Der Motorkolben – was ist das und wozu dient er | Haupttypen

Der Motorkolben – was ist das und wozu dient er | Haupttypen

Der Motorkolben ist eines der essenziellen Arbeitselemente des Verbrennungsmotors. Im Inneren eines solchen Motors befinden sich mindestens zwei Zylinder, in denen sich jeweils ein Kolben auf und ab bewegt. Der zurückgelegte Weg der Komponente ist der Hub, daher wird sie auch manchmal als Hubkolben bezeichnet. Folglich nennt man solche Motoren auch Hubkolbenmotoren.

Welchen Zweck erfüllt der Kolben im Motor?

Welchen Zweck erfüllt der Kolben im Motor

Die Bewegung des Kolbens von seinem oberen zu seinem unteren Totpunkt ist mit anderen Elementen des Motors verbunden und synchronisiert. Das Öffnen und Schließen der Aus- und Einlassventile ist genau auf seine Bewegungen abgestimmt. Befindet sich der Kolben am untersten Punkt, so öffnet sich das Einlassventil und im Falle eines Benzinmotors wird das Luft-Kraftstoffgemisch eingesaugt. Der Kolben fährt dann nach oben und verdichtet das Gemisch. Wenn dieses durch den Funken der Zündkerze zum Explodieren gebracht wird, wird der Kolben durch den Druck wieder nach unten befördert, das Auslassventil öffnet sich und die Abgase werden nach außen befördert.

Des Weiteren ist der Kolben über die Pleuelstange mit der Kurbelwelle verbunden: Er wandelt die Energie, die durch die Verbrennung bei der Explosion erzeugt wurde, in mechanische Arbeit um. Die Bewegungen des Kolbens von oben nach unten werden in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgesetzt, die diese dann an das Getriebe des Autos weitergibt.

 Das Bauteil hat aber noch einige andere Funktionen: 
  • i Der Brennraum wird abgedichtet. Die durch die Explosion entstandene Hitze wird abgeleitet.
  • i Es sorgt für einen sauberen Gaswechsel durch Ansaugen des frischen Gemischs oder Kraftstoffs und durch Ausstoßen der entstandenen Abgase.
  • i Er unterstützt die Gemischbildung von Luft und Kraftstoff, da die Kolbenoberfläche – der sogenannte „Kolbenboden“ oder auch „Feuersteg“ – , die den Boden des Brennraums bildet, speziell geformt ist.
  • i An ihm sind die Kolbenringe, die als Dichtungen fungieren, angebracht.

Aufbau des Kolbens

Aufbau des Kolbens

Der Kolben ist hohl und auf einer Seite geöffnet und zylindrisch geformt.

 Er hat die folgenden Bereiche: 
  • Kolbenboden mit Nuten und Kolbenringen
  • Kolbennaben
  • Schaft

Sie wirken folgendermaßen miteinander und mit anderen Elementen zusammen: Der Druck, der bei der Verbrennung des Gemischs entsteht, wird durch den Kolbenboden über die Kolbennaben, den Kolbenbolzen und die Pleuelstange auf die Kurbelwelle übertragen.

Diesekolben

Im Vergleich zu den Kolben eines Ottomotor ist ein Dieselkolben höheren mechanischen und Hitzebelastungen ausgesetzt. Er benötigt deshalb eine Verstärkung in Form eines eingegossenen Ringträgers in der ersten Kolbenringnute aus Ni-Resist, auch bekannt als austenitisches Gusseisen, um zu verhindern, dass die Nute ausschlägt und sich Material auf den Ring durch Mikroverschweißungen überträgt, die durch unvermitteltes Erhitzen und Abkühlen entstehen. Dieses Material ist erosions- und korrosionsbeständig und nicht magnetisierbar. Dafür sorgt der hohe Nickelgehalt des Materials, der des Weiteren auch eine sehr gute Dehnbarkeit garantiert.

Was sind Schmiedekolben und was sind ihre Vorteile?

Schmiedekolben kommen zum Einsatz, wenn besondere Anforderungen an ein Fahrzeug und seinen Motor gestellt werden und dieser hohen Belastungen, hohen Temperaturen und erhöhtem Druck auf den Zylinder standhalten muss. Das betrifft beispielsweise standardmäßig den Motorsport oder auch getunte Autos, jedoch werden mittlerweile zudem Motoren von Serienfahrzeugen, die eine außerdurchschnittliche hohe Leistung aufweisen, damit versehen.

Durch die Art der Herstellung wird eine höhere Festigkeit des Materials erreicht, was die Komponenten widerstandfähiger macht. Außerdem ist es bei geschmiedeten Kolben möglich, die Wände dünner zu gestalten, wodurch sie weniger wiegen. Diese leistungsstärkeren Motorkomponenten können trotz der gleichen Größe mehr Energie aufnehmen. Wenn Sie Ihren Motor mit diesen Teilen aufrüsten möchten, achten Sie beim Kauf auch auf eine erhöhte Dichte des Materials und erkundigen Sie sich zusätzlich nach den passenden verbesserten Ausführungen der anderen Elemente, wie der Pleuelstange und der Kolbenringe, denn auch diese sind den starken Belastungen ausgesetzt.

Schon gewusst? Die richtigen Kolben leisten einen Beitrag zum Umweltschutz

Nicht nur die Wahl des Kraftstoffs hat Einfluss darauf, wie sehr Ihr Auto die Umwelt belastet. Moderne Verbrennungsmotoren sind mittlerweile mit Kolben ausgestattet, deren Aufbau und materielle Zusammensetzung darauf ausgelegt sind, eine schadstoffarme und vollständige Verbrennung zu erreichen. Des Weiteren verringern diese modernen Konstruktionen die Reibung und den Verbrauch des Motoröls. So haben die Kolben einen wichtigen Anteil am Umweltschutz und am Sparen von Rohstoffen.

Wie lässt sich die Lebensdauer der Kolben verlängern?

Der Kolben im Auto ist eigentlich wie der gesamte Motorblock darauf ausgelegt, die volle Nutzungsdauer des Fahrzeugs lang funktionstüchtig zu bleiben. Dennoch kann es bei falscher oder fehlender Pflege und Wartung zu irreparablen Schäden kommen, und das unabhängig davon, ob Sie konventionelle Teile oder die widerstandsfähigeren Schmiedekolben verwenden.

 Hier sind ein paar Tipps, mit denen Sie für eine optimale Lebensdauer der Motorkolben sorgen können: 
  1. Das Mischverhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemischs muss stimmen. Ist das Gemisch jedoch zu „fett“, dann wird zu viel Kraftstoff verbrannt und der Film aus Motoröl wird von den Zylinderwänden abgewaschen, was den Verschleiß der Kolben im Motor und anderer Komponenten drastisch erhöht– das gilt zumindest für Benziner. Ist das Gemisch andererseits wiederum zu „mager“, sprich, der Luftanteil ist zu hoch, kann es zum Überhitzen des Motors kommen oder zum Wegbrennen von Kolben oder Ventilen.
  2. Überprüfen Sie regelmäßig den Stand der Betriebsflüssigkeiten. Ist das Motoröl knapp, so fehlt der schützende Schmierfilm an den Motorkomponenten, was ihre Abnutzung stark beschleunigt. Auch an den Kolbenringen besteht dann trockene Reibung von Metall auf Metall. Das nennt man auch einen „Kolbenfresser“. Zwischen der Oberfläche des Zylinders und des Kolbens kommt es zur Reibschweißung, d. h. sie verbinden sich fest miteinander und der Motor kann sich nicht mehr drehen. Eine Reparatur ist meist schwierig und sehr teuer, häufig muss der Motor vollständig ersetzt werden.
  3. Der Zustand des Zahnriemen muss ebenso in regelmäßigen Abständen kontrolliert werden. Dieser überträgt die Drehbewegung der Kurbelwelle auf die Nockenwelle. Hersteller geben in der Regel Austauschintervalle dafür an. Ignorieren Sie diese und es kommt in der Folge zu einem Riemenriss, dann wird die Nockenwelle nicht mehr ordnungsgemäß gesteuert, die Ventile bleiben offen und stehen in den Zylinder über und werden mit voller Wucht vom Kolben getroffen, was zu schweren Beschädigungen an beiden Komponenten führt.
    Wie lässt sich die Lebensdauer der Kolben verlängern
  4. Wechseln Sie die Zündkerzen und den Luftfilter immer rechtzeitig aus. Durch das Versagen des Filters wird dem Motor nicht mehr das richtige Luft-Kraftstoff-Gemisch zugeführt; fällt die Zündkerze aus, so kommt es zu Zündaussetzern: treten diese Defekte auf, kann man mit Schäden an den Ventilen und Kolben rechnen.

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