Laufe der Zeit und bei hoher Belastung kann es zu Abnutzung im Lager des Kolbenbolzens oder des Pleuellagers kommen. Auch das Material der Pleuelstange kann durch wiederholte Beanspruchung ermüden.
• Risse: Pleuelstangen sind extremen Kräften ausgesetzt. Wenn die Materialqualität oder Fertigungstoleranzen nicht optimal sind, können sie Risse oder sogar Brüche erleiden.

9. Wartung und Austausch

• Überprüfung der Pleuelstange: Bei Motorüberholungen oder Reparaturen sollte die Pleuelstange regelmäßig auf Risse und Abnutzung überprüft werden. Auch der Zustand des Kolbenbolzens und des Pleuellagers sollte kontrolliert werden.
• Austausch bei Beschädigung: Sollte eine Pleuelstange Risse oder signifikante Abnutzung aufweisen, muss sie ausgetauscht werden, da ein Versagen zu schweren Schäden am Motor führen kann.

10. Verwendung in Hochleistungsmotoren

• In Renn- und Sportwagenmotoren werden häufig Hochleistungs-Pleuelstangen verwendet, die speziell für maximale Leistung und minimalen Verschleiß entwickelt sind. Diese Pleuelstangen sind oft aus leichten, aber starken Materialien wie Titan oder hochfestem Stahl gefertigt und verfügen über besondere Designmerkmale, um die Leistung des Motors zu maximieren.

Fazit

Die Pleuelstange ist ein kritisches Bauteil im Verbrennungsmotor, das für die Übertragung der Verbrennungsenergie auf die Kurbelwelle verantwortlich ist. Ihre Konstruktion und das verwendete Material müssen hohe mechanische Belastungen und Temperaturen aushalten, da sie unter extremen Bedingungen arbeiten. In Hochleistungsmotoren ist eine präzise und robuste Pleuelstange entscheidend für die Motorleistung und die Lebensdauer des Motors.