Ratgeber
Tipps & Tricks
Kolben für Saugmotoren und Kolben für Turbomotoren: die Unterschiede
Wie wirkt sich das Design auf die Leistung aus?
3 Kommentare
Kolben-Konstruktion: Unterschiede in Saug- und Turbomotoren
Hast du dich mal gefragt, ob Kolben immer gleich aussehen, egal ob sie in Turbomotoren oder in Saugmotoren zum Einsatz kommen?
Kolben sind immer hohen Belastungen ausgesetzt, egal in welchem Motor sie arbeiten. Doch die Art der Belastung ist sehr unterschiedlich und das muss bei der Konstruktion der Kolben bedacht werden. Die Dicke des Materials und andere Faktoren haben großen Einfluss auf die Stabilität, die Gemischbildung und vieles mehr. Hier erfährst du genau, worin die Unterschiede zwischen Kolben für Turbomotoren und Kolben für Saugmotoren liegen.
INHALT
- 1. Die Unterschiede zwischen Kolben für Saugmotoren und Kolben für Turbomotoren
- 2. Warum ist das Kolben-Design so wichtig? – Hohe Belastungsprobe für Kolben
- 3. Wie wichtig sind Material und Dicke der Kolben für die Leistung?
- 4. Was bedeuten hohe Drehzahlen und Reibung für Kolben?
- 5. Perfekt für die Leistungssteigerung: Der asymmetrische Kolbenschaft von JE Pistons
- 6. Flacher oder gewölbter Kolbenboden: Welcher Kolben kommt in welchen Motor?
- 7. Warum sind Kolbenbolzen und Kolbenbolzenauge so wichtig für die Haltbarkeit?
- 8. Warum werden gasnitrierte Kolbenringe vor allem im Rennsport eingesetzt?
- 9. Du willst noch mehr?
Die Unterschiede zwischen Kolben für Saugmotoren und Kolben für Turbomotoren
Kolben sehen sich immer sehr ähnlich – egal ob für Saugmotoren oder für aufgeladene Motoren. Dennoch müssen sie unterschiedliche Bedürfnisse erfüllen und werden entsprechend unterschiedlich entworfen. Viele denken, dass Kolben für Turbomotoren nur etwas dicker sind als solche für Saugmotoren. Allerdings gibt es ein paar kleine aber wesentliche Unterschiede in der Konstruktion. Diese haben Einfluss auf die Stabilität, die Dichte, die Gemischbildung, das Gewicht und so weiter. Da beide Arten von Motor ganz unterschiedlichen Belastungen ausgesetzt sind was Druck, Hitze und Drehzahl angeht, wird auch das Kolbendesign angepasst. Nur so können maximale Haltbarkeit und Leistung sichergestellt werden. Hier erfährst du, worauf es bei vernünftigen Kolben ankommt!
Hier siehst du, dass der Kolbenboden des "Turbo-Kolbens" größer ist als der des "Saug-Kolbens". Die Dicke setzt sich fort und verjüngt sich in Richtung Kolbenschaft. (Bilder von JE Pistons).
Warum ist das Kolben-Design so wichtig? – Hohe Belastungsprobe für Kolben
Wie wichtig das passgenaue Design von Kolben für das Tuning ist, verrät ein Blick auf die unterschiedlichen Kräfte, die in einem leistungsstarken Motor auf den Kolben wirken. Durch die permanente Auf- und Abwärtsbewegung (und dem damit verbundenen Abbremsen und Beschleunigen) innerhalb des Zylinders, entstehen Massenträgheitskräfte. Die Kolbenkraft, die auf Pleuel und Kurbelwelle übertragen wird, drückt den Kolben zusätzlich zur Seite, gegen die Zylinderwand. Diese Seitenkraft, auch Normalkraft genannt, hängt von mehreren Faktoren ab, darunter zum Beispiel der Winkel, in dem Kolben und Pleuel zueinander stehen. Während des gesamten Viertaktzyklus sind alle Bereiche des Kolbens (Kolbenboden, Kolbenringe, Kolbenbolzen und Schaft) also einer permanent hohen Belastung ausgesetzt.
Die Finite-Elemente-Methode hilft den Kolben-Herstellern dabei, Schwachstellen zu erkennen und zu beseitigen. (Bild von JE Pistons)
Wie wichtig sind Material und Dicke der Kolben für die Leistung?
Mit der Motorleistung steigen auch der Zylinderdruck und die Wärme. Sowohl Kolben für Saugmotoren als auch Kolben für Turbomotoren werden deshalb mit einer besonderen Aluminiumlegierung versehen. Außer einer ähnlichen Metallurgie haben Kolben für Saugmotoren und Turbomotoren jedoch wenig gemeinsam. Da aufgeladene Motoren schnell die dreifachen Pferdestärken eines Saugmotors erreichen, werden die einzelnen Bereiche der Kolben dicker hergestellt und auch die Freiräume werden vergrößert. So wird gewährleistet, dass das Kolbendesign innerhalb der Festigkeitsgrenzen funktioniert. Aber nicht nur die Leistung entscheidet über das perfekte Design eines Kolbens. Auch die Anwendung und der Arbeitszyklus sind entscheidende Faktoren.
Die Kolben von JE Pistons sind asymmetrisch. Diese sind sehr robust und dick auf der einen Seite und leicht und dünn auf der anderen. (Bild von JE Pistons)
Was bedeuten hohe Drehzahlen und Reibung für Kolben?
Getunte Saugmotoren bedeuten für den Kolben im hohen Drehzahlbereich eine ähnliche Belastung wie aufgeladene Motoren. Der Unterschied besteht darin, wie die Belastung auf den Kolben wirkt. Deshalb wird besonders darauf geachtet, dass der Bereich der Bolzenbohrung fest und stabil ist. So kann verhindert werden, dass der Bolzen aus dem Kolben gezogen wird.
Bei hohen Drehzahlen entstehen Reibungen, die die Leistung extrem zügeln. Bei der Konstruktion von Kolben greift man deshalb auf einzigartige Schaftformen und -profile zurück, die die Reibung reduzieren, ohne die Stabilität und die Ringdichtung zu beeinträchtigen. Kolbenschaft und Kolbenringstege werden optimiert, um die Oberfläche zu minimieren und so die Reibung auf das nötigste zu beschränken. Damit holst du im Vergleich zu einem herkömmlichen Kolben satte 10 – 20 PS heraus.
Perfekt für die Leistungssteigerung: Der asymmetrische Kolbenschaft von JE Pistons
Die Optimierung des Kolbenschafts ist immer noch eine beliebte und effektive Methode zur Verringerung der Reibung. JE Pistons hat hier aber noch einen draufgesetzt: Mit den geschmiedeten, asymmetrischen Kolben. Diese sind auf der einen Seite groß und robust und auf der anderen Seite viel kleiner und leichter. Damit gehen sie perfekt auf die unterschiedlichen Anlaufflächen der Motoren ein und sparen dabei an Gewicht, was bei der Leistungssteigerung enorm wichtig ist.
Mehr Infos zu den JE Kolben, findest du unter anderem im JE Blog. Übrigens: JE Pistons bietet auch eine spezielle Beschichtung der Kolbenböden und -hemden an.
Flacher oder gewölbter Kolbenboden: Welcher Kolben kommt in welchen Motor?
Früher konnte man Kolben durch flache oder gewölbte Böden unterscheiden. So hatten Kolben für Turbomotoren einen gewölbten Boden. Das ist mittlerweile nicht mehr so. Moderne Zylinderköpfe haben kleinere Verbrennungskammern, weshalb ein gewölbter Kolben auch in Saugmotoren Verwendung findet. Ebenso werden Kolben mit flachem Kolbenboden auch in aufgeladenen Motoren eingesetzt, um die statische Verdichtung zu reduzieren.
Auf diesem Bild siehst du, dass der Kolbenschaft bei Kolben für Turbomotoren beiter ist. Dies ist nötig, um den enormen Schubkräften entgegenzuwirken, denen der Kolben ausgesetzt ist. (Bild von JE Pistons)
Warum sind Kolbenbolzen und Kolbenbolzenauge so wichtig für die Haltbarkeit?
Für die meisten Rennfahrer sind die Kolbenbolzen nur ein notwendiges Übel, das zum Gesamtgewicht des Kolbens beiträgt. In der Realität ist die Verringerung der Masse nicht annähernd so wichtig wie der Widerstand gegen Verbiegen. Denn die Kolbenbolzen sind dafür verantwortlich, den auf die Kolben ausgeübten Zylinderdruck auf die Pleuelstangen zu übertragen. Wenn die Kolben von OT (oberer Totpunkt) in Richtung UT (unterer Totpunkt) übergehen, verhindern die Bolzen, dass sie auch in die Zylinderköpfe einschlagen. Kolbenbolzen, die sich aufgrund unzureichender Wandstärke biegen, können den Kolben zusätzlich belasten.
Der Durchmesser des Kolbenbolzens wird normalerweise durch den geringen Durchmesser der Pleuelstange bestimmt. Bei zunehmender Leistung erhöhen Kolben-Hersteller allerdings oft auch die Wanddicke. Höherwertige Legierungen können ebenfalls verwendet werden. Darüber hinaus spielt das Design des Kolbenbolzenauges eine wichtige Rolle für die Haltbarkeit.
Der glatte Kolbenboden verhindert Belastungspunkte, da es keine harten Kanten gibt. (Bild von JE Pistons)
Warum werden gasnitrierte Kolbenringe vor allem im Rennsport eingesetzt?
Obwohl Saug- und Turbomotoren einem unterschiedlichen Wärme- und Druckniveau ausgesetzt sind, haben beide gleichermaßen von den erheblichen Verbesserungen der Kolbenringtechnologie während des letzten Jahrzehnts profitiert. Die meisten Kolbenringe für den Rennsport bestehen aus einem gasnitrierten Stahlring und einem dehnbaren, hakenförmigen zweiten Ring. Diese Kombination ermöglicht eine bessere Ölkontrolle, geringere Ringspannung, verringerte Reibung und verbesserte Formanpassung und Ringdichtung.
Du willst noch mehr?
Hast du noch Fragen zu Kolben oder anderen Tuningparts, melde dich bei uns! Wir stehen dir mit Rat und Tat zur Seite: Ruf uns an oder schreib uns!
Kommentar erstellen
Hinterlasse uns gerne einen Kommentar.
Kommentare
Jackfred
22.04.2024, 04:04 Uhr
Any forged piston kits for Toyota mark 2 jzx 90?
Dean
23.04.2024, 07:16 Uhr
Hi,
Thanks for the comment. Sadly, we don't have fitting Pistons for your vehicle in our shop.
Unk
10.07.2024, 12:00 Uhr
Can I put turbocharged piston on NA engine? 2nr-ve
Sein erstes Auto war ein 1er Polo mit 40er Weber Doppelvergaser und 129 PS. Sein zweites ein Audi 50. Heute tunt Bartek Lamborghinis auf 1000 PS. Schon als kleiner Junge baute Bartek Fahrzeuge auseinander und setzte alles wieder besser zusammen. Das Abitur schrieb er mit Öl an den Fingern. Der gelernte KFZ-Mechaniker mit Schwerpunkt Motoren und Getriebebau wollte unbedingt zum Motorsport. In seinen 10 Jahren bei der Formal 1 betreute er 73 Rennen, unter anderem als Motorenmechaniker von Ralf Schumacher bei Toyota. Seit 2010 widmet er sich voll und ganz seiner Firma BAR-TEK® und hilft seinen Kunden, VW- und Audi-Motoren zur Höchstleistung zu bringen.
Expert in
Motor
Getriebe
