Kolben (Technik)

Ein Kolben ist ein zylinderförmiges Maschinenbauteil, das sich in einem Zylinder auf und ab bzw. hin- und herbewegt.

Die Aufgabe des Kolbens ist es, in einer Kolbenmaschine physikalischen Druck in Bewegung umzusetzen und dadurch die Maschine anzutreiben, oder umgekehrt durch Kompression eines Mediums einen Druck zu erzeugen (Kolbenpumpe).

Der Kolben zeigt folgende funktionale Partien:

ein Kolbenboden, der mit dem Medium in Kontakt steht,
das Kolbenhemd: das zylindrische Bauteil, das mit einem kleinen Spiel in die Zylinderbohrung passt,
den Kolbenbolzen mit seiner Lagerung, der den Kolben mit dem Pleuel verbindet.

Kolben in Verbrennungsmotoren

Kolben für Hubkolbenmotoren werden heutzutage oft aus Aluminium gefertigt, früher hingegen oft aus Gusseisen. Die Herstellung der Urform erfolgt mittels Druckguss-Maschinen. Teils werden Kolben geschmiedet, was ihnen eine höhere Festigkeit und verbesserte gerichtete Wärmeleitfähigkeit verleiht. Anschließend folgt die mechanische Bearbeitung auf den Außendurchmesser, für die Ventiltaschen, die Kolbenring-Nuten und die Kolbenbolzen-Bohrung.

Der Kolbenboden ist oftmals leicht vorgewölbt. Er trägt bei Viertakt-Motoren in der Regel flache Taschen für die Ventile. Gelegentlich trägt der Kolbenboden auch eine Vertiefung, entweder als Halbkugel zur Optimierung des Verbrennungsablaufes ("Heron"-Kolben, z.B. Ford Granada 3.0-Liter-Motor aus englischer Fertigung), oder enthält die Vorkammer eines Dieselmotors (MAN-M-Verfahren).

Das Kolbenhemd trägt oft innen einen eingegossenen Stahl-Verbundwerkstoff ("Autothermik"-Kolben), um das Durchmesserwachstum bei Erwärmung zu steuern. Zur Gewichtsersparnis ist heutzutage bei vielen schnellaufenden Viertaktmotoren das Kolbenhemd an den Seiten (an den Kolbenbolzen-Öffnungen) nach innen versetzt ("Slipper"-Kolben).

Das zylindrische Kolbenhemd trägt eine oder mehrere Nuten für die Kolbenringe, deren obersten die Kompressionsringe sind und zumindest ein unterer als Ölabstreifring dient.

Bei Zweitaktern können die Kolbenhemden auch mit Fenstern versehen sein. Bei alten Motoren bis in die 1950er Jahre war bei 2-Taktern ein Nasenkolben üblich, um den Gaswechsel- oder Spülvorgang zu ermöglichen. Modernere Zweitakt-Motoren besitzen jedoch in der Regel einen flachen Kolbenboden, da die Spülung bzw. der Gaswechsel als Umkehrspülung (System Schnürle) mit einem Richtungswechsel im Zylinder erfolgt.

Die Kraftübertragung des Kolbens auf das Pleuel geschieht über den Kolbenbolzen. Dieser wird im Kolben in der nach innen verdickten Partie des Hemds in einer Bohrung gelagert. Diese Bohrung trägt oft am Ende Nuten für Sicherungsringe ("Seegerringe"), um das seitliche Auswandern des Kolbenbolzens zu begrenzen.

Bei thermisch hoch belasteten Kolben (Turbodiesel-Motoren) wird oftmals mit Spritzdüsen eine Ölkühlung des Kolbeninneren realisiert.

Hauptlieferanten von Kolben

Siehe auch

Verbrennungsmotor | Maschinenelement | Zylinder

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