{"id":63,"date":"2013-12-26T19:38:05","date_gmt":"2013-12-26T18:38:05","guid":{"rendered":"http:\/\/lindner-software.de\/?page_id=63"},"modified":"2013-12-27T11:21:34","modified_gmt":"2013-12-27T10:21:34","slug":"kolbentechnologie-der-modellmotoren","status":"publish","type":"page","link":"http:\/\/control-line-team.de\/?page_id=63","title":{"rendered":"Kolbentechnologie der Modellmotoren"},"content":{"rendered":"

<\/h1>\n
\n
Kraftmaschinen mit Kolben, Kurbeltrieb und innerer Verbrennung allgemein auch als Verbrennungsmotoren bezeichnet werden seit \u00fcber 100 Jahren zur Wandlung der chemisch in den meist fl\u00fcssigen Brennstoffen gebundenen Energie in mechanische Arbeit genutzt. Bisher konnten den Verbrennungsmotor nur Gasturbinen im Bereich hoher Leistungen und geringem Leistungsgewicht verdr\u00e4ngen. Ursache ist der relativ hohe Wirkungsgrad der Energiewandlung der mit ertr\u00e4glichem Aufwand von keiner anderen W\u00e4rmekraftmaschine erreicht wird.
\nDer Kolben als eines der wesentlichen Bauteile des Verbrennungsmotors dient der beweglichen Abdichtung des Verbrennungsraums und der \u00dcbertragung der Gaskr\u00e4fte auf den Kurbeltrieb. Hierbei mu\u00df gleichzeitig die von den hei\u00dfen Verbrennungsgasen \u00fcbertragene W\u00e4rme vom Kolbenboden abgeleitet und die durch den Kurbeltrieb entstehende Normalkraft an der Zylinderwand abgest\u00fctzt werden. Bei Zweitaktmotoren \u00fcbernimmt der Kolben weiterhin noch die Steuerung des Ladungswechsels.<\/p>\n

Die hohe Belastung von Modellmotorenkolben wird an nachstehenden Kennzahlen deutlich:<\/p><\/div>\n\n\n\n\n\n\n
<\/td>\nModellmotoren<\/td>\nPKW-Motoren<\/td>\nF1-Motoren<\/td>\n<\/tr>\n
Kolbengeschwindigkeit: [m\/s]<\/td>\n18 – 25<\/td>\n8 – 15<\/td>\n25<\/td>\n<\/tr>\n
Kolbenfl\u00e4chenleistung: [kW\/cm2<\/sup>]
\n<\/sup><\/td>\n		0,3 – 0,9<\/td>\n0,2 – 0,5<\/td>\n0,9<\/td>\n<\/tr>\n
Literleistung: [kW\/dm3<\/sup>]<\/td>\n150-600<\/td>\n50-150<\/td>\n220<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Kolbenwerkstoff<\/small><\/h1>\n
Kolben von Modellmotoren unter 5 cm3<\/sup> Hubraum werden fast ausnahmslos ohne Kolbenringe ausgef\u00fchrt. Um die vorstehend beschriebenen Anforderungen erfolgreich zu bew\u00e4ltigen kommt dem Werkstoff des Kolbens eine Schl\u00fcsselfunktion zu. Kolben moderner Hochleistungsmodellmotoren bestehen ausnahmslos aus Aluminiumlegierungen. Aufgrund der geringen Dichte und hohen W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit von Aluminiumlegierungen k\u00f6nnen ausreichende Materialquerschnitte f\u00fcr den W\u00e4rmeabfluss vom Kolbenboden bei gleichzeitig geringem Gewicht realisiert werden. Die spaltfreie Abdichtung der kolbenringlosen Kolben \u00fcber den gesamten Betriebsbereich gelingt durch Anpassung des W\u00e4rmeausdehnungskoeffizienten des Kolbens an die thermische Ausdehnung der Laufbuchse. Man nutzt hierbei den Effekt, da\u00df sich der W\u00e4rmeausdehnungskoeffizient von Aluminiumlegierungen\u00a0 mit steigendem Gehalt des Legierungselements Silicium verringert (siehe Abb.1).<\/div>\n
\"W\u00e4rmedehnung-Si-Gehalt\"<\/div>\n

F\u00fcr hartverchromte Messing-, Bronze- und Aluminium-Zylinderlaufbuchsen haben sich Si-Gehalte von 24 – 30 % bew\u00e4hrt. Kolbenlegierungen mit \u00fcbereutektischem Gef\u00fcge (Si-Gehalt >12,5%) enthalten prim\u00e4r ausgeschiedene Siliciumkristalle deren hohe H\u00e4rte dem Kolbenwerkstoff ausgezeichnete Verschlei\u00dffestigkeit und Fresssicherheit verleihen. Durch pulvermetallurgische Herstellungsprozesse, insbesondere das sogenannte Spr\u00fchkompaktieren kann eine Verteilung und Gr\u00f6\u00dfe der Si-Prim\u00e4rkristalle erreicht werden die optimale Reibparameter und maximale Festigkeiten gew\u00e4hrleisten.
\nEine Legierung, die den oben genannten Anforderungen in idealer Weise gerecht wird und in gro\u00dfem Ma\u00dfstab in modernen Modellmotoren eingesetzt wird ist die von der Fa. PEAK durch spr\u00fchkompaktieren hergestellte Aluminiumlegierung DISPAL S 226. Mit Modellmotoren deren Kolben aus dieser Legierung bestehen sind zahlreiche Weltrekorde aufgestellt und mehrere Weltmeistertitel errungen worden. Sie kann (auch in kleineren Mengen) von der Fa. Liquidyn<\/a> (www.liquidyn.com) bezogen werden.<\/p>\n

Kolbendesign<\/small><\/h1>\n
Die Gestaltung der Hauptabmessungen des Kolbens von Modellmotoren kann mit relativ wenigen, einfachen Formeln beschrieben werden:<\/div>\n
\"Kolbenzeichnung\"<\/div>\n

– gesamte Kolbenl\u00e4nge:\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0\u00a0 \u00a0\u00a0 L ~ s + (0,5 ….. 1)mm
\n– Kompressionsh\u00f6he:\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0\u00a0 Lkomp<\/sub> ~ (0,4 ….. 0,45) *<\/sub> Dk
\n<\/sub>– Augenabstand:\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0\u00a0 a ~ (0,4 ….. 0,45) *<\/sub> Dk<\/sub>
\n– Durchmesser der Kolbenbolzenbohrung:\u00a0\u00a0\u00a0 d ~ (0,28 ….. 0,35) *<\/sub> Dk<\/sub>
\n– Wandst\u00e4rke des Kolbenschafts:\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 w ~ (0,04 ….. 0,1) *<\/sub> Dk<\/sub>
\n– Wandst\u00e4rke des Kolbenbodens:\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 \u00a0 \u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 s ~ 0,07 *<\/sub> (Di *<\/sub> pz)\u00bd<\/sup>\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 (f\u00fcr DISPAL S 226 T6)
\nDi:\u00a0 Innendurchmesser des\u00a0 Kolbenbodens (mm)
\npz:\u00a0 maximaler Z\u00fcnddruck (MPa)<\/p>\n

Kolbenbearbeitungstipps<\/small><\/h1>\n
* Die Bearbeitung der Kolbenwerkstoffe, insbesondere der Legierung DISPAL S226, kann trotz der sehr harten Si-Prim\u00e4rkristalle mit Schnellarbeitsst\u00e4hlen oder besser Hartmetallwerkzeugen unter Inkaufnahme eines relativ hohen Werkzeugverschlei\u00dfes vorgenommen werden. Ein Pressen oder Schmieden von Kolben aus dem Werkstoff DISPAL S 226 bringt keinen Festigkeitsvorteil, da das Gef\u00fcge hierbei nicht mehr modifiziert wird.
\n* Vor der Fertigbearbeitung des Kolbenau\u00dfendurchmessers (einpassen) sollten die bearbeiteten Kolben einer mehrstufigen W\u00e4rmebehandlung unterzogen werden, um eingebrachte Bearbeitungsspannungen zu verringern und die Volumenstabilit\u00e4t (“Wachsen”) des Materials im Motorbetrieb zu erh\u00f6hen. Das “Wachsen” des unbehandelten Materials im Motorbetrieb entspricht der thermischen Ausdehnung bei (10-20)\u00b0C Temperaturerh\u00f6hung. Eine in 4 Sufen von 120\u00b0C bis 180\u00b0C gesteigerte W\u00e4rmebehandlung mit Ofenaufheizung und -Abk\u00fchlung des Kolbenmaterials sowie einer Haltezeit von etwa 3 Stunden hat sich hierbei bew\u00e4hrt.
\n* Die Abweichung der Kolbenbolzenbohrung von der Senkrechten zur fertigbearbeiteten Zylindermantelfl\u00e4che des Kolbens sollte 0,005mm nicht \u00fcberschreiten.
\n* Eine Abweichung der Spaltgeometrie zwischen Zylinder und Kolben von (0,001 bis 0,002)mm bedeutet einen Leistungsverlust von ca. 5% (bei Motoren ohne Resonanzrohr).<\/div>\n
<\/div>\n<\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Kraftmaschinen mit Kolben, Kurbeltrieb und innerer Verbrennung allgemein auch als Verbrennungsmotoren bezeichnet werden seit \u00fcber 100 Jahren zur Wandlung der chemisch in den meist fl\u00fcssigen Brennstoffen gebundenen Energie in mechanische Arbeit genutzt. Bisher konnten den Verbrennungsmotor nur Gasturbinen im Bereich … Continue reading →<\/span><\/a><\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"parent":25,"menu_order":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","meta":{"footnotes":""},"_links":{"self":[{"href":"http:\/\/control-line-team.de\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/pages\/63"}],"collection":[{"href":"http:\/\/control-line-team.de\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/pages"}],"about":[{"href":"http:\/\/control-line-team.de\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/types\/page"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"http:\/\/control-line-team.de\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"http:\/\/control-line-team.de\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcomments&post=63"}],"version-history":[{"count":2,"href":"http:\/\/control-line-team.de\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/pages\/63\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":190,"href":"http:\/\/control-line-team.de\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/pages\/63\/revisions\/190"}],"up":[{"embeddable":true,"href":"http:\/\/control-line-team.de\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/pages\/25"}],"wp:attachment":[{"href":"http:\/\/control-line-team.de\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=63"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}