DOHC
DOHC (Double overhead camshaft = Obenliegende Nockenwellen)
Aufgabe Die Nockenwelle soll die Ventile zum richtigen Zeitpunkt und in einer genau festgelegten Reihenfolge öffnen und deren Schließung durch die Ventilfeder ermöglichen. Es kann sein, dass die Nockenwelle von der Kurbelwelle nicht direkt, sondern über Zwischenräder oder mehr als eine Steuerkette angetrieben wird. Für alle Fälle gilt allerdings ein Übersetzungsverhältnis von 2 : 1. Damit rotiert die Nockenwelle halb so schnell wie die Kurbelwelle.
Funktion Man unterscheidet unten- und obenliegende Nockenwellen. Bei der OHV-Steuerung ist die untenliegende Nockenwelle im Motorblock angeordnet. Die Ventile arbeiten dagegen im Zylinderkopf und werden hängende Ventile genannt. Die Nockenwelle wirkt über Stößelstangen und Schlepphebel auf die Ventile. Weil beim Schließen des Ventils mehr Bauteile von der Ventilfeder zurück bewegt werden müssen und damit keine hohen Motordrehzahlen möglich sind, kommt eine untenliegende Nockenwelle fast nur noch bei großvolumigen V8-Pkw-Motoren (USA) und Lkw-Motoren vor. Eine oder zwei obenliegende Nockenwellen sind im Zylinderkopf eingebaut und treiben die Ventile über Kipphebel, Schlepphebel oder direkt über Tassenstößel an. Durch eine mechanische oder hydraulische Verstellung im Antrieb können sich die Steuerzeiten abhängig von der Motordrehzahl ändern. Nockenwellen werden aus Kugelgraphitguss, Vergütungsstahl oder Nitrierstahl hergestellt. Sie können zur Gewichtsersparnis hohlgebohrt sein. Ihre Lager und die Nockenbahnen sind meist oberflächengehärtet. Nockenwellen können auch aus Einzelteilen zusammengebaut sein. Dabei werden die Nocken und Lager in ihre genaue Position geschoben und durch sehr hohen (Wasser-)druck im Rohr festgesetzt.
Antrieb Der Antrieb einer obenliegenden Nockenwelle erfolgt in der Regel durch einen Zahnriemen oder eine Steuerkette. Königswellen, Stirnradkaskaden oder Schubstangenpaare findet man nur vereinzelt, vorwiegend bei historischen Fahrzeugen.
Im Vergleich zu Ketten sind Zahnriemen billig, benötigen wenig Platz, keine Schmierung und laufen leise. Als Erfinder des Steuerzahnriemens gilt der Dingolfinger Landmaschinenhersteller Hans Glas. Nachteil ist die notwendige Spannung des Riemens und die Gefahr, dass dieser, bei falscher Spannung oder auch Materialermüdung, reisst, was meist einen kapitalen Motorschaden bewirkt. Daher ist etwa BMW bei neueren Motoren wieder zum Kettenantrieb zurückgekehrt.
Geschichte OHC- und DOHC-Motoren sind bei Hochleistungsmotoren bereits seit Beginn des 20. Jahrhunderts bekannt. Im Großserieneinsatz spielte diese Bauweise jedoch vor dem Zweiten Weltkrieg kaum eine Rolle. Aufgrund der leichteren Wartbarkeit wurden stattdessen SV-Motoren verwendet. Zudem waren Königswellen mit zwei Kegelradpaaren weit aufwändiger herzustellen als Stirnzahnradpaare oder kurze Steuerketten.
Erst gegen Ende der 1950er kamen OHC-Motoren im Pkw-Bereich auf. Pioniere waren Alfa Romeo (DOHC), BMW (OHC mit Kipphebeln), Lloyd bei den letzten Alexander-Modellen und NSU, die (mit Ausnahme von NSU-Motorrädern und der Zweizylinder-Motoren im PKW-Modell "Prinz": Schubstangen) auf den Nockenwellenantrieb mit einer Kette setzten. Der Durchbruch im Massenmarkt gelang allerdings erst mit dem Antrieb durch einen Zahnriemen.
Vorteile Die obenliegende Nockenwelle bietet aufgrund ihrer geringen für die Ventilbetätigung bewegten Massen die ideale Voraussetzung für hochdrehende Motoren und ist wesentlich verschleißfester als die OHV-Technik.
Nachteile Der Umstieg auf obenliegende Nockenwellen erforderte von den Fahrzeugherstellern fast vollständige Motorneukonstruktionen, weshalb viele Hersteller die Umstellung scheuten und ihre OHV-Motoren noch sehr lange nach Aufkommen der OHC-Technik anboten.
Im Gegensatz zu OHV-Motoren erfordern DOHC-Motoren größeren Aufwand bei der Wartung und einen regelmäßigen Austausch von Zahnriemen (Wartungsintervalle zwischen 40.000 bis 120.000 km). Die Steuerkette wurde durch ihre größere Länge eher unpräzise. Ein gerissener Zahnriemen oder eine gerissene Steuerkette bedeutet oft einen schweren Motorschaden: Die Ventile kollidieren mit den Kolben. Ausgenommen davon sind allerdings die Freiläufer, bei denen die Kolben nicht an die Ventile schlagen können.
Lange Steuerketten erfordern Führungs- und Spannschienen; nicht selten sind es drei oder vier im Umlauf. Insbesondere V-Motoren mit extrem langen Steuerketten-Umläufen sind wartungs- bzw. kontrollbedürftig (von der Kurbelwelle herauf zum ersten Zylinderkopf, herab zum Umlenkrad, herauf zum zweiten Zylinderkopf, wieder herab zur Kurbelwelle, das sind vier Ketten-Trums in V-Form). Spannschienen sind wegen ihrer kettenseitigen Kunststoffauflage Verschleißteile, die nach ca. 150.000 bis 300.000 km gewechselt werden sollten.
Die komplizierte Führung von Steuerkette oder Zahnriemen ist ein Grund für die Verwendung der OHV-Bauweise bei Lkw und vielen amerikanischen Fahrzeugen mit V-Motor: Hier genügt eine zentrale Nockenwelle, die von einer kurzen Kette oder einem Zahnradpaar angetrieben werden kann.
