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Schon öfters habe ich versprochen, mal etwas über Kolben zu schreiben.
Endlich bin ich mal dazugekommen.
Ich hoffe es ist einigermaßen nachvollziehbar. Falls nicht, bitte nachfragen.
Schmiedekolben
Schiedekolben werden im Herstellungsprozess geschmiedet sprich die Legierung mit ein oder mehreren starken Pressungen zusammengedrückt. Das optimiert die Gitterstruktur der Legierung und führt zu einer besseren Festigkeit, die dann ca. 10% höher ist.
Also ein Schmiedekolben hält ca. 10% mehr aus als ein Nicht-Schmiedekolben. Schmiedekolben werden auch in der Großserie, vor allem bei Turbodieseln eingesetzt.
Durch die bessere Gitterstruktur haben Schmiedekolben ein klein weniger Wärmeausdehnung.
Das Kolbenspiel zwischen Motorblock und Kolben könnte noch etwas (ganz wenig) kleiner ausfallen.
Die Bezeichnung Schmiedekolben sagt nichts über das Material sprich der Legierung aus!
Schmiedekolben bedeutet:
- 10% mehr Festigkeit durch optimierte Gitterstruktur (weniger defekte im Metallgitter)
- etwas weniger Kolbenspiel (Unterschied ist aber vernachlässigbar)
Material
Alle Motorkolben von Großserien PKWs bestehen aus der derselben Aluminiumlegierung!
Egal ob VW Golf, BMW Diesel , AMG oder Porsche Turbo!
Diese Legierung nennt sich international 4032 und ist sogar genormt.
Es gibt dann noch eine zweite Legierung für Kolben: 2618
Diese Legierung hat eine ca. 10% höhere Festigkeit gegenüber einer Serienlegierung.
Ein großer Vorteil von 2618 ist eine etwas höhere Unempfindlichkeit gegenüber Motorklopfen.
Leichtes (!) Motorklopfen steckt 2618 besser weg als 4032.
Ein weiterer Vorteil ist die bessere Wärmefestigkeit von 2618.
Der große Nachteil ist allerdings die deutlich größere Wärmeausdehnung. Deshalb müssen diese Kolben mit deutlich mehr Kolbenspiel eingebaut werden. Im kalten Zustand ist die Entfernung zwischen Motorblock und Kolben so groß, dass
- ein eimaliges Hochdrehen den Kolben zerstören kann! (Warmfahren ist daher ein absolutes muss!!)
- der Kolben gerne klappert.
Für ein Großserienfahrzeug ist daher diese Legierung überhaupt nicht geeignet.
Fazit: 99,999999% aller PKW-Kolben bestehen nur aus zwei Legierungen: 4032 und 2618
Natürlich ist das für die Kolbenhersteller und Tuner langweilig, gerne wird dem Kunden doch suggeriert, dass man eine „Speziallegierung“ verwende.
Tipp: Einfach mal nach „Piston 4032“ oder nach „Piston 2618“ googeln.
Die Aussage „Schmiedekolben brauchen mehr Einbauspiel“ ist fachlich blödsinn. Ein Schmiedekolben braucht im Zweifelsfall sogar etwas weniger Einbauspiel. Wenn ich solche Aussagen höre, weiß ich immer ganz schnell was ich von meinem Gegenüber zu halten habe.
Fazit:
Ein geschmiedeter Kolben aus 2618 würde ca. 20% mehr aushalten (10% wegen schmieden, 10% wegen der Legierung), ist aber im Alltag sehr empfindlich.
Unsere Serienkolben haben eingegossene Kühlringe, die die Temperatur des Kolbens niedrig halten.
Das hat zwei große Vorteile:
(1) Der Verbrennungsraum bleibt kühler. Der Motor zeigt dadurch weniger Klingelneigung und ist vollgasfester.
(2) Die Haltbarkeit des Kolbens steigt enorm.
Weiterhin hat unser Serienkolben eingegossene Stahlringe. Auch diese haben einen Vorteil:
Die Wärmeausdehnung zur Zylinderwand wird kleiner, man kann mit weniger Kolbenspiel arbeiten.
Haltbarkeit eines Kolbens
Ein Kolben ist leider grundsätzlich ein Verschleißteil und unterliegt sehr stark der Materialermüdung.
Materialermüdung heißt, dass die Haltbarkeit im Laufe der Zeit immer mehr abnimmt. Damit ein alter Kolben nicht zerbricht, wird er mit viel Reserven gebaut. Da bedeutet aber auch, dass ein neuer Kolben wesentlich mehr aushält als die Serienleistung.
Die Materialermüdung bei einem Kolben ist leider sehr groß. Im Alter (=ermüdet) hat ein Kolben nur noch ein Drittel (!) seiner ursprünglichen Festigkeit. Ein neuer Kolben hat immer die 3 bis 6 fache Festigkeit der Nennleistung, damit er für später noch genügend Reserven hat.
Konkret halten unsere Serienkolben 900 bis 1800 PS aus! Aber nur wenn sie neu sind.
Serienkolben sind für eine Haltbarkeit von 250.000km und 5.000 Betriebsstunden ausgelegt.
Kolben altern durch:
- Anzahl der Verbrennungsvorgänge
- Kaltstarts (starker verschleiß, aber keine Materialermüdung)
- hohe Temperaturen
- mittelleichtes Klingeln
- mittleres Klingeln lassen die Kolben rasch altern, ganz starkes Klingeln zerstören die Kolben innerhalb von Sekunden
PS: Ob unser Serienkolben geschmiedet ist, weiß ich leider nicht.
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| Beitrag vom 07.05.2014 - 19:24 |
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