Stets im Takt: Der Kolben

Ohne das antriebstechnische Element eines Kolbens wäre die industrielle Revolution vielleicht anders verlaufen. Denn schon die Erfindung der Dampfmaschine beruht darauf, die mittels Dampf erzeugte Energie durch die Auf- und Abwärtsbewegung eines Kolbens in mechanische Energie umzuwandeln. Dieses Prinzip hat sich in der Verbrennungsmotorentechnik bis heute erhalten: Im modernen Motor setzt der Kolben die thermische Energie, die durch das gezündete Treibstoffgemisch entsteht, in Fahrleistung um.

In jedem Fahrzeug, egal ob es mit einem Otto-, Diesel- oder sogar einem Wankelmotor betrieben wird, kommen Kolben verschiedener Bauart und Größe zum Einsatz. Diese Technik spielt sich im Verborgenen ab. Der durchschnittliche Autofahrer weiß nicht und braucht auch nicht zu wissen, welcher Art der Kolben ist, der sein Fahrzeug antreibt. Der Motorenhersteller jedoch benötigt einen genau auf die Konstruktionsweise des Motors und den jeweiligen Einsatzzweck abgestimmten und individuell konstruierten Kolben.

Entsprechend vielfältig sind die Entwicklungsaktivitäten rund um die Kolbentechnik. Dabei geht es um die Werkstoffwahl und Geometrie der Kolben ebenso wie um geeignete Strategien, um jederzeit eine möglichst geringe Reibung zwischen den Kolben, den Kolbenringen und den Laufbuchsen im Zylinderkurbelgehäuse des Motors zu gewährleisten und so zu einem optimalen Verbrauchs- und Emissionsverhalten beizutragen.

Seit dem Jahre 1920 ist die Geschichte des Kolbens eng mit KS Kolbenschmidt in Neckarsulm verbunden. Als Pionier für Kolben aus dem Leichtmetall Aluminium muss Karl Schmidt jedoch zunächst einmal zahlreiche Hindernisse und Vorurteile ausräumen. Erst der Erfolg bei einem 1921 vom Reichsverkehrsministerium veranstalteten Kolbenwettbewerb ebnet den Weg.

Damit beginnt die bis heute anhaltende Erfolgsgeschichte von KS Kolbenschmidt. Zahllose Entwicklungen und Patente, eine schier unübersehbare Anzahl an Kolbentypen sowie ein hohes Qualitäts- und Kostenbewusstsein begründen seither den Ruf des Unternehmens als Entwicklungspartner fast aller großen Automobilhersteller.

Schon in den 20er-Jahren des letzten Jahrhunderts zeichnet sich ab, dass der Leichtbau von Motorenkomponenten zu deutlichen Vorteilen führt. Vor allem die stetig steigenden Drehzahlen machen es erforderlich, die hin und her schwingenden Massen im Motor zu reduzieren. Auf der Suche nach der besten Leichtmetall- Legierung für Automobilkolben schreibt das Reichsverkehrsministerium 1921 einen deutschlandweiten Wettbewerb aus. Karl Schmidt nimmt daran teil und präsentiert einen Kolben, dessen Legierung neben Aluminium eine Beimengung von 15 Prozent Kupfer enthält. Auch wenn dieser Al-Cu-Kolben aus Neckarsulm „nur“ den zweiten Platz hinter einem Magnesium-Kupfer- Kolben erringt, gewinnt Aluminium damit die offizielle Anerkennung als Kolbenwerkstoff.

Al-Cu-Legierungen werden für lange Zeit zum Standard, obwohl der zunächst noch harte und spröde Werkstoff wegen seines anfänglich zu hohen Eisengehalts häufig zu Kolbenbrüchen führt. Später wird das Eisen nach und nach durch Nickel und Kobalt ersetzt, was die Elastizität der Kolben verbessert.

Kolbenschmidt – wie das Unternehmen bald im Volksmund heißt – erringt mit dem Leichtmetallkolben große Erfolge und gewinnt zahlreiche Kunden aus der deutschen und internationalen Fahrzeugindustrie. In den ersten zehn Jahren der Kolbenfertigung verlassen nur Gießrohlinge das Werk in Neckarsulm. Die Weiterverarbeitung erfolgt extern. 1934 aber richtet Kolbenschmidt eine eigene Kolbenbearbeitung ein: Ob plattierte Kolbenböden aus reinem Aluminium gegen thermische Belastungen, oval geschliffene Kolben für optimale Laufleistungen oder U-Streifenkolben für Dauerleistungen in Zweitaktmotoren – das Kolbenlaboratorium in Neckarsulm erarbeitet immer neue metallurgische und konstruktive Verbesserungen. Die Stückzahlen erreichen sehr schnell Millionenhöhen: 1937 wird der zwölfmillionste Kolben gegossen.

Aber nicht nur Personenwagen werden mit Kolben ausgestattet: Für den Kölner Motorenhersteller Deutz baut Kolbenschmidt schon 1923 den ersten Großkolben mit 280 Millimetern Durchmesser für Diesel-Motoren im sogenannten „Tütenguss“-Verfahren, 1940 folgt der erste Großkolben mit über 500 Millimetern Durchmesser.

1927 wird der Al-Cu-Kolben durch ein neues Produkt abgelöst, das aus einer Aluminium-Legierung mit einem hohen Anteil an Silizium besteht. Der sogenannte „Alusil“-Kolben kann seinen bis heute andauernden Siegeszug durch die automobile Welt beginnen.