Skript Motoren; V0.7; PDF - saiya

Motorenscript³ · 1 SAIYA.DE 

Inhalt 

Motorenscript³ 

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Fragenkatalog ...................................................................................................................................................................... 2 

Motorbilder ....................................................................................................................................................................... 18 

Auszüge aus dem Vorlesungsscript ......................................................................................................................... 23 

Aufgaben ............................................................................................................................................................................. 37 

Unbeantwortete Fragen ............................................................................................................................................... 38 

Hinweise ............................................................................................................................................................................. 39


Fragenkatalog 

Spezifizieren und erläutern Sie die allgemeinen Merkmale der Kolbenmaschinen! 

Bauteile: 

Kurbelwelle 

Pleuel 

Kolben 

Arbeitsweise: 

Prinzip der Verdrängung (Kolben verdrängt Fluid; oder fluid verdrängt Kolben - durch 

Änderung der Energie im Fluid wird Kolben bewegt, dabei gelten die beiden nächsten 

Regeln) 

Arbeitsraum ist periodisch veränderlich (über Zeit in Größe veränderbar) 

Arbeitsraum ist abgeschlossen 

Welche Kolbenmaschinen sind Ihnen bekannt? Ordnen Sie diese Maschinen den 

Hauptgruppen „Kraft- und Arbeitsmaschinen“ zu! 

• Kraftmaschinen 

• Mechanische Motoren 

• Druckluftmotoren 

• Hydromotoren 

• Thermische Motoren 

• Innere Verbrennung 

• Ottomotor 

• Dieselmotor 

• Äußere Verbrennung 

• Dampfmotor 

• Stirlingmotor 

• Arbeitsmaschinen 

• Kompressoren 

• Pumpen 

• Hydropumpen 

• Vakuumpumpen 

Erklären Sie den Begriff „Mitteldruck“ einer Kolbenmaschine! 

Mitteldruck bedeutet auf das Hubvolumen bezogene Arbeit je Arbeitsspiel! 

Die Fläche des Indikatordiagramms (Druck, Weg) 

entspricht der in einem Zylinder je Arbeitsspiel geleisteten 

Arbeit W. Verwandelt man diese Fläche in ein 

Flächengleiches Rechteck, so entspricht seine Höhe dem 

mittleren Kolbendruck. Der mittlere Kolbendruck ist ein 

Maß für die Belastung der Maschine und ermöglicht eine 

schnelle Ermittlung der Leistung, wenn Drehzahl und 

Abmessungen bekannt sind. 

Durch den Bezug auf das Hubvolumen ist der Mitteldruck 

unabhängig von der Baugröße des Motors. Somit haben wir


ein Vergleichskriterium zur Beurteilung verschiedener Motoren in unterschiedlichen 

Bauformen. 

Was versteht man unter der Bezeichnung „mittlere Kolbengeschwindigkeit“ und wie wird 

diese Geschwindigkeit berechnet? 

Die mittlere Kolbengeschwindigkeit ist der Weg, den der Kolben in 

einer bestimmten Zeiteinheit zurücklegen würde, wenn er während 

des gesamten Hubes stets die gleiche Geschwindigkeit hätte. 

Tatsächlich aber ändert sich die Kolbengeschwindigkeit (hellrot) von 

Null an den Totpunkten bis zur maximalen Kolbengeschwindigkeit 

etwas oberhalb der Mitte. Diese beträgt etwa das 1,6-fache der mittleren 

mittleren Kolbengeschwindigkeit (dunkelrot). 

Zählen Sie die möglichen Bauweisen von Kolbenmaschinen auf, in Bezug auf die Anordnung 

der Zylinder und führen Sie deren Ausführungsmerkmale auf! 

Reihenmotor: Die Zylinder werden in einer Reihe, senkrecht über Kurbelwelle angeordnet 

V-Motor: Die Zylinder werden in einem Winkel von 60° bis 120° angeordnet. Die 

Mittelachse der Zylinder verläuft durch die Mittelachse. (Zwei Zylinderköpfe) 

VR-Motor: Die Zylinder sind V-förmig in einem Winkel von 15° versetzt. Diese Konstruktion 

erlaubt nur einen Zylinderkopf. 

W-Motor: Zwei VR-Bänke werden in einem Winkel von 72° zu einem Motor 

zusammengesetzt. 

Boxer-Motor: Anordnung der Zylinder in einer Ebene mit zwei einander gegenüberliegenden 

Zylindern. Die Kurbelwelle hat je Zylinder einen Kurbelzapfen. 

Stern-Motor: Anordnung der Zylinder in einer Ebene mit einer oder mehreren senkrecht zur 

Kurbelwellenachse liegenden Ebenen. 

Wozu dienen Kolbenverdichter und welche Triebwerksvarianten werden bei diesen 

Maschinen verwendet? 

Förderung von Fluiden aus einem Raum niederen Drucks in einen Raum höheren Drucks 

• Tauchkolbentriebwerk 

• Kreuzkolbentriebwerk 

• Ein-wellig, zwei-wellig, x-wellig 

• Rotationskolbentriebwerk


Welche allgemeinen geometrischen, kinematischen und energetischen Kenngrößen sind 

Ihnen bei Kolbenmaschinen bekannt und welche Effekte und Folgewirkungen resultieren 

aufgrund dieser Kenngrößen? 

Geometrische Größen: 

Größen einer Kolbenmaschine mit der sich die Kolbenmaschine geometrisch berechnen lässt: 

d, s, Vh , Vc, Vo, OT, UT 

VZylinder = Vc/Vs/Vo + Vh 

z, r, L 

Verbrennungsmotoren 

Kinematische Größen: 

Größen, die die Bewegung eines Kolbens beschreiben. 

Leistung aus Drehmoment: 

Leistung aus technischer Arbeit: 

Hubkolbenmaschine, Kolbengeschwindigkeit: 

Kolbengeschwindigkeit: 

Kolbenbeschleunigung: 

Massenkräfte oszillierend: 

Oszillierende Massenkräfte 1. Ordnung: 


Energetische Größen: 

Kompressor + Vakuumpumpe 

Druckluftmotor 

Pleuelstangenverhältnis 

Größen, die die Leistung einer Kolbenmaschine beschreiben 

Kolbendruck: [N/m²] 

Kolbenkraft: [N/m²] · [m²] = [N] 

Kolbenarbeit: [N] · [m] = [Nm] 

Kolbenleistung: [Nm] · [1/s] = [J/s] = [W] 

Wirkungsgrade (siehe S. 18)

p 


Wie sieht das theoretische und wie das wirkliche Arbeitsdiagramm eines Ottomotors aus? 

Erklären Sie die jeweiligen Prozessschritte! 

Nach welchen Gesichtspunkten können Kolbenverdichter eingeteilt werden? 

Funktionale Aspekte 

Energetische Aspekte 

Bewegung des Kolbens (oszillierend, rotatorisch) 

Was versteht man unter „Stufendruckverhältnis“ eines Kolbenverdichters? Welche 

Auswirkungen müssen beachtet werden bei einem Zylinderdruckverhältnis? 

Stufendruckverhältnis ist das Druckverhältnis je Stufe bei einer mehrstufigen Verdichtung in 

dem jeweiligen Zwischenkühler. 

Das Druckverhältnis nach dem Verdichten muss beachtet werden (Verluste)! 

Erklären Sie die Vorteile der mehrstufigen Verdichtung mit einer Prozess-Darstellung im p- 

V-Diagramm! 

p 

pamb 

VC 

3 

2 

punterdruck 

OT UT 

Stufenweise/Treppchenweise Verdichtung annähernd Isotherm 

Ersparnis 

Kühlen des Gases durch Wärmetauscher 

V 

Vh 

Quadratischer Anstieg der Verluste/Druckes 

4 

1 

-ΔWp 

5 

-ΔWt 

6 

V 

p 

pmax 

pamb 

VC 

3 

2 

Zeitl. Verbrennungsbedarf 

Strömungsverl. 

Vorzündung 

polytrope Kompression 

Polytr. Expansion/ 

Kühlungsverluste 

OT UT 

Vh 

Strömungsverluste 

durch Auslass und 

Ausschiebevorgang 

+Wi < +WV 

4 

1 

V


Welcher Vorteil ergibt die Zwischenkühlung beim mehrstufigen Verdichter? 

Nahezu isotherme Verdichtung, Arbeitsersparnis! 

Welche funktionalen Kriterien werden bei der Unterscheidung und Gliederung von 

Kolbenmaschinen beachtet? 

• oszillierender Verdränger 

• Hubkolben 

• Motoren 

• Kompressor 

• Pumpen 

• Membrane 

• Kompressor 

• Pumpen 

• rotierender Verdränger 

• Hin- und her schwingend 

• Handpumpe 

• Wingkompressor 

• Umlaufend 

• Axiale Bewegung des Mediums 

• Schraubenpumpen/ 

Schraubenkompressoren 

• Schlauchpumpe 

• Exzenterschneckenpumpen 

• Radiale Bewegung des Mediums 

• Drehkolbenmotor (Wankelmotor)/ 

Drehkolbenkompressor (Roots) 

• Flügelzellenmotor (Lamellenmotor) 

(Kompressor/Pumpe) 

• Zahnradmotor/Zahnradpumpe 

• Flüssigkeitsringpumpen/ 

Flüssigkeitsringkompressoren 

Stellen Sie den Energiefluss bei Wärmekraftmaschinen, einer mechanische Kraftmaschine 

und einer Arbeitsmaschine mittels SANKEY-Diagramm dar und definieren Sie die jeweiligen 

Leistungen und Wirkungsgrade 

Wärme in thermodynamischen Kreisprozess, Theoretische Verluste 30-40% wegen 

Irreversibilität, Innere Verluste, Mechanische Verluste (Reibung, etc), Pe= Nutzleistung 

Moderner Dieselmotor (abgasaufgeladen) > 40% 

Moderner Ottomotor (schnelllaufend) 38% und höher 

Wärmekraftmaschinen 

Verlusteth 

Verlustei 

Verlustem 

Qzu 

Pth 

Pi 

Pe 

Mechanische 

Kraftmaschine 

Verlustem 

Verlustei 

Arbeitsmaschine 

Pa,(K) 

Pi 

Pf(N), Pe


Welche Massenkräfte treten bei Hubkolbenmaschinen auf und welche Maßnahmen sind für 

deren Beherrschung erforderlich? 

Rotierende Massenkräfte 

Massenkräfte oszillierend: 



Massenausgleich 

Ausgleich rotierender Massenkräfte 

• Reduzierung der Massen (Leichtbau) 

• Rotierende Kräfte werden über Ausgleichsmasse [mrot = m0] kompensiert; 

Ausgleichsmasse liegt Kurbelzapfen gegenüber 

• Ausgleich der Kräfte II. Ordnung durch V-Spreizung 

Ab V8 kein Ausgleich oszillierender Kräfte II. Ordnung nötig 

Ausgleich für oszillierende Massenkräfte 

• Für I. Ordnung: Ausgleichswelle mit gleichem Radius wie Kurbelwelle; rotierende 

Masse zum [m = m0/2] 

• Für II. Ordnung: 2 Ausgleichswelle mit halb so großen Radius wie Kurbelwelle; 

rotierende Masse zum Ausgleich [m = m0] 

je mehr Zylinder, desto weniger Ausgleich erforderlich 

Boxer-Motor ist am günstigsten, dann W-Motor, dann V-Motor, dann R-Motor 

Wodurch entstehen die oszillierenden Massenkräfte bei Hubkolbenmaschinen und welchen 

Gesetzmäßigkeiten unterliegen diese Kräfte? 

Die oszillierenden Massenkräfte entstehen aufgrund der von den Bauteilen ausgehenden 

Trägheit. Sie wirken den Bewegungsrichtungen des Kolbens entgegen. 

Worin unterscheiden sich die Tauchkolben- von den Kreuzkopftriebwerken und welche 

Auswirkungen haben diese Unterschiede auf entsprechende Maschinen? 

Tauchkolbenmotor: 

Tauchkolben für Durchmesser des Kolbens 

bis maximal 600 mm 

Für mittelschnell laufende Motoren 

Kompakt in der Bauweise 

Kleine Massen 

Kolben oval um Verformung bedingt durch 

Seitwärtskräfte zu kompensieren 

Kreuzkopfmotor: 

Für Durchmesser ab 500 mm geeignet 

Kolbenhub > 6 m 

Für langsam laufende Motoren 

(90 – 120 ) 

Statt Pleuelstange ist Kolbenstange fest mit 

Kolben verbunden 

Größere Bauform; materialintensiv; höhere 

Kosten pro kW 

Kolben rund statt oval, da keine 

Seitwärtskräfte auftreten 

Zylinder und Kurbelgehäuse voneinander 

getrennt


Stellen Sie vergleichsweise die theoretischen Kreisprozesse von Otto- und Dieselmotoren 

dar und erklären Sie deren Unterschiedsmerkmale! 

Ottomotor Dieselmotor 

p 

VC 

3 

2 

pamb 

punterdruck 

• Dieselmotor mit viel höheren Drücken und damit auch Temperaturen nach Verdichtung 

• Dieselkraftstoff kann höheres Versichtungsverhältnis vertragen als Ottokraftstoff 

• Dieselmotor zündet Kraftstoff aufgrund von Kompressionswärme 

• Mehr Wärmeenergieumsetzung durch zweifache Wärmezufuhr; isochore und isobare 

Wärmezufuhr 

• Durch Gleichdruckverbrennung spezielle Drehmoment-Charakteristik 

• Günstigeres s im T-s-Diagramm 

Ottomotor 

V 

OT UT 

Vh 

Bei gleichem schlechteren 

Wirkungsgrad ( s ist größer) 

Gleichraumprozess 

Fremdzündung 

Äußere Gemischbildung 

Kraftstoff Klopffest (Oktan-Zahl) 

Gemischmengenregelung der Leistung, 

Quantitative Lastregelung ( ) 

Stöchiometrisches Verhältnis: 1kg 

Kraftstoff: 12m³ Luft 

Flüchtiger Kraftstoff mit hoher 

Klopffestigkeit 

1 

4 

p 

pamb 

VC 

3 

2 

Dieselmotor 

4 

OT UT 

Vh 

Isobar 

Isochor 

Isentrop 

Bei gleichem besseren Wirkungsgrad ( s 

ist kleiner) 

Gemischter Kreisprozess (isochore und 

isobare Verbrennung Seiliger Prozess) 

Gleichdruckprozess 

Selbstzündung 

Innere Gemischbildung 

Zündwilliger Kraftstoff (Cetan-Zahl) 

Kraftschtoffmengenregelung der Leistung, 

Qualitative Lastregelung ( ) 

Stöchiometrisches Verhältnis: 1kg Kraftstoff: 

24m³ Luft 

Zäher Kraftstoff mit hoher Zündwilligkeit 

1 

5 

V


Stellen Sie vergleichsweise die theoretischen Arbeitsprozesse von Kolbenkompressoren und 

Kolbenpumpen dar und erklären Sie deren Unterschiedsmerkmale! 

Kompressor: Hydro-Pumpe: 

Worin unterscheiden sich Kraftmaschinen von Arbeitsmaschinen? 

Mechanische Kraftmaschine 

Positiver Kreisprozess 

Umsetzung von Stoffenergie in mechanische Arbeit 

Nutz- und Drehmoment bzw. effektive Leistung ab der Kupplungsseite 

Durchschnittliches Energieniveau der Expansion größer als durchschnittliches 

Energieniveau der Kompression 


Negative Kreisprozessarbeit 

Umwandlung von mechanischer Energie in Energie des Arbeitsmediums 

Antriebsdrehmoment bzw. effektive Leistung an der Kupplungsseite dient als Antrieb 

Durchschnittliches Energieniveau der Kompression größer als durchschnittliches 

Energieniveau der Expansion 

Welche Besonderheit tritt bei der Fluidförderung durch Maschinen mit Roots-Drehkolben 

im Hinblick auf die Druckerhöhung auf? 

Rootskolbenmaschinen haben keine innere Verdichtung. Es handelt sich hier um eine 

pulsierende Druckerhöhung im Austrittstutzen. Eigenschaften: arbeitet berührungslos, 

preiswert, hohe Drehzahlen möglich und somit eine hohe Durchbringung. 

Welches funktionale Merkmal von Kolbenmaschinen wird durch den Liefergrad erfasst und 

wie geht der Liefergrad in die Berechnung des Durchsatzvolumen ein? 

Er beschreibt die Güte der Füllung und somit die Durchsetzverluste des Volumenstroms.


Was versteht man unter „Ladungswechsel“ bei Kolbenmaschinen und welche Methoden sind 

Ihnen bekannt? 

Zur Wiederholung des Arbeitspiels notwendiger Ersatz der verarbeiteten Ladung durch frisches 

Medium. 

Bei 4-Takt-Motor: 

Ladungswechsel über Ein- und Auslassventile 

Steuerung der Ventile über Nockenwelle 

Bei 2-Takt-Motor: 

Ladungswechsel über Ein- und Auslassschlitze 

Ladungswechsel über Einlassschlitze und Auslassventil 

Erklären Sie den physikalisch-mechanischen Wirkungsablauf vom Fluid im Zylinder bis zur 

Leistungsabgabe am Wellenende einer Hubkolbenkraftmaschine, der zur 

Leistungsbestimmung führt! 

Fluid expandiert 

Kraftwirkung auf Kolben 

Kolben wird nach unten gezwungen (mittl. Kolbendruck) 

Kolben verfährt im Zylinder 

Pleuelstange und Kurbelwelle setzen translatorische Bewegung in eine Rotatorische um 

Kräftepaar an Kurbelwelle erzeugt in Verbindung mit Hebelarm ein Moment 

Bei welchen Maschinen wird das peristaltische Wirkungsprinzip angewendet? Skizzieren 

Sie dazu einige Ausführungsvarianten 

Rollenpumpe 

Rollkörper rotiert in Gehäuse 

Quetscht Pumpenschlauch zusammen (Verschluss) 

Hinter Verschluss: Schlauch nimmt ursprüngliche Form an; erzeugt Unterdruck und 

zieht neues Medium an 

Vor Rollkörper wird Medium zur Druckseite gefördert 

Welche Merkmale hatte der ursprüngliche Dieselmotor, bei dem ein „klassischer 

Dieselprozess“ angewendet wurde und welche Gründe waren für den Wechsel zum 

neuzeitigen Dieselmotor mit dessen „gemischten Kreisprozess“ entscheidend? 

Merkmale des klassischen Diesels: 

Zündung nur durch Vorverdichtung des 

Dieselkraftstoffes über Kompressor 

Zusätzliche Hilfseinrichtungen erforderlich; 

mehr Verluste 

Geringerer Wirkungsgrad 

Nur isobare Wärmezufuhr 

Größtes s im Vergleich zum Ottomotor und 

heutigem Diesel 

Klassischer Diesel unwirtschaftlich im 

Hinblick auf Ottomotor 

Wechsel zum heutigen Diesel: 

Zusätzliche Nutzung des im Dieselkraftstoff 

gespeicherten Energie durch isochore 

Wärmezufuhr 

Dadurch höhere Drücke realisierbar 

Größeres Verdichtungsverhältnis bedeutet 

höherer Wirkungsgrad


Welche mechanischen Motoren sind Ihnen bekannt? Nennen Sie dazu einige Einsatzgebiete! 

Druckluftmotoren und Druckölmotoren (Hydromotoren) 

Welche Ursachen und Auswirkungen hat das „Klopfen“ von Ottomotoren? 

Unkontrollierte irreguläre Verbrennung mit sehr steilem Rückanstieg infolge Selbstzündung von 

Gemischteilen vor Eintreffen der Flammfront, welche durch den Zündfunken eingeleitet wurde. 

Daraus resultiert die Förderung einer chemischen Vorreation mit erheblicher Wärmefreisetzung 

infolge radikaler Bindung (extrem reaktionsfreudiger Molekülbruchteile) infolge einer 

Aufspaltung der Moleküle beim Zerfall instabiler Verbrennungszwischenprodukte (so genannter 

Peroxide). 

Ursachen: 

Ungünstige Konstruktion des Auslassventils 

Unzureichende Kühlung des Auslassventils 

Ungünstige Platzierung der Zündkerze 

Ungünstiger Motorbetrieb 

Schlechter Kraftstoff 

Wirkungen: 

Flammgeschwindigkeiten mit 

Schallgeschwindigkeit; Gasdynamische 

Schwingungen; thermische Belastung 

Überhitzung der Bauteile 

Schmelzen von Zylinderkopfdichtungen und 

Ventilen 

Welche auf den Kraftstoff bezogene Wirkung ist für das so genannte „Nageln“ von 

Dieselmotoren verantwortlich? 

Verantwortlich für das Nageln im Bezug auf den Kraftstoff ist eine unzureichende Zündwilligkeit. 

Dies führt zum Zündverzug der Verbrennung. Die gewollte kontinuierliche Verbrennung der 

Dieseltröpfchen in der heißen Luft verzögert sich durch ungünstige Motorparameter (z.B. 

Kaltlauf, Kraftstoff mit zu niedriger Cetanzahl), und es kommt zu explosionsartiger Verbrennung 

größerer Mengen von Kraftstoff mit einhergehender hoher mechanischer Belastung. Die Folgen 

des Nagelns sind identisch mit denen des Klopfens. 

Die Zündwilligkeit eines Dieselkraftstoffes wird mit der Cetan-Zahl bemessen. 

Welche Prozessschritte werden bei 4-Takt-Motoren mittels Ein- und Auslassventilen 

ermöglicht bzw. realisiert? 

Ansaugen von Frischgas wenn Einlassventil geöffnet und Auslassventil geschlossen; 

Kolben bewegt sich von OT zum UT 

Danach Schließen der Ein- und Auslassventile 

Komprimieren des Gemisches; alle Ventile geschlossen; Kolben von UT in Richtung OT 

Zünden und Expandieren des Gemisches; alle Ventile geschlossen; Kolben von OT in 

Richtung UT 

Ausspülen des Gemisches, Auslassventil geöffnet; Kolben von UT in Richtung OT


Wie verläuft der Arbeitsprozess eines 2-Takt-Motors mit selbsttätiger und wie mit 

Zwangsspülung? 

Selbsttätige Spülung 

Ausspülen des Gemisches über 

Auslassventile 

Ein- und Ausspülvorgänge in jedem Takt 

Durch Einlassschlitze spülen Frischgase ein; 

Auslassventile werden geöffnet; verarbeitetes 

Gemisch wird ausgespült 

Zwangsspülung 

Ausspülen des Gemisches über 

Auslassschlitze 

Auslassschlitze liegen Einlassschlitze 

gegenüber; Gleichstromspülung 

Einströmendes Frischgas verdrängt 

verarbeitetes Gemisch 

Verluste möglich, da Frischgase unverbrannt 

Brennraum verlassen 

Wie sieht das theoretische und wie das wirkliche Arbeitsdiagramm eines Hub- 

Kolbenverdichters aus? Erklären Sie die Prozessschritte. 

1-2 isentrope Kompression 

2-3 isobares Ausschieben 

3-4 isentrope Expansion 

4-1 isobares Auffüllen 

Der reale Verlauf entsteht auf Grund von 

Reibungsverlusten. und Irreversibilitäten im 

Prozess sowie polytroper statt isentroper 

Druckänderung 

Wovon ist das theoretische Fördervolumen eines Schraubenkompressors abhängig? Bis zu 

welchen Druckverhältnissen werden Schraubenkompressoren angewendet? 

• Geometrie der Schrauben/Kolben 

Durch den bei der Flüssigeinspritzung erzeugten Kühlungseffekt ist das Druckverhältnis von fast 

7 in einer Stufe erreichbar 

Bei welchen Maschinen wird das peristaltische Wirkungsprinzip angewandt? Skizzieren Sie 

einige Ausführungsvarianten


Welche besondere Merkmal weist die Gasverdichtung im ROOTS-Verdichter auf, und 

welcher Effekt wird durch sogenannte Klauenkolben erzielt? Vergleich im p-v-Diagramm! 

Roots 

Klaue 

Druckerhöhung nicht im Verdichter 

Stoßartiges drücken in Querschnitt 

Gas strömt von Druckraum zurück in 

ArbeitsraumVerdichtung durch 

Überlagerung 

Verdichter Arbeitet ständig gegen vollen 

Staudruck 

Verdichtung innerhalb der Maschine 

Ständige Vergrößerung und Verkleinerung 

des Arbeitsraumes 

Nach welchen Kriterien werden Verbrennungsmotoren eingeteilt? 

Kriterium Varianten 

Verbrennungsort Innere Verbrennung, Äußere Verbrennung (Stirling-Motor) 

Gleichraumprozess (Ottomotor), 

Verbrennungsprozess Gleichdruckprozess (Klassischer Dieselmotor), 

Seiligerprozess (gemischter Prozess, heutiger Dieselmotor) 

Arbeitsverfahren Viertaktspiel, Zweitaktspiel 

Füllungsart Selbstansaugend, aufgeladen (Turbo) 

Kühlungsart Wassergekühlt, Ölgekühlt, Luftgekühlt 

Flüssigkraftstoff (z.B. Benzin, Methanol, Dieselkraftstoff, Biokraftstoff, 

Kraftstoffart 

Schweröl, Mischöl), Gasförmiger Kraftstoff (z.B. Erdgas, Flüssiggas (LPG), 

Biogas, Wasserstoffgas) 

Gemischbildung 

Vergasermotor, Einspritzmotor, Gasmotor, Äußere und Innere 

Gemischbildung 

Triebwerk 

Tauchkolbenmotor (Hubkolbenmotor), Kreuzkopfmotor, 

Kreiskolbenmotor (Wankelmotor) 

Zylinderanordnung Reihenmotor, V-, W-, Boxer-Motor, (früher auch: H-, X-, Dreieck-Motor) 

Gaswechsel 

Oben- / Untengesteuert (4-Takt, Ventile) Schlitz- oder Ventil- und 

Schlitzgesteuert 

Drehzahl Schnelllaufend, mittelschnelllaufend, langsamlaufend 

Straßenfahrzeuge (PkW, LkW, Bus), Bahnantrieb (Lok, Triebwagen), 

Schiff, kleines Wasserfahrzeug (small craft), Rasenmäher, Traktor, 

Verwendungszweck Landmaschinen, Baumaschine, Flurförderzeug, Kompressorantrieb, 

Pumpenantrieb, Generatorantrieb, Flugzeugantrieb, Bagger, 

Sonderfahrzeuge, Panzer, Motorrad, Moped 

Worin unterscheidet sich die innere Verbrennung von der äußeren Verbrennung? 

Innere 

Ständiger Austausch von verbrauchten gegen 

frisches Arbeitsmedium 

Innere Energiezufuhr 

Äußere 

Arbeitsmedium ist immer das gleiche 

Äußere Wärmezufuhr 

Aufbereitung des Arbeitsmediums


Welche mechanischen Motoren sind ihnen bekannt? Nennen Sie einige Einsatzgebiete. 

Führen Sie einige Ausführungsvarianten auf. 

Hydromotoren 

Baumaschinen 

Pressen 

Stanzen 

Alles was mit Großen Drücken zu tun hat 

Druckluftmotoren 

Maschinenbauelemente 

Pneumatische Steuerungen 

Bohrer mit kleiner Leistung 

Positiv Negativ Positiv Negativ 

Motor und Pumpe 

möglich 

Hohe Überlastbarkeit 

Stufenlose 

Verstellbarkeit der 

Drehzahl 

Keine Explosionsgefahr 

Leistungsdichte ist hoch 

(800 W/kg) 

Hydraulische Energie nicht 

überall verfügbar 

ges ist nicht sehr hoch 

Druckluft häufig 

vorhanden 

Umweltfreundlich 

Leistungsdichte ist auch 

groß, aber nicht so groß 

wie bei Hydromotoren 

(300 W/kg) 

Hydromotor: 

Erklären Sie die Wirkungsweise einer Brennkraftmaschine der Hubkolbenbauart und 

zählen Sie die lebenswichtigen Bauteile auf. Axialkolbenmaschinen 

Wirkungsweise: 

Ausführungsvarianten (Überwiegende Verwendung) 

Druckluftmotor: 

Hubkolben(radiale Fluidförderung): 

Sternausführung 

Kulissenausführung 

Radialkolbenausführung 

Außenzahnrad ohne Spaltausgleich 

Flügelzellenmaschine einhubig 

(Schrägachse, Schrägscheibe, Taumelscheibe) 

• 

Radialkolbenmaschinen 

Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Arbeitsraum 

• Expansion des Verbrennenden Fluids Außenzahnrad übt Druck mit Spaltausgleich 

auf Kolben aus ( ) 

• Kolben bewegt sich Richtung UT 

• Die translatorische Bewegung wird Zahnringmaschinen 

über einen Kurbeltrieb in rotatorische Bewegung 

• 

Bauteile: 

umgesetzt 

Flügelzellenmaschinen 

Die Leistung in Form des Drehmomentes wird an der Kurbelwelle abgegriffen 

Sperr- und Rollflügelmaschinen 

• Zylinder 

• Kolben 

• Pleuelstange 

• Kurbelwelle 

• Ein- und Auslassventile


Beschreiben Sie das 4-Takt Arbeitsspiel eines Motors! 

1. Takt, Ansaugen: 

• Kolben im oberen Totpunkt (OT) 

• Kolben bewegt sich nach unten, Auslassventil wird geschlossen 

• Luft oder Kraftstoff-Luft-Gemisch wird in den Zylinder gesaugt. 

• Kolben im unteren Totpunkt (UT) 

2. Takt, Verdichten: 

• Kolben bewegt sich nach oben, Einlassventil wird geschlossen. 

• Verdichtung (+ Einspritzung bei Direkteinspritzer) 

• Zündung bzw. Entzündung durch Druck 

3. Takt, Arbeiten: 

• Gas dehnt sich aus und schiebt den Kolben nach unten 

4. Takt, Ausstoßen: 

• Auslassventil wird geöffnet 

• Kolben im UT 

• Kolben wandert nach oben, Abgas wird ausgestoßen 

• Einlassventil wird geöffnet 

• Kolben im OT 

Welche Vorteile bietet die V-, W- oder Sternförmige Anordnung der Zylinder gegenüber der 

Reihenanordnung? 

• Kompaktere Bauweise 

• Bessere Leistungsdichte 

• Weniger oszillierende Massen durch Ausgleich 

Welche Vorteile hinsichtlich der oszillierenden Massenkräfte können durch verschiedene 

Motorbauweisen bzw. Zylinderanordnungen erzielt werden? 

Ausgleich der Kräfte durch entgegenlaufende Zylinder 

Je mehr Zylinder, desto ruhiger 

Hat man mehr Zylinder, so kann man durch die Zündreihenfolge auch auf die oszillierenden 

Massenkräfte einwirken


Beschreiben Sie das 2-Takt Arbeitsspiel eines Motors. Welche Möglichkeiten der Steuerung 

des Ladungswechsels sind ihnen dabei bekannt? 

1. Takt 

Das komprimierte Benzin-Luft-Gemisch wird gezündet und dadurch der Kolben nach unten 

gedrückt. Dabei verschließt der Kolben den Einlasskanal. Jetzt wird das Gemisch im 

Kurbelgehäuse vorverdichtet (leicht komprimiert). Kurz vor dem unteren Totpunkt werden der 

Überströmkanal und der Auslasskanal freigegeben. Da das Gemisch im Kurbelgehäuse unter 

Druck steht, werden die Verbrennungsgase aus dem Zylinder gedrückt und entweichen. Der 

Zylinder wird mit dem Gemisch gefüllt. 

2. Takt 

Der Kolben bewegt sich wieder nach oben. Der Überströmkanal und der Auslasskanal werden 

wieder verschlossen. Das Gemisch im Zylinder wird komprimiert. Gleichzeitig wird im 

Kurbelgehäuse frisches Benzin-Luft-Gemisch angesaugt. 

Zwangsspülung: 

Asymmetrische Steuerung 

Symmetrische Steuerung 

Selbsttätige Spülung 

Drei-Kanal-Steuerung 

Worin unterscheiden sich die aufgeladenen von den selbstansaugenden Motoren? 

Vorverdichtung der Luft, Ventilsteuerung 

Saugmotor Aufgeladen 

p 

p 

pamb 

ps 

EÖ 

AS 

ES 

AÖ 

Beim selbstansaugenden Motor wird ein 

Saugdruck (ps) im 1.Takt erzeugt, 

welcher das Gas in den 

Verbrennungsraum saugt. 

(ps < pamb) 

V 

-W 

pL 

pamb 

AS 

EÖ 

ES 

AÖ 

Beim aufgeladenen Motor wird ein 

Ladedruck (pL) im 1. Takt erzeugt, 

welcher das Gas in den 

Verbrennungsraum drückt. 

(pL > pamb) 

V 

+W


Wozu dient das Schwungrad eines Motors? Welchen Einfluss hat die Zylinderzahl auf die 

Größe des Schwungrades? 

Dient zur Speicherung entstehender Rotationsenergie. Diese Energie wird dann durch das 

Schwungrad zur Volumenänderungsarbeit genutzt um das Fluid zu verdichten, da die 

Kolbenmaschine diskontinuierlich Leistung abgibt. 

Schwungrad wird bei steigender Zylinderzahl kleiner. 

Wie wird der thermodynamische Wirkungsgrad durch das Verdichtungsverhältnis 

beeinflusst? Welche Rückschlüsse können aus dieser Abhängigkeit gewonnen werden? 

Bsp: Ottomotor: 

(Ottoprozess) 

(Dieselprozess) 

Degressiver Charakter einer Asymptote 

(Seiligerprozess) 

Wenn ε → ∞ geht: ηth → 1 

Bei ε = 1 ist ηth = 0, d.h. der Motor funktioniert noch nicht 

Das Verdichtungsverhältnis bei Ottomotoren zu erhöhen wird heute nicht mehr als Potenzial 

gesehen, da die Verdichtung (ε) z.B. von 10 auf 15 nur eine minimale Verbesserung des 

thermodynamischen Wirkungsgrades ergibt. 

Extreme Anhebung der ε-Werte bei Ottomotoren bedingt die Verwendung der 

Direkteinspritzung. Ein wesentlicher Grund dafür ist der Gewinn der inneren 

Brennraumkühlung durch Verdampfungswärme des Benzins 

Wie kann die Wärmebilanz eines Motors aufgestellt werden? Wie kann dabei der effektive 

Wirkungsgrad ausgedrückt werden.


Motorbilder 

Identifizieren Sie die dargestellten Kolbenmaschinen und führen Sie deren bauliche und 

funktionale Hauptmerkmale auf. 

„Motor – Kompressor“ 

Ottomotor 

Kreuzkopftriebwerk 

L- Zylinderanordnung 2 Stufen-Kompressor mit 

Zwischenkühlung 

Fluidförderung senkrecht zur Antriebsachse 

Hubkolbenkompressor 

Guter Massenausgleich 

Geringer Platzbedarf 

Bauteile: 

1) Kolben 

2) Kolbenstange 

3) Kreuzkopf 

4) Pleuelstange 

5) Hubzapfen 

6) Kurbelwelle 

Motor und Verdichter kombiniert 

Motor treibt Verdichter an 

Hubkolbentriebwerk 

3 – Zylinder Motor und Verdichter 

Kupplungsseitige Leistungsabgabe möglich 

Kolbenstange fest mit Kolben verbunden 

Hohe Drücke möglich 

Pleuelgelenk ins Triebwerk verlagert (Kreuzkopf) 

Abdichtung durch Stopf-Buchsen-Packung 

Langsam laufende Motoren


Axialkolbenpumpe mit Taumelscheibe 

Radialpumpe 

Pendelkolbenpumpe 

Gehäuse (kann verstellt werden) 

Kolben außen abgestützt und werden vom 

Exzenter angetrieben 

Max. Drücke von 250 – 650 bar möglich 

Zylindertrommel fest auf Welle fixiert 

Oszilliernder Vedränger 

Fluidförderung senkrecht zur Antriebsachse 

Pumpe, Druckluftmotor 

Kolben verfährt nach UT Membran wölbt sich 

nach unten EV öffnet 

Kolben verfährt nach OT Membran schließt 

wieder Kompremierung AV öffnet und Ladung 

wird ausgeschoben 

Außenverzahnte Zahnradpumpe 

Fluidförderung in Umfangsrichtung 

Rotierender Verdränger 

Konstantes Verdrängungsvolumen 

Radiale Abdichtung durch 

Zahnköpfe an Gehäuseinnenwand 

Guter Wirkungsgrad bis 90% 

Drücke bis 280 bar 

Drehzahlen bis 3000 min -1 

Anwendung: Hydropumpe / Hydromotor 

Fluidförderung in axialer Richtung 

Oszillierender Verdränger 

Taumelscheibe ist fest mit der rotierenden Welle 

verbunden 

Durch Taumelbewegung verfährt Kolben im 

Zylinder 

Kolben liegen parallel zur Antriebsachse


Dieselmotor 

Vor - Nachteile Direkteinspritzer: 

Besserer effektiver Wirkungsgrad 

Geringerer spez. Kraftstoffverbrauch aufgrund höherer Einspritzdrücke und besserer 

Zerstäubung 

Höhere Geräuschemissionen 

Axialkolbenpumpe mit Taumelscheibe 



Hydropumpe / Hydromotor 

Mechanische Entkopplung von Kolben und 

Scheibe 

Schrägungswinkel verstellbar 

Schrägstellung der Scheibe beeinflusst Drehmoment Charakteristik und Drücke 

Exzenterschneckenpumpe mit Zufuhrvorrichtung 

Förderung in axialer Richtung 


Flügelzellenkompressor 

Rotierender exzentrisch gelagerter Verdrängungskolben 

Sichelförmiger Arbeitsraum (Gehäuse – Exzenter ) 

Fluidförderung in Umfangsrichtung 

Bauteile: Gehäuse, Rotor und Schieber 

Schieber dichten aufgrund der Fliehkraft den Arbeitsraum 

ab und trennt Saug – und Förderstutzen voneinander


W12 Otto –Motor 

2 Takt Otto – Motor 

hoher spez. Kraftstoff - Ölverbrauch, geringes Baugewicht, hohe Abgasemissionen 

Schraubenkompressor 

Zwei ineinander greifende Schraubenrotoren 

Hauptläufer mit 4 erhabenen Zähnen 

Nebenläufer mit 6 Zahnlücken 

Medium wird durch drehen von Haupt – und Nebenläufer 

verdichtet 

Durch Rotation erfolgt Transport von Saug – zur 

Druckseite 

Axial fließendes Medium


Schwenktrommelpumpe 

Wankelmotor 



Anwendung als Pumpe, Hydromotor 

Kolben sind gelenkig und achsenparallel auf 

einem Zylindermantel 

Zylindermantel steht schräg zur Antriebswelle 

Durch Schwenkung lässt sich das Verdrängungsvolumen 

verändern 

pmax = 350 bar, = 25° 


Radial fließendes Medium 

Vollkommener Massenausgleich 

Kompakte Bauweise 

Große Laufruhe 

Entfall des Ventiltriebs 

Hohe Drehzahlen 

Nachteile: 

Ungünstiger Brennraum 

Hohe Abgasemissionen 

Hoher spez. Kraftstoffverbrauch 

Flüssigkeitskompressor, Flüssigkeitsringkompressor 


Radial fließendes Medium 

Schutz des Gehäuses durch Flüssigkeitsmantel 

Klauenkompressor 

Statische Verdichtung durch Raumverkleinerung 

Können parallel geschaltet werden 

Berührungslos verschleißfrei 

Geringer Energieverbrauch 

Geringe Wartungskosten


Auszüge aus dem Vorlesungsscript 

Funktionalität eines Motors: 

Kraftmaschinen 

Kompressoren und Pumpen 

Schema: 

Arbeitsmaschinen


Was sind die charakteristischen Merkmale einer Wärmekraftmaschine? 

positiver Kreisprozess 

Energie Expansion > Energie Kompression 

Umsetzung von Stoffenergie in mechanische Arbeit 

Nutz – und Drehmoment bzw. effektive Leistung an der Kupplungsseite 

Prozesse bei Verdrängungsmaschinen: Ladungswechsel, periodische Arbeitsweise 

Kurbelwellenstern: 

Wärmekraftmaschine: 

o Ottomotor: 4 – Takt, 2 – Takt innere Verbrennung 

o Dieselmotor: 4 – Takt, 2 – Takt innere Verbrennung 

o Stirlingmotor: Äußere Verbrennung 

Mechanische KM: 

o Druckluftmotor: kompressibles Medium 

o Hydromotor: inkompressibles Medium 

Arbeitsmaschinen: 

o Kompressoren 

o Pumpen: 

1. Vakuum – Pumpen (dekompressible Medien) 

2. Hydropumpen (inkompressible Medien) 

beim 4 – Takter: 720° / Zylinderzahl 

Verschiedene Volumina 

Kompressionsvolumen bei Verbrennungsmotoren 

Schadraumvolumen, bei Kompressoren, Druckluftmotoren und Vakuumpumpen 

hydraulische Maschinen


Gesamthubvolumen [displacement] 

Zylindervolumen: 

Kolbengeschwindigkeit 

Hubvolumen 

Die Kolbengeschwindigkeit hat Auswirkungen auf 

Verschleiß im Zylinder 

Wärmeübergänge 

Eine Wechselwirkung aus Reibung, 

Schmierung und Verschleiß Tribologie 

Der Verschleiß im OT – Bereich ist am größten, 

Da noch unverbrannte Tropfen beim Einspritzen 

an die Zylinderwandung kommen 

kann dies zu einem Schmierfilmabriss führen 

Beim Abstellen des Motors entsteht Schwefelsäure aufgrund von Kondensation 

Kolbenkippen 

Der Kolben wird abwechselnd an die linke oder rechte Zylinderwand gedrückt. Dies führt zu 

Geräuschen (Körperschall) und Verformungen. Es entsteht, da der Massenstrom im 

Schwerpunkt angreift. Abhilfe: Desachsierung 

Anforderungen an Brennräume von Ottomotoren 

Kompaktheit ( unzerklüftet, unvertieft) 

Kleine Oberfläche im Verhältnis zum gegebenen Volumen 

Höchste Stelle des Brennraums zentral über dem Kolben 

Zentral angeordnete Zündkerze, damit sich bei konstanter 

Ausbreitungsgeschwindigkeit die Flamme gleichschnell 

überall ausbreitet. 

Heiße Stellen konzentriert anordnen 

Turbulente Gemischbewegung ermöglichen 

Quetschzonen – Effekt: Sie bewirken eine Verdichtungsturbulenz, die gerade bei 

niedrigen Drehzahlen (geringe Eingangsturbulenz) zwecks hoher 

Flammgeschwindigkeit für die einwandfreie Verbrennung wichtig ist. 

Brennraumhöhe an keiner Stelle kleiner als hBR min


Mehrventilvarianten 

Volllastkurven 

Wichtig bei diesem Diagramm: 

Normbezugsbedingungen [standard 

reference conditions] 

Kraftstoffart 

Nutzleistung oder effektive Leistung 

angegeben 

Warum ist bei Volllastbetrieb Tmax im Scheitelpunkt zuzuordnen, wo die Tangente von 

Nullpunkt an P anliegt? 

Aus einem solchen Diagramm erkennt man, dass die Progressivität der Leistungssteigerung dort 

am größten ist. 

Emissionen 

Abgas: CO, HC [hydro carbons], NOx 

Geräusch 

Schwingungen 

1.) Der HC Anteil steigt > Lambda 1 wieder an, da der 

Flammweg zwischen den Molekülen größer wird und 

der Anteil von HC in der Gemischfüllung kleiner wird 

2.) Hochtemperaturbereich (1200 – 1400 °C); bei Lambda =1 , hoher NOx - Anteil


Ventile, Nocken und Nockenwelle 

Konstruktive Bauvarianten: 

Untenliegende NW + Stößel + Stoßstange + Kipphebel + Ventilteller + hängendes Ventil 

Untenliegende NW mit stehendem Ventil 

Obenliegende NW mit Kipphebel 

Obenliegende NW mit Schlepphebel 

Obenliegende NW + Stößelantrieb 

Geometrie des Nockens: Stößelvarianten: 

Kopfkreis 

hV 

Nockenflanke 

Flachstößel balliger Stößel Rollenstößel 

mit 

Kreisbogennocken 

Kreisbogen- 

und 

Tangentennocken 

Kreisbogen- 

und 


Ruckfreier Nocken: 

Der Radius nimmt nach mathematischen Gesetzen suksezive ab Kurtz’ sches Verfahren 

(unendlich viele Radien) 

Ventilbeschleunigungen: 

dG 

Nockenflanke: 

-ebene Form: 


-Radius: 

Kreisbogennocken 

dG= Grundkreis 

hV= Ventilhub 

um größere Sprünge der Ventilbeschleunigung zu vermeiden 

Kein Aufschaukeln der Ventilhübe und somit keine Drosselverluste 

Stoßstangenantrieb: 400 – 1800 m/s² 

OHV ohne Kipp – bzw. Schlepphebel: 2000 – 5000 m/s² 

Elektr. – magnetische Hubventile: 17000 m/s²


Kinematik am Ventil: 

Mit Ruck: 

Legende: 

Schwarze Linie: Hub des Ventils 

Blaue Linie: Geschwindigkeit 

Violette Linie: Beschleunigung 

Kolbenkühlung 

Spritzkühlung 

Sehr einfacher Aufbau; der 

Kolbenboden wird durch einem 

Ölstrahl aus einer feststehenden oder 

im Pleuelauge befindlichen Düse 

gekühlt 

Rohrschlangenkühlung 

Zwangskühlung für mittel schnelllaufende Motoren 

1100 – 1200 min -1 [medium speed engine] Drucköl 

wird über Pleuelstange und Kolbenbolzen 

zugeführt 

Plantschkühlung [shaker] 

gebauter Kolben (2 – teilig) Kolbenschaft aus Leichtmetall 

(Alu) und der Kolbenboden aus Stahl oder hochlegiertem 

hochfester Grauguss


Abgasemissionen 

Im Abgas sind folgende Bestandteile enthalten: 

Kohlenmonoxid CO (S) 

Kohlendioxid CO2 

Unverbrannter Kohlenwasserstoff HC (S) 

Stickoxide NOX (S) 

Aldehyde H-C-O Verbindungen (S) geruchsintensiv 

Schwefeldioxid SO2 (S) 

Partikel [particulates] 

Wasser H2O 

Wasserstoff H2 

Sauerstoff O2 

Stickstoff N 

Partikel: 

Partikel setzen sich zusammen aus: 

Schmieröl, Additive 

Ruß (unverbrannter Kohlenstoff in Elementarform) 

Sulfate 

Gebundenes Wasser H2O 

Unverbrannter Kraftstoff HC 

Sonstiges: metallischer Abrieb, Korrosionsprodukte, Asche 

Partikel sind gefährlich, da sie sich schwebend verhaltend und dies meist im Bereich der Atmung 

und aufgrund steigender Leistungsanforderungen höhere Drückegeringeres be bessere 

Zerstäubung feinere Partikel 

Tortendiagramm: Massenanteile im Abgas 

Legende: 

1. 70% N2 

2. 18% CO2 

3. 8% H2O 

4. 1,2 % Argon 

5. 1,1 % O2 

6. 1% Schadstoffe 

Schadstoffe: CO, NOX, HC, usw. 

1. 75% N2 

2. 10% CO2 

3. 9% H2O 

4. 5,7 % O2 

5. 0,3 % Schadstoffe 

Schadstoffe: NOX, CO, HC, SO2, Partikel 

75,00% 

1 

2 

3 

4 

5 

6 

1 

2 

3 

4 

5 

6 

Otto-Motor 

71% 

Diesel-Motor 

18% 

8% 1% 1% 

1% 

10,00% 

9,00% 5,70% 

0,30%


Geräuschemissionen 

Quellen: 

1. Schnittstellen zwischen Motor und seiner Umgebung z.B. Auspuff, Ansaugung, Lüfter 

verursachen 40 – 50% der Geräusche des Motors 

2. Verbrennungsgeräusche als Resultat des thermodynamischen Verbrennungsprozess 

3. Mechanische Geräusche z.B Triebwerk, Ventilssteuerung, Kraftstoffsysteme 

p – V Diagramm: Hydro Pumpe 

Die Druckdifferenz 

zwischen p1 und p2 ist 

Abhängig von der 

Einstellung der 

Auslasseinrichtung 

Annahme: 

Inkompressibles 

Medium 

p – V Diagramm: Vakuum – Pumpe + Kompressoren 

= Rückexpansionsverluste 

Isentrope = = gleichseitige Hyperbel 

 

Kraftmaschine 

70% der 

Geräuschemissionen 


30% der 

Geräuschemisionen


p – V Diagramm: Druckluftmotoren 

Lamellenmotoren 

Vielzellenprinzip 

Ventillos arbeitende Maschine 

Schadraumvolumen wird mit 

Luft von außen gefüllt 

p – V Diagramm: Hydro – Motoren 

arbeiten nach dem Prinzip wie die Hydro-Pumpen, 

jedoch ist der Kreisprozess umgekehrt. 

Technische Arbeit: 

ist die Aufsummierung der Arbeitsschritte, damit 

die Maschine die Arbeit vollzieht. 

ist die Arbeit eines technischen 

Maschinenprozess, der fortlaufend abläuft. 

Mehrstufigkeit: 

Drucksprünge verhalten sich quadratisch: 

Stufendruckverhältnis: 

Wichtig zu beachten bei der Konstruktion von Motoren: 

Maschinensicherheit 

Elektrische Sicherheit 

Elektromagnetische Sicherheit 

Gefahrenstoffsicherheit 

Druckgeräte Sicherheit (ab über 0,5 bar) 

Gesamtfahrzeugbezogene Sicherheitsbetrachtung 

Verdrängermaschinen 

Deren Wirkung besteht darin, Stoffenergie hinzuzufügen 

In Kombination mit Gas und Luft erhält man ein explosives Gemisch 

Aufgrund von Wärmeentfaltung entzündet sich Kraftstoff 

Kräfte werden hervorgerufen 

Periodische Wiederholung 

Kräftepaar erzeugt Drehmoment und Drehzahl 

Dadurch eine Leistung an der Kurbelwelle


Pumpen 

Räume von Stoff evakuieren Vakuumpumpe 

Flüssigkeit verarbeiten Hydropumpe 

Schraubenmaschinen 

typische Arbeitsmaschinen, nie als Kraftmaschinen! Hauptläufer, Nebenläufer; keine Berührung; 

Durchbiegung beachten 

Stirnseitig ein Drehmoment zufügen Spindeln in Bewegung setzen 

Stirlingmotor 

Kostenintensive Investition 

Komplizierter Wärmetauscher 

Erzeugung von Wärme und elektrischem Strom 

Ggf. Nutzung von beidem 

Funktonale Merkmale 

Periodisch veränderbarer Arbeitsraum mit flüssigen oder gasförmigen Medium von 

veränderlichem Druck 

Periodische Bewegung des Kolbens im Zylinder; veränderlicher Arbeitsraum; Erzeugung 

eines Drehmomentes in Verbindung mit Drehzahl Leistung 

Ladungswechsel; Ersatz des verarbeiteten durch frisches Medium Wiederholung; 

intermetierender Prozess Maschine arbeitet intermetierend 

Triebwerk, Verkettung von Kolben, Pleuelstange, Kurbelwelle [unmittelbar an der 

Umsetzung der einen Bewegungsart in die rotatorische Bewegungsort beteiligte 

Komponenten Triebwerk eines Motors] main running gear [von Einbringung der 

Energie bis zum Austritt der Energie aus Bauteil Triebwerk Motortriebwerk, Kfz- 

Triebwerk (Kupplung, Getriebe, Kardanwelle, Achse, Räder) 

Zylinder / Gehäuse 

Thermodynamischer Kreisprozess für Wärmekraftmaschinen 

Bei mechanischen Kraftmaschinen offener Prozess 

Von Prozesslinie umschriebene Fläche ist das Gesamtergebnis der geleisteten 

Arbeitsfolge Fläche ist eine mechanische Arbeit 

Durchschnittliche Prozesswerte entlang der Expansion höher als der Durchschnitt aller 

energetischen Werte bei der Kompression; gilt für mechanische KM und WKM


Massenausgleich: 

-Frot 

mrot 

m* 

r* 

L 

m* 

r* 

* sin 

Ausgleichsmassen müssen so dimensioniert werden, dass Zylinder bei Kolben in UT nicht von 

Ausgleichsmasse berührt wird (terminaler Impakt) 

Ausgleich oszillierender Kräfte der 2. Ordnung 

Massenkräfte zweiter Ordnung müssen ausgeglichen werden, bzw. der Anteil aus sin 2 

Ausgleichswellen mit halben Radius und Ausgleichsgewicht m = mo 

Je mehr Zylinder: 

2 


r 

2 

mrot 

* cos 

Für rotierende Kräfte 

Frot 


m o 2 

* r* 

2 

Für oszillierende Kräfte 

2.Ordnung 

2 * 

r 

mo * 

* sin 

mo * r* 

2 

Mehr Spreizung 

Weniger Massenkräfte 

Weniger Ausgleich nötig 

Ab V8: kein Ausgleich 2. Ordnung nötig 

Massen rotierend Zentrifugalkräfte Massenausgleich 

Massen oszillierend Betrachtung nach 1. und 2. Ordnung Zuhilfenahme von 

Ausgleichswellen 

2 

L 

2 

r 

L 

r 

m o 2 

* r* 

2 

2 * 

r 

mo * 

* cos 


Für oszillierende Kräfte 

1. Ordnung 

2 

r 

m o 2 

* r* 

2 

mo * r* 

2 

* sin 

2


Ventil 

Strömungsquerschnitt: 

Kraftmaschine 

WKM MKM 

Ottomotor 

Dieselmotor 

Stirlingmotor 

Dampfmotor 

Drehkolbenmaschinen 

Rootskolben 

Klauenkolben 

Kreiskolben 

Hydromotor 

Druckluftm. 

Sonstige Verdrängungsmaschinen 

Flügel-Zellen-Maschine 

Flüssigkeits-Ring-Masch. 

Zahnrad/-ring-Maschine 

Gerotor-Maschine 

Peristaltikmaschine 

Exzenterschneckenmasch. 

Hubkolbenmaschinen 

Tauchkolben 

Kreuzkopfkolben 

Pendelkolben 

Membrankolben


Klopfen 

Hier: selbstansaugender 4-Takt-Ottomotor 

Ungünstige Lage da das Auslassventil der Zündkerze am entferntesten ist. Im 2. Bild beginnt sich 

die erste Flammfront von links nach rechts zu bewegen. Dabei wird das Gemisch 

zusammengeschoben. Die grünen Linien symbolisieren Isobaren. Im 4. Bild entsteht auf der 

rechten Seite eine zweite Flammfront, die durch Selbstentzündung, Wärme des Auslassventils 

und des angrenzenden Zylinders entstanden ist. Im letzten Bild stoßen die beiden Flammfronten 

dann zusammen (schwarzer Kreis) Dies führt zu Schwankungen im Druckdiagramm: 

p 

EV AV 

pamb 

Kompression 

Normaler Druckverlauf klopfende Verbrennung 

(Bei mehreren Zündkerzen bewegen sich die Flammfronten wesentlich symetrischer und langsamer durch die 

Brennkammer wodurch das Klopfen nicht auftritt!) 

Klopfende Verbrennung im Ottomotor: 

Unkontrollierte irreguläre Verbrennung mit sehr steilem Rückanstieg infolge Selbstzündung von 

Gemischteilen vor Eintreffen der Flammfront, welche durch den Zündfunken eingeleitet wurde. 

Daraus resultiert die Förderung einer chemischen Vorreation mit erheblicher Wärmefreisetzung 

infolge radikaler Bindung (extrem reaktionsfreudiger Molekülbruchteile) infolge einer 

Aufspaltung der Moleküle beim Zerfall instabiler Verbrennungszwischenprodukte (so genannter 

Peroxide) 

Druckgradient 

Verbrennung 

OT (0°) 

Expansion 

normaler Ottomotor: 2-3 bar/° 

klopfender Motor: bis 15 bar/° 

Normale Verbrennungsflammgeschwindigkeit: 20-60 m/s 

bei klopfender Verbrennung: 300-2000 m/s (!) 

p 

pamb 

OT (0°) 

Schwingungen 

(leichtes metallisches 

Ticken)


Klopferscheinungen werden begünstigt durch: 

1. Zu geringe Oktanzahl im Kraftstoff 

2. Zündzeitpunkt zu früh (Elektronik falsch) 

3. Lastbezogen zu niedrige Drehzahl (= untertourig (nicht niedrigtourig)) 

Außerdem: Niedrige Drehzahl = Kühlungsverschlechterung, siehe 4. 

4. Unzureichende Kühlung und/oder heiße Stellen im Brennraum (Wärmewert der 

Zündkerze zu hoch) 

5. Zu hohes ε (Kompressionsverhältnis) bezogen auf den verw. Kraftstoff 

6. Zu hohe Ansauglufttemperatur 

7. Zu hohe Paraffinanteile im Kraftstoff (Paraffine fördern Zündwilligkeit) 

Oktan-Zahl 

Die Oktanzahl (ROZ) wird gibt an, welcher Mischung aus ISO-Oktan (hohe Klopffestigkeit, C8H18) 

und Normaloktan (n-Heptan, C7H16) ein Kraftstoff entspricht. Z.B. bei ROZ=95 sind dies 95% ISO- 

Oktan und 5% n-Heptan. 

Flüssigkeitspumpe


Aufgaben 

Berechnen sie das Kraftstoffvolumen, dass bei diesem Motor, bei einem Arbeitsspiel, pro 

Zylinder, in mm 3 eingebracht werden muss! 

Geg.: P=75 kW; n=2400min -1; ; (Diesel); 4 Zylinder, 4-Takt 

Lösung: 

Wegen 4-Takt Prinzip bei x Umdrehungen 0,5x Einspritzungen. 

b auf Volumenstrom umrechnen: 

Jetzt noch durch Anzahl der Einspritzungen pro Zeit dividieren: 

Zum Schluss muss man noch durch die Anzahl der Zylinder Teilen: 

Welcher Druck und welche Temperatur werden im Zylinder eines Dieselmotors bei 

folgenden Daten erreicht? 

Geg.: 

Lösung: 

Zuerst x Ausrechnen, mit 

(Polytropenexponent) 

c=“Kompressionsweg“; s=“Kolbenhub“


Unbeantwortete Fragen 

I. Skizzieren Sie das Funktionsschema einer einstufigen Verdichtung unter der 

Verwendung genormter Symbole! 

II. Was wird als Indiziervorgang einer Hubkolbenmaschine verstanden und welche Mittel 

sind dazu erforderlich? 

III. Wie wird der periodisch veränderliche Arbeitsraum bei folgenden Maschinen zur 

Festlegung des Durchsatzvolumes bestimmt? 

a. Hubkolbenmaschinen 

b. Roots-Drehkolenmaschinen 

c. Vielzellenmaschinen 

d. Schraubenspindelmaschinen 

IV. Stellen Sie das p-V-Diagramm eines Vielzellenkompressors mit der Zuordnung der 

jeweiligen Prozesspunkte dar und erklären Sie die entsprechenden Wirkungen! 

V. Wie wird das Fördervolumen von Vielzellen- und Rootsverdrängermaschinen bestimmt? 

VI. Welches besondere Merkmal weist die Gasverdichtung in einem Roots-Verdichter auf 

und welcher Effekt wird durch so genannte Klauen-Drehkolben erzielt? Stellen Sie die 

Prozesse der beiden Maschinenarten im p-V-Diagramm vergleichsweise dar. 

VII. Wovon ist das theoretische Fördervolumen eines Schraubenkompressors abhängig? Bis 

zu welchen Druckverhältnissen werden Schraubenkompressoren verwendet? 

VIII. Welche Ausführungsvarianten sind bei Hydromotoren verbreitet im Einsatz? 

IX. Welche Grundbauarten sind Ihnen bei Druckluftmotoren bekannt? 

X. Nennen Sie die positiven und negativen Merkmale von Hydromotoren! 

XI. Nennen Sie die positiven und negativen Merkmale von Druckluftmotoren! 

XII. Welche Leistungs- und Drehmomentcharakteristik wird bei Druckluftmotoren 

vorteilhaft genutzt? 

XIII. Welche besonderen Merkmale weisen mechanische Motoren im Vergleich mit 

Elektromotoren und Dieselmotoren auf und welche Einsatzgebiete werden unter 

Nutzung dieser Merkmale erschlossen? 

XIV. Was versteht man unter „Aufladung“ eines Verbrennungsmotors und welche Varianten 

sind ihnen dazu bekannt?


Hinweise 

Dies ist eine Ansammlung von Fragen, Klausurfragen und Mitschriften des Teilgebiets „Motoren“ 

aus der Vorlesung „Motoren & Turbinen“. Es gibt keine Gewähr auf die Vollständigkeit oder 

Richtigkeit des Inhalts. 

Neue Fragen, neue oder verbesserte Antworten bitte zukommen lassen! 

Version: 0.7 

Datum: 29.07.2007

Skript Motoren; V0.7; PDF - saiya

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