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Nockenwellen

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Nockenwellen sind Teil des Verbrennungsmotors. Sie öffnen und schließen die Ein- und Auslassventile des Motors zur richtigen Zeit, mit dem genauen Hub in einer klar definierten Reihenfolge. Bei Nockenwellen handelt es sich um stark beanspruchte Komponenten, weshalb sie zu typischen Verschleißteilen zählen.

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Was ist eine Nockenwelle?

Die Nockenwelle ist eine Komponente des Verbrennungsmotors. Sie ist dafür verantwortlich, dass die Ein- und Auslassventile des Motors zur richtigen Zeit, mit dem genauen Hub und in einer genau definierten Reihenfolge geöffnet und geschlossen werden. Angetrieben wird sie von der Kurbelwelle über Zahnriemen, Zahnräder oder eine Steuerkette. Sie rotiert nur halb so schnell wie eine Kurbelwelle.

Nockenwellen werden aus Grauguss, Nitrierstahl, Kugelgraphitguss oder Vergütungsstahl hergestellt. Um Gewicht zu sparen, können sie hohlgebohrt oder hohlgegossen sein. Meist sind ihre Lager und die Nockenbahnen oberflächengehärtet. Unterschieden werden Nockenwellen in unten und oben liegende Nockenwellen:

Untenliegende Nockenwelle

Bei der Over-Head-Valves-Steuerung (OHV-Steuerung) befindet sich die Nockenwelle im Motorblock. Sie wirkt über Schlepphebel und Stößelstangen auf die Ventile. Aufgrund der vielen mechanischen Teile, die beim Schließen durch die Ventilfeder bewegt werden müssen, eignet sich die OHV-Steuerung nur für Motoren mit geringer Drehzahl.

Obenliegende Nockenwelle

Motoren mit höheren Drehzahlen werden meist mit einer (Over-Head-Camshaft-Steuerung - OHC-Steuerung) oder zwei (Double-Over-Head-Camshaft - DOHC-Steuerung) oben liegenden Nockenwellen im Zylinderkopf ausgestattet. Sie treiben über Schlepphebel, Kipphebel oder direkt über Tassenstößel die Ventile an.

Bauweise der Nockenwelle

Nockenwellen bestehen aus verschiedenen Materialien. Neben gegossenen und sogenannten hohlgegossenen Wellen gibt es geschmiedete Nockenwellen aus Stahl. Neu dazugekommen sind Stahlrohrnockenwellen mit Sinterwerkstoffen. Sie werden oft als gebaute Nockenwellen bezeichnet und sparen im Vergleich zu den anderen Varianten rund 40 % Gewicht – ein Vorteil, da die Komponenten eines Fahrzeugs möglichst leicht konstruiert werden sollten, um das Fahrzeug effizienter zu machen.

Schäden an der Nockenwelle erkennen

Nockenwellen sind keine Verschleißteile. Normalerweise halten sie ein Leben lang. Daher sind Schäden an der Nockenwelle eher selten. Außergewöhnliche Beanspruchungen bei Vielfahrern mit einer extremen Kilometerleistung oder einfach ein Defekt gehören zu den häufigsten Ursachen für einen Schaden an der Nockenwelle.

Bei obenliegenden Nockenwellen hilft eine erste Sichtprüfung dabei, um festzustellen, ob Schäden an der Nockenwelle vorliegen. Sobald der Ventildeckel demontiert wurde, ist der Blick auf die Nockenwelle frei. Normalerweise sind die Nockenlaufbahnen blitzblank. Zeigen sie aber Schleifspuren, handelt es sich eventuell um eingelaufene Nockenwellen.

Weitere Indikatoren sind mahlende Geräusche und Abweichungen bei den Steuerzeiten. Das Problem ist allerdings nicht immer sichtbar. Die Nocken können auch ohne größere Spuren deutlich eingelaufen sein.

Ist ein Schaden an den Gleitflächen oder in den Lagern Ursache für das Problem, wird dies erst nach der Demontage der Nockenwellenschale deutlich. Doch auch, wenn Schleifspuren an den Lagerschalen auf eine übermäßige Abnutzung hindeuten, heißt das nicht, dass sie ihr Mindestmaß erreicht haben. Einige Nockenwellen laufen vollständig ohne Lagerschalen. Dann müsste das Nockenwellengehäuse ersetzt werden. Der Tausch von Lagerschalen ist kostengünstiger.

Nockenwellen wechseln

Ein Defekt an der Nockenwelle zeigt sich in einem unrunden Lauf des Motors, einem erhöhten Kraftstoffverbrauch, einer reduzierten Leistung und einem nicht startenden Motor. Häufig handelt es sich um unspezifische Symptome, die nur in der Werkstatt abgeklärt werden können. Ursachen sind unter anderem minderwertiges Motor-Öl oder eine falsche Montage.

Bevor die Nockenwelle gewechselt wird, stellt sich die Frage, ob eine Reparatur möglich ist oder die Nockenwelle ausgetauscht werden muss. Dann kommt nur eine neue Nockenwelle infrage, da bei Gebrauchtteilen nicht erkennbar ist, wie deren Alter und Verschleiß ist. Auch die fehlende Garantie sollten Sie kritisch betrachten.

Zum Tausch der Nockenwelle muss zuerst die Motorabdeckung entfernt werden. Danach wird der Ventildeckel geöffnet. Je nach Bauart muss entweder der Zahnriemen oder die Steuerkette demontiert werden, da die Nockenwelle über einen Zahnriemen oder eine Steuerkette mit der Kurbelwelle verbunden ist. Danach kann die Nockenwelle samt Lagerschalen ausgetauscht werden. Im Zuge dieses Wechsels sollte immer ein Ölwechsel mit neuem Ölfilter stattfinden. Auf diese Weise kann der Verschleiß reduziert werden.

Nockenwellen günstig online kaufen

Wie teuer neue Nockenwellen sind, hängt von der Qualität der Nockenwelle und dem Motor ab. Die Kosten liegen zwischen 150 Euro und 350 Euro. Dazu kommen die Arbeitszeit und die Zusatzteile, die für die Reparatur bzw. den Austausch notwendig sind. Dann können die Kosten schnell auf 1.000 Euro steigen. Da für eine Reparatur des Fahrzeugs Spezialwerkzeug und Fachwissen notwendig sind, sollten Sie eine Fachwerkstatt aufsuchen. Sie können Geld sparen, indem Sie die neue Nockenwelle günstig online kaufen. Bei Motointegrator finden Sie Ihre neue Nockenwelle neben ca. fünf Millionen Kfz-Teilen und Zubehör. Nach der Bestellung erhalten Sie die Komponente binnen drei Werktagen. Sollte es sich um die falsche Komponente handeln, können Sie diese kostenfrei zurücksenden. Sehr gute Kundenbewertungen und unsere Trusted-Shop-Zertifizierung sprechen für die Qualität unserer angebotenen Ersatzteile.

Aufbau einer Nockenwelle

Die Nockenwelle wird an mehreren Punkten gelagert. Dazwischen befinden sich die nockenförmigen Erhöhungen, welche die Ventile betätigen. An der Stirnseite befindet sich das Zahnrad für den Steuerriemen, außerdem die Nockenwellenverstellung, um die Öffnungszeiten drehzahlbedingt zu optimieren.

Welche Nockenwellen gibt es?

Es wird zwischen verschiedenen Bauweisen unterschieden, was die Ventilbetätigung betrifft. Die oben liegende Nockenwelle (Over Head Camshaft, kurz OHC) ist in den meisten Motoren zu finden. Dazu kommt aber noch die Variante der hängenden Ventile. Die englische Bezeichnung "Over Head Valve", kurz OHV, ist jedoch einfacher zu verstehen. Die Ventile befinden sich oberhalb der Nockenwelle. Die Nockenwelle muss nicht einmal im Zylinderkopf sein. Dadurch lässt sich der Brennraum besser optimieren. Aber auch bestimmte Motorbauformen wie Boxermotor oder V-Motor mit einzelnen Zylinderköpfen (für jeden Zylinder) kommen mit einer unten liegenden Nockenwelle.

Dabei werden die Ventile über Schlepphebel oder Kipphebel bedient. Der Nachteil eines OHV-Motors sind die hohen zu bewegenden Massen, was sich insbesondere bei hohen Drehzahlen negativ auswirkt. Daher ist die OHV-Technologie neben dem Boxer vor allem großen Dieselaggregaten vorbehalten, bei denen Drehmoment wichtiger als Drehzahl ist. Bei der oben liegenden Nockenwelle OHC muss noch nach Anzahl der Nockenwellen unterschieden werden. Sind zwei Nockenwellen vorhanden, handelt es sich um einen "Double Over Head Calmshaft"-Motor, kurz DOHC. Dabei sind DOHC-Motoren nicht zwingend Vier-Ventil-Motoren. Auslass- und Einlassventile können jeweils über eine Nockenwelle betätigt werden.

Wie wird eine Nockenwelle hergestellt?

Die am häufigsten eingesetzte Nockenwelle ist die aus Guss. Guss-Nockenwellen sind einteilig, der Bereich der Nocken und der Lager wird speziell gehärtet, beispielsweise durch das Sintern. Daneben gibt es vereinzelt aber auch Stahlnockenwellen, die geschmiedet sind. In jüngster Zeit kommen aufgrund effizienterer Verarbeitungstechniken auch mehrteilige Nockenwellen zum Einsatz. Dabei können die belasteten Teile noch besser gehärtet werden, zudem erfolgt eine Gewichtseinsparung.

Muss das Ventilspiel noch eingestellt werden?

Zwischen Nockenwelle und Ventil befinden sich Stößel. Hier musste früher das Ventilspiel eingestellt werden. Das Spiel zwischen Stößel und Nocken muss auf ein Zehntelmillimeter genau eingestellt werden. Daneben gab es Tassenstößel mit Plättchen darin, die eine bestimmte Stärke aufweisen, die Shims (aus dem Englischen) oder Ventilplättchen. Bei Motorrädern sind sie heute noch gängig. Auch hier muss der Abstand exakt eingestellt werden. Heute werden sogenannte Hydrostößel eingesetzt. Das sind Stößel, die mit Motoröl gefüllt sind und durch den Öldruck den Abstand eigenständig regulieren.

Wie zeigen sich Defekte an Nockenwelle, Stößel oder an den Ventilen?

Wie bereits erwähnt, müssen die Nocken einer Nockenwelle speziell gehärtet werden. Dabei kommt es immer wieder zu Nockenwellen, die den Anforderungen nicht genügen. Vor allem, wenn ein Motor völlig neu entwickelt wird. Entweder ist die mechanische Belastung höher oder die Nockenwellen wurden nicht ausreichend gehärtet. Die dadurch entstehenden Geräusche sind auch für einen Mechaniker schwer zuzuordnen. Ein drehzahlabhängiges Klappern oder Tackern kann darauf hinweisen.

Dieses Geräusch gibt es aber auch bei nicht korrekt eingestellten Ventilen, wenn noch keine Hydrostößel vorhanden sind. Es ist zu unterscheiden von einem Klackern, das nur anfangs nach dem Start des Motors zu hören ist. Insbesondere, wenn dieser über einen längeren Zeitraum (über Nacht beispielsweise) nicht lief. Dann kommt dieses Klackern von den Hydrostößeln. Das Geräusch bedeutet undichte Stößel, aus denen das Motoröl ausläuft (über Nacht, über Stunden). Dadurch kommt es zu einem Klackern beim Starten des Motors. Nun füllen sich die Stößel schnell mit Öl, das Geräusch ist weg.

Ab und zu, wenn der Motor über mehrere Stunden nicht betrieben wurde, kann auch eine blaue Rauchwolke aus dem Auspuff kommen. Das Motoröl im Zylinderkopf, das zum Schmieren des Ventiltriebs, der Nockenwellen und für die Hydrostößel benötigt wird, sammelt sich auf der Kopfoberseite. Es steht nun auch um die Ventile herum auf der Kopfoberseite. Sind die Ventilschaftdichtungen (zwischen Ventil und Kopf) verschlissen, rinnt das Motoröl hier in den Motorraum. Die Folge ist eine blaue Rauchwolke nach dem Starten des Motors.

Welchen Pflegeaufwand benötigt die Nockenwelle?

Dazu gehört zunächst der regelmäßige Ölwechsel , der nach Angaben des Herstellers zu befolgen ist. Entweder nach dem Erreichen einer bestimmten Kilometerleistung oder nach einem bestimmten Zeitraum - je nachdem, was zuerst erreicht wird. Wichtig ist vor allem, ausschließlich vom Hersteller freigegebene Motoröle zu verwenden. In größeren Abständen nehmen die Mechaniker nach Herstellervorgaben auch den Ventildeckel ab und führen eine Sichtprüfung der Nockenwellen durch. Ob sich Einlaufspuren oder zu starker Abrieb eingestellt haben, kann mithilfe verschiedener Messverfahren geprüft werden.

Außerdem ist auch der Zahnriemenwechsel innerhalb der vom Hersteller vorgeschriebenen Intervalle wichtig. Ein verschlissener Zahnriemen oder Steuerriemen überdehnt zunächst. Damit sind die Öffnungszeiten ungenauer. Die Ermüdungserscheinungen reichen aber so weit, dass der Steuerriemen auch reißen kann. Daher sollte der Zahnriemen einschließlich Umlenk- und Spannrolle unbedingt innerhalb der Herstellervorgaben gewechselt werden. Bei Motoren mit Steuerkette sind die Wechselintervalle für Gleitschienen und Kettenspanner zu beachten. Außerdem das Spannen oder Ersetzen der alten Steuerkette, wobei dies in der Regel nicht vor 150.000 bis 200.000 km erfolgt.

Allgemeines Verhalten

Wer schon einmal die Ventile an einem Motor einstellen wollte, weiß, dass es dazu die Einstellwerte für einen kalten und einen betriebswarmen Motor gibt. Das ist der thermischen Ausdehnung der Bauteile geschuldet. Alles ist bei der Nockenwelle und dem Ventilspiel auf einen optimalen Lauf bei Betriebstemperatur ausgelegt. Daher sollte jeder Motor nach dem Kaltstart erst schonend auf Betriebstemperatur gebracht werden, bevor das Triebwerk maximalen Einsatz zeigen soll.