MAHLE news 3/05 Helvetica

Kolbenringe treten meistens in ganzen Sätzen auf – in der
Regel zu dritt: Dabei sind die oberen beiden Ringe am Kolben
reine Verdichtungsringe, die den Brennraum zwischen der Zylinderbohrung
und dem Kolben abdichten. Eine strapaziöse
Aufgabe: Zum einen, weil im Brennraum gewaltige Drücke entstehen
– insbesondere bei Dieselmotoren, wo Zünddrücke von
über 200 bar schon fast normal sind – zum anderen sind die
Verbrennungsgase so heiß, dass sie selbst noch Teile der Abgasanlage
zum Glühen bringen. Während sich der Kolben in der
Zylinderbohrung auf und ab bewegt, gleiten die Kolbenringe mit
ihm über die Zylinderlaufbahn, um abzudichten und dabei das
Öl abzustreifen – und das unzählige Male!
Der dritte Kolbenring, der so genannte Ölabstreifring, sorgt dafür,
dass der Großteil des Motorenöls im Innern des Motors
bleibt. Schließlich soll sich ja nur zwischen dem Kolbenschaft
und der Zylinderlaufbahn ein tragfähiger Ölfilm bilden. Um die
geringe Menge Öl, die der Ölabstreifring nicht zurückhalten
kann, kümmert sich der mittlere Kolbenring. Und über den winzigen
Rest an Öl, der noch oberhalb des mittleren Kolbenrings
an der Zylinderwand verbleibt, freut sich dann der oberste Kolbenring.
Dieser hat den härtesten Job von allen, denn er muss
die größten Druckspitzen und die höchsten Temperaturen aushalten.
Ein Teil der winzigen Menge an Motorenöl, die den
obersten Ring schmiert, verdampft und verbrennt danach im
Brennraum. Ein wenig Ölverbrauch ist also ein gutes Zeichen:
Er ist ein Beleg dafür, dass auch der oberste Kolbenring mit Öl
versorgt wird.
IMMER KLEINER, IMMER LEICHTER
Kolbenringe müssen eine sehr hohe Festigkeit aufweisen. Nur
so können sie die notwendigen Kräfte (so genannte Tangentialund
Radialkräfte) generieren. Materialien der Wahl sind daher
entweder Sphäroguss oder Gusseisen mit kugelförmigen Graphiteinlagerungen.
Auch werden Kolbenringe aus Walzstahlprofilen
formgewickelt. Die geforderten kleinen Baugrößen bilden
eine zusätzliche konstruktive und fertigungstechnische Herausforderung:
Während noch vor ein paar Jahren Ölabstreifringe
eine Höhe von 4 oder 5 Millimeter hatten, sind sie bei heutigen
Motoren nicht einmal halb so hoch. Denn nur wenn die Kolbenringe
extrem klein gebaut werden können, kann auch der
Kolben entsprechend klein (und damit leicht!) konstruiert werden
– unabdingbare Voraussetzung für sparsame und gleichzeitig
leistungsstarke Motoren.
AKTIVER SCHUTZ: DIE BESCHICHTUNG
Die Laufflächen der Kolbenringe gleiten permanent über die Zylinderwand.
Die Höhe eines Kolbenrings ist jedoch im Verhältnis
zur Länge der zu überstreichenden Zylinderfläche sehr gering.
Daher muss ein Kolbenring, besonders der oberste (also derjenige,
der am wenigsten Öl zur Verfügung hat), an der Lauffläche
geschützt werden. Schutz bietet zum Beispiel eine galvanisch
aufgebrachte Schicht aus Chrom, einem sehr harten, verschleißfesten
Material. Die Stärke der Chromschicht beträgt in
etwa 100–200 µm.
Ebenfalls extrem hart und entsprechend verschleißfest ist
Molybdän. Für höher belastete Dieselmotoren beispielsweise
werden Verdichtungsringe an der Lauffläche mit Molybdän
beschichtet. Dazu wird feines Molybdänpulver in einem Plasmastrahl
aufgeschmolzen. Das Plasma schleudert die einzelnen
flüssigen Metalltropfen auf die Lauffläche des Kolbenrings. Beim
Erstarren entsteht eine verschleißfeste und harte, aber auch
poröse Oberfläche. Die poröse Schicht nimmt Motorenöl auf –
als eine Art Reserveschmierung: Bei starken Belastungen und
kritischen Schmierzuständen sorgt dieses eingelagerte Öl für die
Schmierung der Ringlauffläche. Das bedeutet Zuverlässigkeit
selbst unter Extrembelastungen. Aber auch mit speziellen
Chrombeschichtungen (Multilayer, Chromkeramik) können feine
Kanäle und Unterbrechungen in der Chromschicht und damit
Räume für das Motorenöl geschaffen werden.
KOLBEN, KOLBENRINGE UND ZYLINDERWAND –
DIE PERFEKTE EINHEIT
Welche Beschichtungen für die Kolbenringe sinnvoll und notwendig
sind, wird bei der Entwicklung eines Motors festgelegt. MAHLE
ist Entwicklungspartner der Motorenindustrie. MAHLE Ingenieure
und Spezialisten entwickeln und erproben gemeinsam mit den
weltweiten Serienkunden die optimale Ringbestückung für die
jeweilige Anwendung. Kolben, Kolbenringe und Zylinderwand
müssen perfekt aufeinander abgestimmt sein. Das ist die Voraussetzung
für die optimale Funktion des Motors und eine lange
Lebensdauer. Mit zusätzlichen Beschichtungen auf der gesamten
Ringoberfläche (zum Beispiel Phosphat oder Zinn) können die
Eigenschaften eines Kolbenrings ebenfalls optimiert werden.
BESCHICHTUNGEN BEKENNEN FARBE
Gegebenenfalls werden auch bei bestehenden Kolbentypen
die Kolbenringe modifiziert. Wenn die Ringbestückung eines
Kolbens geändert wird, liefert MAHLE die jeweils aktuelle Serienausführung
zeitnah in den Aftermarket. So kann es beispielsweise
vorkommen, dass ein Verdichtungsring, dessen Laufflächen
zuvor lediglich verchromt waren, zusätzlich eine Phosphatschicht
erhält – und so die Ringe, die zuvor silberfarben („shiny“)
waren, nun in Schwarz ausgeliefert werden. Oder es wird ein
verchromter und dann phosphatierter Kolbenring durch einen
Ring mit spezieller Multilayer-Beschichtung ohne Phosphat
ersetzt – und ist dann anstatt schwarz nun silbrig glänzend.
MAHLE KOLBENRINGE –
QUALITÄT IN MATERIAL UND VERARBEITUNG
MAHLE Kolbenringe entsprechen in allen Belangen den strengen
Maßstäben der Erstausrüstung – durch hochwertige Materialien
und präzise Verarbeitung. Entsprechend imposant sind die
Referenzen: Kolbenringe made by MAHLE arbeiten ab Werk in
den Fahrzeugen aller führenden internationalen Automobilhersteller
– von Alfa und Audi über BMW und Mercedes bis zu
Volvo. Für den Aftermarket bietet MAHLE ein umfassendes Sortiment
an Kolbenringsätzen in Erstausrüstungsqualität. Details
hierzu finden Sie im aktuellen Katalog „Kolbenringsätze“.
Dieser ist wahlweise als Druckwerk oder – eingebunden in das
Motorenteile-Komplettprogramm – auf CD-ROM erhältlich.
KOLBEN & CO.
Der MAHLE „N“-Kolbenringsatz bietet Ihnen die
Kolbenringe, die auch in der Erstausrüstung
verbaut werden. Die MAHLE „V“- und „G“-
Kolbenringsätze sind speziell für den Einsatz
bei gelaufenen Motoren entwickelt worden.
Es ist unbedingt auf die TOP-Kennzeichnung
zu achten. Bei TOP-gekennzeichneten Ringen
sind diese mit der Kennzeichnung nach oben
in Richtung Kolbenboden einzubauen.
AFTERMARKET
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