Zylinderkopf HANS PRIES

Das Herzstück eines Viertakt-Verbrennungsmotors ist das Kurbelgehäuse bzw. der Motorblock. Auf diesen aufgesetzt wird der Zylinderkopf. Der Zylinderkopf ist für die mechanische Steuerung des Motors verantwortlich und dichtet den Verbrennungsraum nach oben ab. Zwischen beide Bauteile muss eine Dichtung eingelegt werden, die Zylinderkopfdichtung. Auf dem Zylinderkopf wird die mechanische Steuerung durch den Ventildeckel bzw. die Zylinderkopfhaube geschützt. Im Zylinderkopf befinden sich die Nockenwelle oder Nockenwellen sowie die Einlassventile und Auslassventile. Außen an den Nockenwellen (stirnseitig) sind der Zahnriementrieb und eventuell die Nockenwellenverstellung (bei BMW VANOS genannt) zu sehen.

Im Zylinderkopf befinden sich zahlreiche feine Ölkanäle. Über den Druck, den die Ölpumpe aufbaut, wird das Motoröl mit einem angepassten Druck zu Ventilen und Nockenwellen gefördert. Es befinden sich teilweise Ölbohrungen in den Wellen, aber auch Spritzschmierung kommt zum Einsatz. Zwischen Nockenwellen (oben liegende Nockenwellen OHC bzw. SOHC und DOHC) und Ventilen befinden sich bei modernen Fahrzeugen Hydrostößel, die den Abstand zwischen Ventilen und Nocken exakt definieren. Bei älteren Motoren muss hier das Ventilspiel über Einstellschrauben an den Kipphebeln (unten liegende Nockenwelle oder hängende Ventile OHV) oder mittels Ventilplättchen (Shims) eingestellt werden.

Oft besteht der Zylinderkopf aus Leichtmetall (Aluminiumlegierung) und das Kurbelgehäuse bzw. der Motorblock aus einer Gussstahllegierung. Dadurch ergeben sich signifikante Unterschiede bei der thermischen Ausdehnung. Der gesamte Motor, also auch der Zylinderkopf, muss daher auch gekühlt werden. Es gibt die Ölkühlung , die Wasserkühlung und die Luftkühlung. Zu bestimmten Anteilen werden alle drei Kühlungen eingesetzt. Fällt jedoch die Wasserkühlung aus, kommt es schnell zu einer Überhitzung.

Aufgrund dieser starken Hitzeentwicklung kann ein Kopf reißen. Eigentlich sind die Kopfdichtungen das schwächste Glied und sie reißen. Aber der Aufbau an Ölkanälen und Kühlwasserkanälen ist so filigran, dass auch hier Risse entstehen können. Diese Risse können auch durch falsche Wartung entstehen. Wird nur pures Wasser als Kühlmedium eingesetzt, fehlen wichtige anti-oxidative Bestandteile des Frostschutzmittels. Es kann, auch bedingt durch Elektrolyse (zwei verschiedene Metalllegierungen wie Zylinderkopf und Motorblock) zu Lochfraß kommen. Darüber hinaus hebt das Frostschutzmittel auch den Siedepunkt des Wassers signifikant an. Dadurch entstehen weniger hohe Drücke.

Das Reißen eines Zylinderkopfs kann aber auch als die zweite Stufe des Zerstörungsprozesses durch Überhitzung betrachtet werden. Im ersten Schritt verzieht es den Kopf. Da der Kopf mit entsprechend vielen Kopfschrauben angezogen ist, kann es nun ebenfalls zu Spannungsrissen kommen. Eine weitere Möglichkeit ist das falsche Anziehen der Kopfschrauben (von außen nach innen oder einer zur anderen Seite statt kreuzförmig oder spiralförmig von innen nach außen). Auch erneut eingesetzte Kopfschrauben (diese dürfen nur ein Mal benutzt werden, da sich auch der Schraubenschaft beim Festziehen in sich verwindet) können ursächlich sein.

Ist der Kopf nur verzogen, wird er wieder plan gedreht. Festgestellt wird ein verzogener Kopf mit einer Metalllehre, die wie ein Lineal aussieht. Gleichzeitig müssen aber Risse im Kopf ausgeschlossen werden. Das wiederum ist nicht einfach, da sich vor allem sehr kleine Haarrisse bilden, die kaum zu sehen sind. Können Haarrisse ausgeschlossen werden, ist das Planen des Zylinderkopfs sinnvoll, da einer neuer Kopf viel Geld kostet. Diese Risse können sich aber auch nicht sichtbar im Innern des Zylinderkopfs befinden. Das Planen des Kopfs ist also stets mit einem gewissen Risiko behaftet.

Bei der Zylinderkopfbearbeitung muss nach dem bereits erwähnten Planen und der Revision unterschieden werden. Bei der Kopfrevision werden andere Bauteile wie die Nockenwelle neu gelagert, eventuell werden auch neue Nockenwellen eingesetzt. Zur Zylinderkopfrevision gehört auch das Erneuern der Ventilschaftdichtungen. Außerdem je nach Umfang das Austauschen und Einschleifen der Ventile. Die Kanäle (Öl, Luft) können gespült, und wie bereits erwähnt, der Kopf geplant werden. Damit kommt der alte Zylinderkopf sehr nah an den Neuzustand heran. Das lohnt auf jeden Fall, wenn der Motor an sich erhaltenswürdig ist. In manchen Fällen ist ein Austauschmotor günstiger. Bei Veteranen und Oldtimern gibt es oft nur die Revision, da keine Motoren mehr erhältlich sind.

Der Zylinderkopfriss oder der verzogene Kopf resultiert zumeist aus einer Überhitzung. Zum Wechsel der Kopfdichtung gehören daher noch andere Teile, die zwingend ersetzt werden sollten. Dazu gehören die Zylinderkopfschrauben aus den bereits genannten Gründen, sämtliche Dichtungen am Kopf, das Thermostat, die Wasserpumpe und das Kühlwasser. Eventuell ist eine Spülung des Kühlsystems von Vorteil.