Zylinderbank

Die Zylinderbank ist Teil eines Hubkolben-Verbrennungsmotors. Sie besteht aus zwei oder mehr Zylindern (mit Kühlrippen oder Wassermantel), dem Zylinderkopf sowie bei Viertaktmotoren auch Teilen der Ventilsteuerung. Außer bei H- und U-Motoren wirken Kolben und Pleuel aller Zylinderbänke auf eine gemeinsame Kurbelwelle.

Keine Zylinderbänke besitzen Einzylindermotoren, ferner Stern- und Mehrfachsternmotoren, bei denen die Zylinder einzeln kreisförmig um die Kurbelwelle herum liegen, sowie insbesondere V- und Boxermotoren mit nur zwei Zylindern.

mini|hochkant=1.3|Ein Zwölfzylinder-Flugmotor Napier Lion II mit etwa 24 Liter Hubraum von 1919. Die um die Kurbelwelle angeordneten drei Zylinderbänke mit jeweils vier Zylindern sind gut erkennbar.

Zylinderbänke in verschiedenen Bauformen von Motoren mini|hochkant=1.3|Ein Flugmotor King-Bugatti U16 mit rund 24 Liter Hubraum, 1919 in Kleinserie gebaut: Eine seltene U-Motor-Konstruktion mit zwei parallelen Zylinderbänken, deren Kolben und Pleuel auf zwei miteinander gekoppelte Kurbelwellen wirken. Die beiden Achtzylinder-Bänke bestehen aus je zwei Blöcken zu vier Zylindern mit einem gemeinsamen Zylinderkopf je Bank. mini|hochkant=1.3|Ein W12-Motor mit drei Zylinderbänken mit jeweils vier Zylindern. Der ehemalige Ferrari-Ingenieur Franco Rocchi entwarf dieses 3,5-Liter-Triebwerk, das von dem Formel-1-Team Life Racing in der Saison 1990 eingesetzt wurde. mini|hochkant=1.3|Ein Napier-Deltic-Motor mit rund 88 Liter Hubraum, eingesetzt ab 1952 unter anderem als Zweitakt-Dieselmotor für Schnellboote und in dem dieselelektrischen Antrieb von Lokomotiven (BR-Klasse 55). Der Gegenkolbenmotor mit drei Kurbelwellen besitzt drei deltaförmig angeordnete Zylinderbänke mit je sechs Zylindern und insgesamt 36 Kolben. mini|hochkant=1.3|Ein Swesda-M503-Reihenstern-Triebwerk mit sieben wassergekühlten Zylinderbänken mit jeweils sechs Zylindern. Der russische Schiffsdieselmotor für Schnellboote aus den 1970er Jahren war mit 42 Zylindern und insgesamt rund 144 Liter Hubraum einer der aufwendigsten Hubkolben-Verbrennungsmotoren der Geschichte. Die Anzahl der Zylinderbänke und ihre Lage zueinander bestimmen die Bauform eines Hubkolben-Verbrennungsmotors.Braess, Seiffert: Vieweg Handbuch Kraftfahrzeugtechnik. 6. Auflage. Vieweg+Teubner Verlag, Springer Science+Business Media, Wiesbaden 2011, ISBN 978-3-8348-1011-3, S. 162–164.Basshuysen, Schäfer: Handbuch Verbrennungsmotor: Grundlagen, Komponenten, Systeme, Perspektiven. 7. Auflage. Springer Science+Business Media, Wiesbaden 2015, ISBN 978-3-658-04677-4, S. 10–12.

Reihenmotor Die heute üblichen Reihenmotoren besitzen nur eine Zylinderbank. Bei Automobilen und Motorrädern werden maximal sechs Zylinder in einer Zylinderbank zusammengefasst. Bis in die 1950er Jahre waren bei Personenwagen noch Achtzylinder-Reihenmotoren gebräuchlich; sie sind jedoch sehr lang und die Kurbelwelle neigt mit zunehmenden Drehzahlen zu unerwünschten Verwindungen und Schwingungen. Bei langsamer laufenden Schiffsdieselmotoren sind Reihenmotoren mit bis zu 14 Zylindern in einer Bank verwirklicht worden (beispielsweise der Wärtsilä RT-flex96C).

Eine Besonderheit sind Reihenmotoren mit mehreren, hintereinander in Reihe gekoppelten Zylinderbänken. Sie waren in den Anfängen der Motorisierung und später noch im Motorsport gebräuchlich. Zwei Beispiele mit Mittelabtrieb, also einem Kraftabtrieb mittig zwischen zwei in Reihe gekoppelten Bänken, sind die Rennsportfahrzeuge Mercedes-Benz W 196 (1954/’55) sowie Bugatti Type 251 (1955).

Boxer- und V-Motor Motoren mit mehr als einer Zylinderbank gibt es in unterschiedlicher Ausführung und sind im Fahrzeugbau ebenfalls häufig anzutreffen. Sind zwei Bänke winklig zueinander angeordnet, handelt es sich um einen V-Motor.

Bei Triebwerken mit zwei Zylinderbänken, einem Bankwinkel von 180° und einer mittigen Kurbelwelle ist zu unterscheiden: Um einen (echten) Boxermotor handelt es sich nur dann, wenn die Pleuel zweier gegenüberliegender Zylinder auf zwei um 180° versetzte Hubzapfen wirken. Die beiden Kolben bewegen sich gegenläufig und befinden sich spiegelverkehrt stets in derselben Position, also beispielsweise beide im oberen Totpunkt.

Bei einem 180°-V-Motor greifen hingegen jeweils zwei Pleuel an demselben Hubzapfen an und bewegen sich synchron. Es befindet sich also jeweils ein Kolben in der „Aufwärtsbewegung“ (z. B. im Verdichtungstakt), der andere in der „Abwärtsbewegung“ (z. B. im Arbeitstakt). Da sich die Trägheitskräfte (Massenkräfte) des einzelnen Zylinderpaares im Gegensatz zum Boxermotor nicht ausgleichen, ist diese Bauart nur bei mehreren Zylinderpaaren sinnvoll.

U-Motor Seltene Sonderformen mit zwei Zylinderbänken stellen die U-Motoren dar (Doppel-Reihenmotoren mit zwei parallel nebeneinander positionierten Bänken und zwei Kurbelwellen). Auch sie waren – ähnlich den in Reihe gekoppelten Motoren – in den Anfängen der Motorisierung und später noch im Motorsport gelegentlich gebräuchlich. Beispiele für Automobile mit zwei Zylinderbänken in U-Formation sind der britische Duplex 10 hp von 1919/’20 sowie die Bugatti-Modelle Type 45 und 47 ab Ende der 1920er Jahre.

W-, X-, Y-, H- sowie Reihenstern- und Reihendeltamotor Mit drei oder mehr Zylinderbänken lassen sich unterschiedlichste Verbrennungsmotoren zusammenstellen, die jedoch im Fahrzeugbau heute selten sind; realisiert wurden Hubkolbenmotoren mit bis zu 56 Zylindern.

Mit drei Zylinderbänken sind W-, Y-, 120°-Reihenstern- (Sternreihenmotoren) sowie Reihendeltamotoren (Dreiwellen-Gegenkolbenmotoren) wie der Napier Deltic möglich. Beispiele für Automobilmotoren mit drei Zylinderbänken sind der Formel-1-Rennwagen von Life Racing aus der Saison 1990, ferner der von Guy Nègre 1989 für Testfahrten umgebaute Formel-1-Rennwagen AGS JH22, jeweils mit eigenständigen 60°-W-Motoren und 12-Zylindern.

Mit vier Zylinderbänken entlang einer zentralen Kurbelwelle sind W-(als Doppel-V-), X- und 90°-Reihensternmotoren sowie mit zwei Kurbelwellen H-Motoren möglich, die in der heutigen Praxis jedoch sehr selten sind. Beispiele hierfür sind der Flugmotor Clerget X-16 des französischen Unternehmens Clerget-Blin, ein 90°-Reihensternmotor mit 16 Zylindern von 1911, der Bugatti Veyron 16.4 mit 16-Zylinder-W-Motor (genauer: ein V-VR-Motor) ab 2005 sowie der Formel-1-Rennwagen BRM P83 mit 16-Zylinder-H-Motor ab 1966.

Gelegentlich wurden in der Geschichte des Motorenbaus, vor allem für Schiffe und Panzer, auch Reihensternmotoren mit fünf und mehr Zylinderbänken verwirklicht. So hatte der Panzer M4A4 Sherman einen 30-Zylinder-„Multibank“-Motor von Chrysler. Die Konstruktion mit 20,6 Liter Hubraum und einer Leistung von 425 PS (312 kW)bestand aus fünf Bänken zu je sechs Zylindern. Extrembeispiel ist der Schiffsdieselmotor Swesda M520, ein Reihensternmotor mit 56 Zylindern, die auf sieben Zylinderbänke zu jeweils acht Zylindern um eine Kurbelwelle aufgeteilt sind.

Das Verhältnis Zylinderbank / Zylinderblock

Häufiger Fall: Eine Bank, ein Block Fertigungstechnisch korrespondiert eine Zylinderbank häufig, jedoch nicht notwendig mit einem einteilig hergestellten Zylinderblock, der auch Zylindergehäuse, (Zylinder-)Kurbelgehäuse (ZKG) oder Motorblock genannt wird. In der älteren Literatur finden sich häufig die Bezeichnungen Blockmotor oder Monobloc(k) für Triebwerke, bei denen zwei oder mehr Zylinder in einem Block zusammen gegossen sind. Etwa ab 1910 verstand man es, die Zylinder gemeinsam als eine Zylinderbank zu gießen.

Andere Formen mini|hochkant=1.3|De-Dion-Bouton-Reihenmotor von 1908 in teilweise aufgeschnittener Form. Der Schnitt lässt erkennen, dass jeweils zwei Zylinder paarweise zu zwei Blöcken zusammengefasst sind, die funktional eine Vierzylinderbank bilden. Mit modernen Fertigungstechniken und Gussmaterialien ist es möglich sowie aus Stabilitäts-, Gewichts- und Abdichtungsgründen mitunter vorteilhaft, die komplexe Form eines V-Motors mit seinen zwei Zylinderbänken in nur einem Teil zu gießen. Die beiden Zylinderbänke sind in diesem Fall durch das (obere) Kurbelgehäuse zu einer Einheit miteinander verbunden. Bei den VR-Motoren mit ihren kleinen Zylinderbankwinkeln gehören die Verbindung von zwei Zylinderbänken zu einem Zylinderblock und die Nutzung eines gemeinsamen Zylinderkopfes zu den typischen Konstruktionsmerkmalen.

Umgekehrt kann eine Zylinderbank, insbesondere bei Verwendung von Zylinderlaufbuchsen, aus mehrteiligen Zylindergehäusen gefertigt werden.

In den Anfängen des Motorenbaus, bevor sich der Blockmotor durchgesetzt hat, war es allgemein und später noch bei luftgekühlten Motoren üblich, die Zylinder einzeln auf das Kurbelgehäuse aufzusetzen. Hintereinander in Reihe stehend ergaben sie eine Zylinderbank mit mehreren Zylindern. In einer Zwischenphase zu Beginn des 20. Jahrhunderts war es üblich, Zylinder paarweise zu fertigen und zu einer längeren Zylinderbank mit vier oder sechs Zylindern zusammenzufügen.

Die Unterscheidung und Bezeichnung mehrerer Zylinderbänke Bei Hubkolben-Verbrennungsmotoren mit zwei und mehr Zylinderbänken ist es notwendig, bei der Entwicklung, gegebenenfalls auch der Fertigung und schließlich der Steuerung und Wartung die Zylinderbänke zu unterscheiden. Jedoch hat sich keine einheitliche Bezeichnungsweise durchgesetzt. Vielfach werden die Bänke von 1 an aufsteigend durchnummeriertKöhler, Flierl: Verbrennungsmotoren: Motorenmechanik, Berechnung und Auslegung des Hubkolbenmotors. 6. Auflage. Vieweg+Teubner Verlag, Springer Business+Science Media, Wiesbaden 2011, ISBN 978-3-8348-1486-9, S. 444.Braess, Seiffert: Vieweg Handbuch Kraftfahrzeugtechnik. 6. Auflage. Vieweg+Teubner Verlag, Springer Science+Business Media, Wiesbaden 2011, ISBN 978-3-8348-1011-3, S. 181.Daniel Ghebru: Modellierung und Analyse des instationären thermischen Verhaltens von Verbrennungsmotor und Gesamtfahrzeug. Logos Verlag, Berlin 2013, ISBN 978-3-8325-3432-5, S. 60. oder mit lateinischen Großbuchstaben der Reihe nach, beginnend mit A bezeichnet.Köhler, Flierl: Verbrennungsmotoren: Motorenmechanik, Berechnung und Auslegung des Hubkolbenmotors. 6. Auflage. Vieweg+Teubner Verlag, Springer Business+Science Media, Wiesbaden 2011, ISBN 978-3-8348-1486-9, S. 444.Braess, Seiffert: Vieweg Handbuch Kraftfahrzeugtechnik. 6. Auflage. Vieweg+Teubner Verlag, Springer Science+Business Media, Wiesbaden 2011, ISBN 978-3-8348-1486-9, S. 433 f. Mitunter wird nur zwischen rechter und linker Bank, gegebenenfalls auch mittlerer beziehungsweise oberer und unterer Bank unterschieden.

Als Zylinderbank 1 beziehungsweise A eines Motors wird regelmäßig die Bank bezeichnet, in der sich der Zylinder 1 befindet. Welcher Zylinder die Ziffer 1 erhält, ist jedoch wiederum nicht einheitlich definiert. Für den Kraftfahrzeugbereich orientieren sich deutsche Hersteller regelmäßig an der DIN 73021.Braess, Seiffert: Vieweg Handbuch Kraftfahrzeugtechnik. 6. Auflage. Vieweg+Teubner Verlag, Springer Science+Business Media, Wiesbaden 2011, ISBN 978-3-8348-1011-3, S. 162. Hiernach erhält der Zylinder die Ziffer 1, der vom Betrachter aus vorne links liegt; dabei hat der Blick von dem Motor-Ende aus zu erfolgen, an dem nicht (!) die Kraftabgabe/das Schwungrad ist. Motorenhersteller aus anderen Ländern sowie deutsche Unternehmen, die Triebwerke für eine allgemeine Verwendung oder als Schiffsmotor herstellen, orientieren sich hingegen häufig an der ISO 1204, 1205. Dies führt zu umgekehrten Ergebnissen: Zwar erhält wiederum der Zylinder die Ziffer 1, der vom Betrachter aus vorne links liegt; hier erfolgt der Blick jedoch von dem Motor-Ende aus, an dem die Kraft abgegeben wird.