Um direkt eine deutliche Trennung vorzunehmen: Wir reden in diesem Kapitel ausschließlich von Aluminiumkolben, obwohl Stahlkolben, wenn auch in kleinerer Zahl, mehr und mehr im Kommen zu sein scheinen. Voraussetzung für den Gießprozess ist das Einschmelzen auf deutlich über 600°C.

Sie kennen das vermutlich schon. Das Alubad ruht still und obwohl man auf dem Weltmarkt Aluminium in Blöcken mit einer Reinheit von weit über 99 Prozent eingekauft hat, müssen immer wieder sogenannte Verunreinigungen abgezogen werden, die sich an der Oberfläche sammeln. Es ist im Wesentlichen die oxidierte Haut des Rohmaterials.

Was vielleicht weniger bekannt ist, Aluminium und Wasser vertragen sich deutlich schlechter als bisweilen Hund und Katze. Alles, was mit Aluminium in Kontakt kommt, muss frei von Feuchtigkeit sein, weil es sonst zu einer heftigen Reaktion kommt. Ist die Menge an Aluminium wie z.B. so eine Schmelze von z.B. einer halben Tonne in der Lage mindestens die halbe Fabrikhalle in Schutt und Asche zu legen.

Erstaunlich, dass eine Schmelze, die eigentlich schon die richtige Gießtemperatur hat, noch zusätzlich in einen Induktionsofen muss. Es liegt an den Legierungen, die hier zugegeben werden. Dieser Ofen bringt halt so viel Bewegung in die Schmelze, dass die Zusatzwerkstoffe sich intensiv mit dem Aluminium vermischen.

Was sind die Legierungsstoffe? Welche infrage kommen, ist allgemein bekannt, die prozentualen Anteile Werksgeheimnis. An erster Stelle wird Silzium hinzugefügt, das Aluminium verstärkt und unempfindlicher gegen Verschleiß macht. Wie Magnesium, Vanadium, Zirkon, Kupfer und Nickel die Legierung beeinflussen, ist schon schwieriger zu beantworten. Manche Bestandteile wählt man auch nur, um die Ausbildung anderer, besonders wichtiger, zu beeinflussen.

Interessant ist, dass die genaue Zusammensetzung mit Spektralanalyse überprüft werden kann, auch deshalb, weil ja nicht nur beim Gießprozess, sondern auch bei der späteren Fertigung 'Abfall' anfällt, der wiederverwendet wird. Dessen Einfluss auf die Legierungsanteile muss dann natürlich herausgerechnet werden. Gemessen werden die Atome und Moleküle einer kleinen Probe nach Erhitzen bis in die Gasphase.

Ob Pkw- oder Lkw-Kolben, gegossen werden sie alle auf die gleiche Art und Weise. Wichtig ist, dass die Schmelze ihre Temperatur von über 700°C während des Transports beibehält und die nötige Reinheit besitzt, z.B. frei von Gasen ist, die hinterher Lunker erzeugen. Es gibt Metallteile im Aluminiumkolben, wie früher Ringstreifen und heute z.B. Ringträger, die bei der Fertigung umgossen werden. Dazu kommen Kerne aus Salz für z.B. umlaufende Kanäle, die man später mit Wasser herauslöst.

Für die weitere Bearbeitung müssen die Kolben natürlich abkühlen. Es geht also viel Zeit in Bereichen zwischen den einzelnen Bearbeitungsschritten verloren. Für die bis zu 16 Schritte, die jetzt folgen können, ist die eigentliche Bearbeitungszeit relativ gering, aber der Kolben muss natürlich auch transportiert werden.

Bei einem gegossenen Werkstück müssen immer erst eine oder zwei Ebenen geschaffen werden, an denen es eingespannt werden kann. Danach lassen sich bis zu hundertstel Millimeter Toleranzen einhalten. Denken kann man sich, wie die äußere Form zusammen mit den Nuten für die Kolbenringe und der Bohrung für den Kolbenbolzen entstehen.

Spannend wird es, wenn der Drehmeißel nicht stur auf seiner Position bleibt, sondern während einer Umdrehung durch blitzschnelle Vor- und Rückwärtsbewegung eine gewisse Ovalität erzeugt. Neueren Datums sind Vorsorgen gegen allzu viel Blowby-Gase bzw. Kompressionsverlust.

Da hilft eine Nut unmittelbar unter dem ersten Kolbenring, dass die Gase sich ausdehnen und nicht direkt auf den zweiten Kolbenring einwirken. Kleinste Einfräsungen oberhalb des ersten Kolbenrings sorgen für Turbolenzen, die das weitere Vordringen der Gase behindern.

Natürlich müssen wir auch noch über die Beschichtung an der unteren Kolbenführung sprechen. Hier fällt einem als erstes Eisen ein, schon seit längerer Zeit in einem möglichen Verfahren aufgetragen, um den einwandfreien Lauf eines Alu-Kolbens in dem Zylinder aus dem gleichen Material zu ermöglichen.

Neuer und gut sichtbar sind Beschichtungen, die im Siebdruck aufgebracht werden, z.B. auf Graphit-Basis. Die sind nicht so sehr für den normalen Motorlauf als vielmehr für extremere Betriebsbereiche gedacht, dürften auch nach längerer Laufzeit ziemlich aufgebraucht sein.

Nicht berücksichtigt, haben wir bis jetzt die Schmiedekolben. Die entstehen durch den bei Aluminium häufig verwendeten Strangguss. Da wird das gegossene Aluminium sofort mit Wasser abgekühlt. Ob gänzlich fest oder nur im Randbereich verlässt es die Gießform nach unten als langer Strang. Von diesem werden genau der Masse des späteren Kolbens entsprechende Stücke abgetrennt.

Schmieden ist ein Prozess der Verdichtung und gleichzeitigen Formgebung. Auch wenn der Durchmesser des ursprünglichen Teils aus Vollmaterial noch deutlich kleiner ist, bewirkt das Pressen in mehreren Schritten ein letztlich ein komplettes Ausfüllen der zur Verfügung gestellten Form. Die weitere Bearbeitung ähnelt dann der von gegossenen Kolben.

Was natürlich bei industrieller Fertigung nie fehlen darf, ist die Endkontrolle mit dem teilweisen oder an Einzelstücken vollständigen Messen und Vergleichen. Auch kann schon teilweise vormontiert werden.