Herstellungs kolben

Arten von Fertigungskolben

Ein Kolben ist ein Motorteil, das sich in einem Zylinder auf und ab bewegt. Er treibt das Gas im Brennraum an. Der Fertigungskolben gibt es in verschiedenen Ausführungen, je nachdem, wie die Betriebskräfte übertragen werden, welche Form er hat und für welchen Verbrennungsmotor er bestimmt ist.

• Basierend auf der Kraftübertragung

  Ein Axialkolben ist eine Pumpe oder ein Motor mit mehreren Kolben in einer radialen Zylinderanordnung. Der Kolben verwendet eine Schrägplatte, um hydraulische Energie in mechanische Energie umzuwandeln, wodurch er als Pumpe oder Motor betrieben werden kann. Radialkolben haben eine kompakte Bauweise, die es ihnen ermöglicht, einen hohen Druck und eine hohe Leistungsdichte zu liefern. Sie funktionieren wie Axialkolben. Ein Axialverdichter verfügt über einen Rotor in einem Axialkolben, der das Gas im Zylinder dreht. Er hat nur wenige bewegliche Teile, was zu geringer Reibung führt. Ein Axialkolbenmotor hat zwei Scheiben mit radialen Schaufeln. Das Gas strömt axial durch den Motor. Diese Art von Motor ist vereinfacht und arbeitet sehr gut.

• Basierend auf der Form

  Der Zylinderkolben hat die Form eines Zylinders. Er wird häufig in Hydraulik- und Pneumatikzylindern eingesetzt. Er wird auch in Rotationsmotoren und einigen Verbrennungsmotoren verwendet. Der Kronenkolben hat eine flache Krone mit einem kuppelförmigen Teil. Er wird hauptsächlich in Dieselmotoren eingesetzt. Eine Rockerstirn ist ein zylindrisches Teil, das von der Kolbenunterseite herabhängt. Sie dient als Führung, um den Kolben im Zylinderlaufbuchse zu zentrieren. Die Rockerstirnen tragen außerdem dazu bei, den Verschleiß der Zylinderwände zu reduzieren.

• Basierend auf der Art des Verbrennungsmotors

  Der Zweitaktmotor ermöglicht es dem Kolben, zwei Takte zu absolvieren, und die Leistung wird bei jeder Bewegung erzeugt. Er ist einfacher und leichter, da er keine Ventile hat. Allerdings hat er einen hohen Kraftstoffverbrauch. Der Viertaktmotor hat eine Abwärtsbewegung, um Leistung zu erzeugen, und er hat einen besseren Kraftstoffverbrauch. Der Viertaktkolben hat Ansaug-, Verdichtungs-, Leistung- und Auspufftakte. Dieselmotoren verwenden die Kolben in der Selbstzündung. Sie haben eine Kronenform, um hohen Drücken und Temperaturen zu widerstehen. Sie werden aus Gusseisen oder Aluminium mit hochfesten Legierungen hergestellt.

Spezifikation und Wartung von Fertigungskolben

Laut einer globalen Marktforschung zu Kolben und Kolbenringen wird erwartet, dass die Marktgröße bis 2030 33,93 Milliarden US-Dollar erreichen wird, mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 4,19 % von 2022 bis 2030.

Die Wartung des Kolbens unterscheidet sich je nach Motortyp. Dieselmotor-Kolben erfordern regelmäßige Inspektionen auf Verschleißerscheinungen, während Hochleistungskolben in Rennwagen nach einer begrenzten Anzahl von Rennen ausgetauscht werden müssen. Unabhängig davon ist es wichtig, die Masse und die Abmessungen des Kolbens zu überprüfen, um den korrekten Spalt im Zylinder zu gewährleisten. Dies verhindert Probleme wie blockierte Motoren und Überhitzung.

Im Folgenden sind die Spezifikationen aufgeführt, die bei der Herstellung von Kolben zu beachten sind.

• Material

  Aluminiumlegierungen werden für die meisten Kolben bevorzugt, da sie leicht sind, was schnellere Bewegungen ermöglicht, und die Wärme schnell ableiten können. Zu den anderen verwendeten Materialien gehören geschmiedeter Stahl für Dieselmotoren und Gusseisen in älteren Fahrzeugen.

• Kühlung

  Kolben verfügen über Kühlmechanismen, um die Wärmeausdehnung zu reduzieren, die zu einem Ausfall führen kann. Zwei gängige Methoden sind Kühlkanäle im Kolben und Kühlkästen im Pleuel. Auch die Konstruktion des Kolbens kann die Wärmeverteilung beeinflussen. Die Kolbenoberseite ist normalerweise der heißeste Teil, während die Rockerstirn der kälteste ist.

• Beschichtungen

  Einige Kolbenhersteller bringen Beschichtungen auf, um die Reibung zwischen den Kolbenringen und den Zylinderwänden zu reduzieren. Sie bieten auch eine thermische Barriere, die die Kolbenoberseite vor übermäßiger Hitze schützt. Andere Beschichtungen tragen dazu bei, Verschleiß und Fressen in Bereichen zu verhindern, in denen der Kolben mit dem Zylinder in Kontakt steht.

• Kolbenringe

  Die Ringe dichten den Brennraum ab und regeln den Öltransfer an die Zylinderwände. Die Anzahl der Ringe hängt von der Motorkonstruktion ab, wobei drei bis vier Ringe üblich sind. Ringspalte sind die Abstände zwischen den Ringen, die eine Wärmeausdehnung ermöglichen. Die Spalte variieren je nach Hersteller und Motortyp. Die Kolbenoberseite ist mit einer Kuppel, einer Mulde oder einer flachen Oberfläche versehen, die das Volumen des Brennraums beeinflusst. Gekuppelte Kolbenoberseiten verringern das Volumen des Brennraums, wodurch höhere Verdichtungsverhältnisse erzielt werden. Mulden- oder versenkte Kolbenoberseiten wirken dem entgegen und sind bei Dieselmotoren üblich.

• Rockerstirn

  Die Rockerstirn des Kolbens hat eine glatte Oberfläche, auf der sich der Kolben im Zylinder auf und ab bewegt. Hersteller können mehrschichtige Beschichtungen verwenden, um Reibung und Verschleiß zu reduzieren, wie z. B. DLC (diamantähnlicher Kohlenstoff) oder Titannitrid.

• Pleuellagerbolzen (Kolbenbolzen)

  Der Pleuellagerbolzen verbindet das Pleuel mit dem Kolben. Der Bolzen gibt es in der Regel in zwei Ausführungen: schwimmend und fest. Bei der schwimmenden Ausführung kann sich der Bolzen im Kolben drehen, während sich der Kolben im Pleuel dreht. Diese Methode reduziert Reibung und Verschleiß. Bei einer festen Ausführung wird der Bolzen im Kolben befestigt. Der Durchmesser des Pleuellagerbolzens beeinflusst die Konstruktion des Kolbens und die maximale Leistung des Motors. Größere Bolzen sind steifer, erhöhen aber das Gewicht. Hersteller versuchen oft, Festigkeit und Leichtigkeit für Hochleistungsmotoren in Einklang zu bringen.

Wenn der Kolben nicht gewartet wird, hat dies schwerwiegende Folgen, z. B. einen Totalausfall des Motors. Der Austausch des gesamten Motors ist teurer als die regelmäßige Inspektion und der Austausch des Kolbens, wenn dies erforderlich ist. Der Austausch des gesamten Motors kann bis zu 2.500 US-Dollar kosten, ohne Arbeitskosten.

Anwendungen eines Fertigungskolbens

• Automobilindustrie:

  Die Kernfunktion des Motorkolbens in der Automobilindustrie findet sich in Fahrzeugen wie Autos, Lastwagen und Motorrädern wieder. Als Teil des Verbrennungsmotors hilft er beim Prozess des Tankens und Ausstoßens.

• Schwermaschinen und -geräte:

  Kolben sind in Hydraulikzylindern und Kompressoren vorhanden. Die Herstellung von Hydraulikzylindern umfasst Produkte wie Bagger, Lader und Krane. Auch hydraulische Ventile und Pumpen haben Kolben. Im Kompressor sind sie für die Druckerhöhung von Kältemitteln und Gasen verantwortlich, die in Klimaanlagen und Kühlschränken verwendet werden.

• Kleinmotoren:

  Zu den Kleinmotoren, in denen sich die Kolben befinden, gehören Kettensägen, Rasenmäher, Schneemobile und Laubbläser. Die Arbeit, die die Kleinmotoren verrichten, ähnelt der der großen Motoren. Sie führen die gleichen Auf- und Ab- oder Hin- und Herbewegungen aus. Auch die Brennstoffe und Gase sind die gleichen.

• Fertigungswerkzeuge und -geräte:

  Manchmal werden Kolbenringe in Werkzeugen wie Kolbenkompressoren und Hochdruckreinigern verwendet. Hochdruckreiniger verwenden Dichtungen, um Lecks von Hochdruckwasser abzudichten, was die Effizienz verbessert und den Verschleiß reduziert.

• Medizinische Geräte und Instrumente:

  Zu den medizinischen Geräten, die Fertigungskolben beinhalten, gehören Injektoren, volumetrische Pumpen und Dosierer. In Dosierern und Pumpen sind Fertigungskolben für die Bewegung und Dosierung von Flüssigkeiten in präzisen Volumina verantwortlich. Die Flüssigkeiten können Medikamente, Arzneimittel und Chemikalien sein. Bei Injektoren unterstützen sie das Injizieren von Impfstoffen und Medikamenten.

• Luft- und Raumfahrt sowie Verteidigung:

  Kolben helfen, Kräfte aufzuteilen und die Bewegungen von Ventilen zu steuern, manchmal in Hydraulik- und Pneumatikzylindern. Sie werden auch in den Hydrauliksystemen von Raumfahrzeugen und Flugzeugen eingesetzt. In einigen Systemen werden Kolben in den Druckverdichtungsmotoren von Strahltriebwerken verwendet.

So wählen Sie Fertigungskolben aus

Bei der Auswahl eines Kolbens für einen Motor müssen Käufer die folgenden Faktoren berücksichtigen:

• Motorverträglichkeit: Der Aftermarket-Kolben muss in den Motor passen, der ersetzt werden soll. Seine Form, Abmessungen, Pleuellagerbohrung und Ringnuten müssen mit den Spezifikationen des Originalherstellers übereinstimmen. Auch die Art des Motors muss berücksichtigt werden. Beispielsweise können Rennsportmotoren leichte Aluminiumkolben benötigen, um die Leistung zu verbessern.
• Material: Wie oben beschrieben, kann der Kolben aus verschiedenen Materialien hergestellt werden, darunter Gusseisen, Aluminiumlegierung und Stahl.
• Verdichtungsverhältnis: Kolben mit unterschiedlichen Kolbenoberseitenformen und -höhen können das Verdichtungsverhältnis eines Motors beeinflussen. Ein Käufer muss das Verdichtungsverhältnis des Motors kennen, bevor er einen Kolben kauft, da Modifikationen einen Kolben mit einer bestimmten Kolbenoberseitengestaltung erfordern können.
• Ringe: Die Ringnuten in einem Kolben müssen mit der Konstruktion des Motors übereinstimmen. Auch die Anzahl und Art der Ringe - in der Regel eine Kombination aus Kompressions- und Ölabstreifringen - müssen für den Motor geeignet sein, in den der Kolben eingebaut wird.
• Kolbenoberseitengestaltung: Die Kolbenoberseitengestaltung bezieht sich auf die Form und Merkmale des oberen Teils eines Kolbens. Käufer finden Flachkopf-, Mulden- und Kuppelkolben. Die Kolbenoberseitengestaltung wirkt sich auf den Luftstrom und die Verbrennung im Motor aus.

Fragen und Antworten

F1: Was sind die Trends in der Kolbenindustrie?

A1: Umweltfreundliche Verfahren gewinnen in der Branche zunehmend an Bedeutung. Hersteller prüfen Möglichkeiten, bestehende Kolbenkonstruktionen zu modifizieren, um ihre Umweltauswirkungen zu reduzieren, ohne die Leistungsstandards zu beeinträchtigen. Darüber hinaus werden Cloud-Technologien in Fertigungsprozessen zunehmend eingesetzt.

F2: Wie werden Spezialkolben hergestellt?

A2: Der erste Schritt bei der Herstellung von Spezialkolben ist eine überlegene Planung, die die Auswahl des richtigen Materials für den Motor umfasst. Anschließend wird das Material geformt, meist durch Schmieden, Gießen oder Bearbeiten, und die Kolbenmerkmale werden hinzugefügt. Abschließend werden die Spezialkolben mit Hilfe von Computersoftware simuliert und getestet.

F3: Gibt es Aftermarket-Kolben zu kaufen?

A3: Ja, es gibt viele Aftermarket-Kolben zu kaufen, für die sich Käufer entscheiden können, wenn sie die serienmäßigen Kolben ersetzen möchten.