Honen – damit der Kolben laufen kann

09.06.2014 |  Von  |  Allgemein, Auto
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Honen – damit der Kolben laufen kann
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Die Leistungsfähigkeit eines Motors wird massgeblich von der Kompression in seinen Zylindern bestimmt. Der Motor saugt mit Luft vermischten Brennstoff an, indem der Kolben im Zylinder in Richtung Kurbelwelle gezogen wird. Beim Hochfahren presst der Kolben die Luft im Zylinder wieder zusammen. Je dichter das Luft-Brennstoff-Gemisch zusammengepresst wird, desto höher wird der Druck beim Verbrennen des Gases. Dieser Druck kann nur wieder auf den Kolben wirken, welcher durch ihn wieder abwärts gepresst wird. Je höher also der Druck im Zylinder ist, desto mehr Leistung hat der Motor.

Was sich in der Theorie so einfach anhört, hat jede Menge Tücken und Haken. Proportional zum Druck der Verbrennung im Motor steigt leider auch die Verbrennungstemperatur an. Diese kann zwar durch ein ausgeklügeltes Kühlsystem wieder reduziert werden. Dennoch zehren und zerren Explosionsdruck und Wärmeentwicklung beständig an allen mechanischen Komponenten des Motors.



Diese sind jedoch von einem reibungslosen Wirken abhängig. Bei allen vom Verbrennungsprozess getrennten mechanischen Elementen ist dies relativ einfach zu bewerkstelligen. Man muss lediglich eine ausreichend starke Ölpumpe an einer geeigneten Stelle installieren und den Motor mit einem beständigen Schmierkreislauf versorgen. Was bei Kipphebeln, Nocken- und Kurbelwelle, Lagern und Pleuel noch problemlos zu bewerkstelligen ist, sorgt an zwei Stellen für echte Schwierigkeiten.

Die Ventile ragen bei jedem Takt mehrmals in den Brennraum hinein. Sie müssen aber ebenfalls stets geschmiert werden, sonst verklemmen sie oder reissen ab. Ermöglicht wird dies durch Ventilschaftdichtungen. Dies sind ringförmige Dichtungen, in die eine kleine Feder eingebaut ist. Diese spannt die Dichtlippe stets fest um den Schaft des Ventils. Oberhalb der Dichtung ist so stets ein Ölfilm gegeben, unterhalb ist das Ventil ölfrei.

Prinzip von Honen (Bild: Armchoir, Wikimedia)

Prinzip von Honen (Bild: Armchoir, Wikimedia)

Beschädigte Ventilschaftdichtungen machen sich durch einen erhöhten Ölverbrauch und schlimmstenfalls durch einen bläulichen Auspuffqualm bemerkbar. Dies kommt daher, dass bei einer beschädigten Ventilschaftdichtung das Öl in den Brennraum gerät und dort mitverbrannt wird. Dies ist ein schwerer Schaden, welcher erhebliche weitere Schäden nach sich ziehen kann. Neben einer Zerstörung des Motors wird vor allem der Katalysator in Mitleidenschaft gezogen, da dieser die Öldämpfe nicht verarbeiten kann.



Noch problematischer ist jedoch die Reibung der Kolben an der Zylinderwand. Die erste Massnahme, hier für eine dauerhafte Schmierung bzw. reduzierte Reibung zu sorgen, besteht in der Wahl der Materialien. Die für die Dichtung zuständigen Bauteile am Kolben heissen Kolbenringe. Sie bestehen aus einem stark kohlenstoffhaltigen Stahl, sind unter einem Millimeter breit und sorgen so für eine minimale Reibungsfläche zwischen Kolben und Zylinderwand. Die Zylinderwand, die sogenannte Laufbüchse, besteht aus Messing.

Honwerkzeug (Bild: Pudding4brains, Wikimedia)

Honwerkzeug (Bild: Pudding4brains, Wikimedia)

Kohlenstoffhaltiger Stahl und Messing haben gegeneinander selbstschmierende Eigenschaften. Eine gewisse Sicherheit hat man sich so bereits erarbeitet. Dennoch: Bei den hohen Belastungen, welche in einem Motor auftreten, ist eine zuverlässige Dauerschmierung unabdingbar. Ermöglicht wird dies durch ein Verfahren, welches speziell für den Motorenbau entwickelt wurde. Die Rede ist vom Honen.



Das Honen wurde bereits in den 1920er-Jahren erfunden. Es bezeichnet das Schleifen der Zylinderwand mit einem Mikroschliff. In den Rillen dieses Schliffs sammelt sich das Öl und sorgt so für eine dauerhafte Schmierung. Für das Honen war über lange Jahre hinweg der Kreuzschliff charakteristisch. Gehont werden kann nur auf speziellen Honmaschinen, welche mit ebenso speziellen Werkzeugen durch Wippbewegungen den Kreuzschliff in die Zylinderwand einarbeiten. Das Honen gehört ebenso zum Motorenbau wie auch zur Instandsetzung und Überholung von Motoren dazu.





Honmaschine für Motorblock aus dem Jahr 1935 (Bild: InfoAktuell, Wikimedia, CC)

Honmaschine für Motorblock aus dem Jahr 1935 (Bild: InfoAktuell, Wikimedia, CC)

Seit ca. 15 Jahren wird das Schleifhonen durch ein neues Verfahren ergänzt. Dieses arbeitet mit Laser. Es ist schneller und hat eine deutlich bessere Wirkung als das bisherige Verfahren. Beim Laserhonen wird keine durchgehende, kreuzförmige Rille in die Zylinderwand eingeschliffen, sondern es werden mikroskopisch kleine Taschen eingebrannt. Diese Taschen bestehen eigentlich nur aus einem kleinen Schlitz. Er ist aber gross genug, dass sich auch darin zuverlässig das Öl sammelt und für die Dauerschmierung des auf- und abschnellenden Kolbens sorgt.

Gegenwärtig wird das Laserhonen noch ergänzend zum Kreuzschliff-Honen eingesetzt. Dort zeigt es aber durchschlagenden Erfolg. Die Reduzierung der Reibung zwischen Zylinderwand und Kolben ist für alle technischen Eigenschaften eines Motors vorteilhaft. Von der Reduzierung von Öl- und Kraftstoff über verbesserte Emissionseigenschaften bis hin zu längerer Lebensdauer reichen die Vorteile dieses Verfahrens. Mittlerweile ist man auch dazu übergegangen, alle anderen beweglichen Komponenten eines Motors mit dem Laserverfahren zu optimieren.

Lagerschalen, Wellen und Achsen können mit diesem Verfahren in ihrer Reibung reduziert werden. Konsequent behandelt, erreicht so ein Motor bei gleichen Abmessungen eine erhebliche Reduzierung seines Kraftstoffverbrauchs, ohne dabei an Leistung zu verlieren. Auf die statischen Eigenschaften eines Bauteils hat das Laserhonen hingegen keine negativen Auswirkungen.

Was mit dem Laserhonen begonnen hat, wird mit dem metallischen 3D-Druck seine weitere Entwicklung finden. Bald werden Motoren in einem bisher unbekannten Wirkungsgrad verfügbar sein. Der Verbrennungsmotor hat noch lange nicht ausgedient.



 

Oberstes Bild: Honwerkzeug mit Diamantschleifsteinen zur Endbearbeitung der Zylindernlaufflächen von Kolbenmaschinen (© Britton Harper, Wikimedia, CC)


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