Was ist und was macht eigentlich der Kolben? KFZ-Technik leicht erklärt! #02

Es gibt viele wichtige Bauteile im KFZ. Es gibt auch viele Bauteile die ständig einen “auf den Deckel” bekommen und trotzdem funktionieren müssen. Der Kolben ist so ein Bauteil und eigentlich eine ganz arme Sau! Stellt euch vor ihr würdet in einer Röhre wohnen. Diese Röhre nennen wir mal Zylinder. Nach unten seht ihr nichts, denn ihr habt einem Stock im Hintern – den wir nun mal Pleuel nennen – und der euch immer wieder nach oben führt. Da oben! Da ist das Licht! Das Licht von der Zündkerze, doch kaum erscheint dieses Licht und die Rettung ist in Sicht – dann explodiert das Kraftstoff-Sauerstoff Gemisch und drückt euch wieder nach unten. Das ist der Job vom Kolben. Er nimmt den entstehenden Gasdruck auf und gibt diese Kraft dann über die Pleuelstange als Drehkraft an die Kurbelwelle weiter. Ganz nebenbei muss der Kolben auch noch den Verbrennungsraum abdichten, denn schließlich soll ja der Druck nicht verloren gehen und weil solche Explosionen ganz furchtbar heiß werden können, soll er die Wärme auch noch schön ableiten. Das sind gleich drei Dinge auf einmal? Das geht doch nicht? Der arme Kolben muss viel einstecken!

kolben

Die Kolbenkraft kann je nach Durchmesser und Verbrennungsdruck ca. 30.000 Nm betragen, es entstehen Temperaturen von bis zu 2.500 °C und obwohl die Wärme abgeführt wird und auch das Motoröl zur Kühlung beiträgt, beträgt die Betriebstemperatur ca. 250-350 °C am Kolbenboden und am Schaft liegt immer noch eine Temperatur von ca. 150 °C an. Der bestmögliche Kolben verfügt über eine geringe Dichte, eine hohe Festigkeit, hat eine gute Leitfähigkeit für die Wärme weist aber nur eine geringe Dehnung bei Wärme auf. Dazu hätte man noch gerne einen sehr geringen Reibungswiderstand und natürlich sollte der Verschleiß ebenfalls sehr gering sein. Auf Grund der geringen Dichte verwendet man in der Regel Kolben aus Aluminium-Silicium Legierungen. Je höher der Gehalt vom Silicium ist, desto besser werden die Faktoren: Wärmedehnung und Verschleiß. Normalerweise werden die Kolben “gegossen”, nur diejenigen die im Hochleistungsmotoren zum Einsatz kommen oder z.B. für den Rennsport entwickelt wurden werden gepresst / geschmiedet. Geschmiedete Kolben also, das Geschmeide von jedem guten Motor? Es gibt auch Stahlkolben, Kolben mit Phosphor-Legierungen… es gibt fast nichts, was nicht schon probiert wurde. Es gibt sogar Kolben die mit einer Art Kunstharz beschichtet wurden.

Der Kolben selber ist wie folgt aufgebaut. Oben gibt es den Kolbenboden mit der Verbrennungsmulde. Dann kommt der Feuersteg und der Bereich mit den Kolbenringen (die den Kolben zum Zylinder hin abdichten). Unter den Verdichtungsringen befinden sich die Ölabstreifringe. Die führen das Schmieröl wieder zurück zur Ölwanne. Darunter ist der Kolbenschaft und dann gibt es natürlich noch ein besonderes Loch: Das Auge! Das Auge sieht zwar nichts, nimmt aber den Bolzen auf, deswegen wird es Bolzenauge oder aber auch Bolzennabe genannt.

Was gibt es denn für Kolben-Schäden? Durch falsche Verbrennungen können Schäden am Kolben entstehen, entweder weil der Kraftstoff zu wenig Oktan hatte, die Zündkerzen über einen falschen Wärmewert verfügen oder aber weil das Gemisch zu mager eingestellt ist. Beim Diesel gibt es z.B. auch Verbrennungsstörungen. Diese können u.a. auftauchen durch nachtropfende Einspritzdüsen. Eine fehlende oder mangelhafte Schmierung sorgen schnell zu einem Kolbenfresser. Wenn der Schmierfilm zwischen dem Kolben und dem Zylinder abreißt, dann dauert es nicht lange und der Motor streikt. Es gibt aber auch den anderen Fall: Durch eine Überhitzung können Löcher in das Material brennen, der Kolben wird unbrauchbar. Sollten solche Mängel auftreten muss man natürlich auch auf die Suche nach den Ursachen gehen und nicht “einfach nur den Kolben tauschen. Einfach war jetzt auch wirklich untertrieben, gerade bei den modernen Motoren wird es immer schwieriger “selber zu schrauben”. Sollte übrigens mal der Zahnriemen reißen und der Kolben auf die Ventile schlagen, ja dann geht es zu 90% gut und es müssen “nur” die Ventile getauscht werden, bzw. die Ventilschaftdichtung erneuert werden. Bei “meinen” 3 “Zahnriemenrissen” haben die Kolben es jeweils gut überlebt, sind halt doch zähe Burschen – auch wenn sie nur selten das Tageslicht sehen.