Archive for November 2011

Kolbenlöten

Kolbenlöten gehört zu den Lötverfahren, bei denen die notwendige Wärmeenergie für den Lötvorgang durch einen Festkörper (in diesem Fall den Lötkolben mit entsprechender Lötspitze) auf die Lötstelle und das Lot übertragen wird. Der Kolben selbst wird dabei meist elektrisch, seltener durch einen Gasbrenner aufgeheizt. Bei den elektrischen Lötkolben gibt es unterschiedliche Verfahren, um einen gewünschten Temperaturbereich der Lötspitze (spezifisch für Werkstoff und Lot) genau einzuhalten, beispielsweise durch einen Bimetallstreifen oder ein Thermomesselement dessen Messwerte von einer Lötstation ausgewertet werden und zur Regulierung der Temperatur, durch Ein- und Ausschalten des Heizelementes genutzt werden. Die technische Konstruktion des Lötkolbens selbst ist simpel: Ein rohrartiger Grundkörper, in dem am einen Ende das Heizelement liegt, in das entweder die Lötspitze eingespannt wird oder auf das die hohle Lötspitze direkt aufgesteckt wird, mit einem wärmeisolierenden Handgriff am anderen Ende und ggf. der ebenfalls dort angebrachten elektrischen Zuleitung (bei elektrischen Lötkolben). Bei gasbetriebenen Lötkolben enthält das hintere Ende des Lötkolbens in der Regel auch einen kleinen Gastank, aus dem der Brenner gespeist wird, der hier das Heizelement darstellt. Lötkolben eignen sich durch die Verwendung von Kupferspitzen nur für Weichlötungen.

Kolbenkräfte (Berechnung)

Um die für die Auslegung von Maschinen und Konstruktionen relevante, sogenannte wirksame Kolbenkraft berechnen zu können, muss zuerst die theoretische Kolbenkraft ermittelt werden. Diese ist das Produkt aus dem auf die Kolbenfläche ausgeübten Druck und der Kolbenfläche. Da beim Betrieb des Kolbens Verluste durch Reibungskräfte auftreten, fasst man diese als Wirkungsgrad des Kolben zusammen. Die wirksame Kolbenkraft kann dann entweder als Differenz von theoretischer Kolbenkraft und auftretenden Reibungskräften oder als Produkt von theoretischer Kolbenkraft und Wirkungsgrad dargestellt werden. Bei Kolben mit einseitiger Kolbenstange ist außerdem zu beachten, dass beim Einfahren die wirksame (effektive) Kolbenkraft geringer als beim Ausfahren ist, da hier von der Kolbenfläche die Fläche die von der Kolbenstange eingenommen wird, abgezogen werden muss. Dazu wird einfach die relevante Querschnittsfläche der Kolbenstange von der Kolbenfläche abgezogen, und das Ergebnis in obigen Berechnungen an Stelle der Kolbenfläche verwendet.

Kolbengeschwindigkeit

Die Geschwindigkeit, mit der sich ein Hydrokolben bewegt, hängt von zwei Faktoren ab: Der aktiven Kolbenfläche und dem zugeführten Volumenstrom. Dabei bezeichnet der Volumenstrom die Flüssigkeitsmenge, die pro angegebener Zeiteinheit, beispielsweise in einer Minute, einen gegebenen Querschnitt, im Falle des Hydrozylinders also zum Beispiel dessen Anschlussleitung, durchfließt. Die aktive Kolbenfläche ist die Fläche, auf die die in den Hydrokolben gepumpte Flüssigkeit Kraft ausüben kann. Bei konstantem Volumenstrom ist daher das Ausfahren des Zylinders langsamer als das Einfahren, da hier mehr Volumen gefüllt werden muss (auf dieser Seite steht die gesamte Kolbenfläche zur Verfügung), dadurch kann der Kolben aber auch in dieser Richtung mehr Kraft ausüben. Beim Einfahren muss von der gesamten Kolbenfläche die Fläche abgezogen werden, die von der Kolbenstange eingenommen wird, bei gleichem Volumenstrom bewegt sich der Kolben also schneller zurück, kann dabei aber weniger Kraft ausüben.

Kokillengießen

Das Kokillengießen gehört zu den Gießverfahren mit Dauerformen. Dabei wird die Metallschmelze von oben in eine Dauerform aus Metall gegossen und füllt diese nur der Schwerkraft folgend aus. Bei der Konstruktion der Dauerform, der sogenannten Kokille, muss darauf geachtet werden, dass die Schmelze sämtliche Hohlräume ausfüllt, bevor die Erstarrung einsetzt. Gelingt dies nicht, so sind Lunker (Schwindungshohlräume) die Folge und das Gussteil ist unbrauchbar. Um den Temperaturverlauf in der Kokille zu optimieren, können Teile wärmeisoliert werden, um die Erstarrung des Gusswerkstoffes zu verzögern oder sogenannte Kältestifte angebracht werden, die die Abkühlung lokal beschleunigen. Da die Erstellung der Dauerform relativ aufwändig ist, lohnt sich dieses Verfahren nur für die Produktion großer Mengen identischer Werkstücke, wirtschaftlich rentabel ist das Kokillengießen meist ab etwa 10.000 Einheiten. Die Dauerform selbst kann bis zu 100.000 Mal verwendet werden, bevor sie die Verschleißgrenze erreicht.