Niezmordowany takt: tłok

Bez tłoka jako elementu napędowego rewolucja przemysłowa mogła się potoczyć zupełnie inaczej. Już sam wynalazek maszyny parowej opiera się przecież na zasadzie, że energia pary przekształcana jest w energię mechaniczną przez ruchy tłoka. Została ona zachowana do dzisiaj w silnikach spalinowych: w nowoczesnym silniku tłok przekształca energię cieplną wytwarzaną przez spalanie mieszanki paliwowej na moc napędową.

W każdym pojeździe mechanicznym, niezależnie od tego, czy jest napędzany silnikiem benzynowym, wysokoprężnym, czy nawet silnikiem Wankla, pracują równego typu i różnej wielkości tłoki. Pracują w ukryciu. Przeciętny kierowca nie wie i nie musi wiedzieć, jakiego rodzaju tłok napędza jego samochód. Producent silników potrzebuje jednak tłoka indywidualnie zaprojektowanego i dokładnie dostosowanego do konstrukcji silnika i jego przeznaczenia.

Odpowiednio różnorodne są więc projekty z zakresu technologii produkcji tłoków. Ważne są tutaj zarówno dobór materiału i geometria tłoków, jak i strategia minimalizacji tarcia pomiędzy tłokiem, pierścieniami tłokowymi i tulejami bieżnymi w skrzyni korbowej silnika, decydująca w zakresie optymalizacji zużycia paliwa i emisji.

Od roku 1920 historia tłoka łączy się ściśle z historią firmy KS Kolbenschmidt z siedzibą w Neckarsulm. Jako pionier w dziedzinie tłoków z lekkiego aluminium, Karl Schmidt musi jednak najpierw stawić czoła wielu przeszkodom i uprzedzeniom. Drogę otwiera mu dopiero sukces w konkursie dla producentów tłoków, zorganizowanym w roku 1921 przez Ministerstwo Komunikacji Rzeszy.

Okazuje się to początkiem trwającej do dziś historii sukcesu firmy KS Kolbenschmidt. Niezliczone projekty, innowacje i patenty, wręcz niesamowita liczba typów tłoków oraz wysoka jakość i ekonomiczność produktów zapewniają jej opinię niezawodnego partnera dla prawie wszystkich wielkich producentów samochodów.

Już w latach 20-tych ubiegłego wieku okazuje się, że lekkie komponenty silników oznaczają poważne korzyści. Redukcja masy części poruszających się w silnikach konieczna jest szczególnie w obliczu rosnących prędkości obrotowych silników. W poszukiwaniu optymalnych stopów na tłoki samochodowe Ministerstwo Komunikacji Rzeszy ogłasza więc w roku 1921 ogólnokrajowy konkurs dla inżynierów. Bierze w nim udział Karl Schmidt, który przedstawia tłok wykonany ze stopu zawierającego oprócz aluminium domieszkę 15 procent miedzi. Chociaż tłok Al-Cu z Neckarsulm zajmuje „tylko“ drugie miejsce za tłokiem magnezowo-miedzianym, aluminium zostaje dzięki temu oficjalnie uznane za standardowy materiał na tłoki.

Stopy Al-Cu stanowią przed długi okres standard techniczny, mimo że ten twardy jeszcze i kruchy materiał często powoduje złamania tłoka ze względu na za wysoki początkowo udział żelaza. W późniejszym okresie żelazo zastępowane jest stopniowo niklem i kobaltem, co poprawia elastyczność tłoków.

Kolbenschmidt – taką nazwę przedsiębiorstwo szybko zyskuje w potocznym języku – osiąga dzięki swoim tłokom z metali lekkich olbrzymie sukcesy i pozyskuje wielu klientów z branży motoryzacyjnej w Niemczech i za granicą. W ciągu pierwszych dziesięciu lat produkcji tłoków fabrykę w Neckarsulm opuszczają tylko półfabrykaty odlewowe. Ich dalszą obróbkę prowadzą inne firmy. W roku 1934 Kolbenschmidt tworzy jednak własny zakład obróbki tłoków: laboratorium w Neckarsulm opracowuje wciąż nowe ulepszenia metalurgiczne i techniczne – na przykład platerowane denka tłoków z czystego aluminium zapewniające wysoką wytrzymałość termiczną, tłoki owalne zapewniające maksymalizację przebiegów czy tłoki taśmowe dla silników dwusuwowych. W krótkim czasie produkcja osiąga wiele milionów sztuk: w roku 1937 zostaje odlany dwunastomilionowy tłok.

Lecz tłoki pracują przecież nie tylko w samochodach osobowych: dla producenta silników z Kolonii, firmy Deutz, Kolbenschmidt już w 1923 r. konstruuje pierwszy tłok wielokowymiarowy o średnicy 280 dla silników wysokoprężnych w technologii tak zwanego „odlewu torbowego“; w roku 1940 zostaje natomiast wyprodukowany pierwszy tłok wielkowymiarowy o średnicy ponad 500 milimetrów.

W roku 1927 tłok Al-Cu zostaje zastąpiony nowym produktem, wykonanym ze stopu aluminiowego o wysokiej zawartości krzemu. Swój trwający do dziś zwycięski pochód rozpoczyna tak zwany „tłok Alusil“.