Nockenwellenschaden – Ursachen, Schadensbilder und Diagnose - Motorensachverständiger, Motorengutachter, Motorschaden Sachverständiger, Motorschaden Gutachter

Ingenieurbüro für Verbrennungsmotoren GmbH

öffentlich bestellter und vereidigter Motorensachverständiger-Dipl. - Ing. (FH) Jörg Schulz

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Nockenwellenschaden – was kann die Ursache sein?

Fachbeitrag von Dipl.-Ing. (FH) Jörg Schulz – Sachverständiger für Motorenschäden

Ursachen, typische Schadensbilder und fachgerechte Schadensanalyse

Die Nockenwelle gehört zu den hoch belasteten Bauteilen des Ventiltriebs eines Verbrennungsmotors. Sie steuert den Öffnungs- und Schließvorgang der Einlass- und Auslassventile und muss dabei bei jeder Umdrehung zahlreiche mechanische Kräfte sicher übertragen.

Ein Schaden an der Nockenwelle kann deshalb erhebliche Folgen haben. Neben einer verschlissenen oder eingelaufenen Nockenwelle können auch Lagerstellen, Tassenstößel, Schlepphebel, Kipphebel, Hydrostößel, Ventile oder die Steuerung des Motors betroffen sein.

Entscheidend ist jedoch:

Eine beschädigte Nockenwelle ist nicht automatisch die Ursache des Motorschadens. Sie kann ebenso die Folge eines anderen technischen Defektes sein.

Für eine fachgerechte Schadensbeurteilung muss deshalb geklärt werden, wodurch der Schaden entstanden ist und welche Schadensentwicklung stattgefunden hat.

1. Welche Aufgabe hat die Nockenwelle?

Die Nockenwelle wandelt ihre Drehbewegung über die Nocken in eine Hubbewegung des Ventiltriebs um. Dadurch werden die Ventile zu genau definierten Zeitpunkten geöffnet und geschlossen.

Bei modernen Motoren befinden sich häufig zwei Nockenwellen im Zylinderkopf:

eine Nockenwelle für die Einlassventile,
eine Nockenwelle für die Auslassventile.

Bei Motoren mit variabler Ventilsteuerung können zusätzlich Nockenwellenversteller eingesetzt werden. Damit lassen sich die Steuerzeiten abhängig von Drehzahl und Last verändern.

Die Nockenwelle wird in der Regel über einen Zahnriemen oder eine Steuerkette von der Kurbelwelle angetrieben. Sie dreht bei einem klassischen Viertaktmotor mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle.

Damit der Ventiltrieb zuverlässig funktioniert, müssen insbesondere

Schmierung,
Lagerung,
Ventilspiel,
Steuerzeiten,
Ventilfedern,
Tassenstößel bzw. Schlepphebel,
Steuerkette bzw. Zahnriemen

und die geometrische Abstimmung des gesamten Ventiltriebs funktionieren.

2. Welche Schäden können an einer Nockenwelle auftreten?

Bei der Untersuchung eines Schadens können sehr unterschiedliche Schadensbilder festgestellt werden.

Typisch sind beispielsweise:

eingelaufene Nocken,
Riefen und Fressspuren an den Lagerstellen,
Materialausbrüche bzw. Pitting,
Abplatzungen an den Nocken,
Risse,
gebrochene Nockenwellen,
eingelaufene oder beschädigte Lagerstellen,
Verformungen,
verdrehte Nocken,
ungewöhnliche Anlauf- und Verschleißspuren.

Besonders auffällig ist häufig eine abgerundete Nockenspitze. Die ursprüngliche Geometrie der Nocke ist dann nicht mehr vorhanden. Dadurch verändern sich Ventilhub und gegebenenfalls auch die effektiven Steuerzeiten.

Eine eingelaufene Nockenwelle kann unter anderem zu Leistungsverlust, unrundem Motorlauf und Startproblemen führen.

3. Ölmangel und zu niedriger Öldruck

Eine der wichtigsten möglichen Ursachen für Nockenwellenschäden ist eine unzureichende Schmierung.

Die Kontaktflächen zwischen Nockenwelle und Ventiltrieb sowie die Lagerstellen sind auf eine ausreichende Ölversorgung angewiesen. Wird der Schmierfilm nicht ausreichend aufgebaut oder reißt er ab, kann es zu starkem Verschleiß, Fresserscheinungen und Materialübertragungen kommen.

Mögliche Ursachen für eine unzureichende Ölversorgung sind beispielsweise:

zu niedriger Motorölstand,
defekte oder verschlissene Ölpumpe,
verstopftes Ölansaugsieb,
verstopfte Ölkanäle,
Ölschlamm,
verschmutzte Ölbohrungen im Zylinderkopf,
zu niedriger Öldruck,
falsches oder ungeeignetes Motoröl,
zu lange Ölwechselintervalle.

Auch technische Untersuchungen zum Ventiltrieb zeigen, dass Schmierung, Werkstoff, Konstruktion und Betriebsbedingungen das Verschleißverhalten wesentlich beeinflussen.

Bei einem Nockenwellenschaden muss deshalb grundsätzlich auch die Ölversorgung untersucht werden.

Nur die beschädigte Nockenwelle auszutauschen, ohne die Ursache der unzureichenden Schmierung zu beseitigen, kann zu einem erneuten Schaden führen.

4. Ölverdünnung durch Kraftstoff

Eine besondere Bedeutung hat die Ölverdünnung durch Kraftstoff.

Gelangen größere Mengen Kraftstoff in das Motoröl, können sich dessen Schmierfähigkeit und die tribologischen Eigenschaften verändern. Dadurch kann der für die Nockenwelle und den Ventiltrieb erforderliche Schmierfilm beeinträchtigt werden.

Mögliche Ursachen einer Kraftstoffeintragung in das Motoröl sind beispielsweise:

fehlerhafte Einspritzventile,
Undichtigkeiten im Kraftstoffsystem,
ungünstige Betriebsbedingungen,
häufige Kaltstarts,
bestimmte Regenerationsvorgänge bei Dieselmotoren,
technische Fehler im Einspritzsystem.

Bei der Schadensanalyse kann deshalb eine Motorölanalyse wichtige zusätzliche Informationen liefern.

5. Verschleiß von Tassenstößeln, Schlepphebeln und Kipphebeln

Die Nockenwelle arbeitet nicht isoliert. Zwischen Nocke und Ventil befinden sich je nach Motorkonstruktion beispielsweise:

Tassenstößel,
Hydrostößel,
Schlepphebel,
Rollenschlepphebel,
Kipphebel.

Ist eines dieser Bauteile beschädigt oder verschlissen, kann dadurch wiederum die Nockenwelle geschädigt werden.

Insbesondere bei Rollenschlepphebeln können Schäden an Rolle, Lagerung oder Kontaktfläche entstehen. Technische Diagnosedaten zu Ventiltriebskomponenten zeigen beispielsweise Verschleiß an Rollen, Lagerungen und Kontaktflächen als relevante Schadensbilder.

Ein typisches Beispiel ist ein verschlissenes oder blockiertes Rollenlager eines Schlepphebels. Dadurch verändert sich die Relativbewegung zwischen Nocke und Schlepphebel. Die Folge kann ein beschleunigter Verschleiß der Nockenoberfläche sein.

Deshalb sollte bei einer beschädigten Nockenwelle immer auch der zugehörige Ventiltrieb untersucht werden.

6. Fehlerhafte Ventilfedern oder zu hohe Belastung des Ventiltriebs

Die Nockenwelle muss während des Betriebs erhebliche Kräfte überwinden.

Eine fehlerhafte oder gebrochene Ventilfeder kann die Bewegungsverhältnisse des Ventiltriebs verändern. Bei hohen Drehzahlen kann außerdem die sichere Führung der Ventilbewegung beeinträchtigt werden.

Mögliche Folgen sind:

erhöhte Stoßbelastungen,
unkontrollierte Ventilbewegungen,
Beschädigungen von Schlepphebeln oder Tassenstößeln,
Beschädigung der Nocken,
im Extremfall Kontakt zwischen Ventil und Kolben.

Auch eine dauerhaft zu hohe Motordrehzahl kann den Ventiltrieb erheblich belasten. Insbesondere bei mechanischen Überdrehzahlen können dadurch Bauteile des Ventiltriebs beschädigt werden.

7. Steuerketten- oder Zahnriemenschaden

Ein Nockenwellenschaden kann auch im Zusammenhang mit der Motorsteuerung entstehen.

Zu untersuchen sind insbesondere:

Steuerkette,
Kettenspanner,
Gleitschienen,
Zahnriemen,
Spannrollen,
Umlenkrollen,
Nockenwellenräder.

Eine gelängte Steuerkette oder ein defekter Kettenspanner kann dazu führen, dass sich die Steuerzeiten verändern. Springt die Steuerkette über, kann es bei entsprechendem Motorkonzept zu einer Kollision zwischen Ventilen und Kolben kommen.

Auch bei einem Zahnriemen können beispielsweise

falsche Spannung,
Verschleiß,
Verölung,
Montagefehler

zu einem Versagen führen.

In einem solchen Fall wäre die beschädigte Nockenwelle unter Umständen nicht die Primärursache, sondern Bestandteil einer längeren Schadenskette.

8. Montagefehler nach einer Motorreparatur

Ein besonders wichtiger Gesichtspunkt bei der Schadensanalyse ist die Frage, ob der Nockenwellenschaden nach einer vorausgegangenen Reparatur entstanden ist.

Mögliche Montagefehler sind beispielsweise:

falsche Steuerzeiten,
falsche Anzugsmomente,
falsch montierte Lagerdeckel,
nicht korrekt positionierte Bauteile,
fehlende Schmierung bei der Montage,
Wiederverwendung bereits verschlissener Komponenten,
falsche Einstellung des Ventilspiels,
beschädigte oder verschmutzte Ölkanäle.

Gerade nach einem Austausch der Nockenwelle oder einer umfangreichen Reparatur des Zylinderkopfes sollte deshalb geprüft werden, ob die Montage entsprechend den Herstellervorgaben durchgeführt wurde.

9. Material- oder Konstruktionsfehler

Nicht jeder Nockenwellenschaden ist zwangsläufig auf einen Wartungs- oder Bedienfehler zurückzuführen.

Auch

Materialfehler,
Wärmebehandlungsfehler,
Fertigungsfehler,
fehlerhafte Oberflächenhärtung,
unzureichende Werkstoffqualität,
ungünstige Bauteilgeometrie

können eine Rolle spielen.

Bei bestimmten Schadensbildern kann beispielsweise eine ungewöhnliche Materialausbildung oder ein Abplatzen der Oberfläche festgestellt werden.

Ein möglicher Material- oder Fertigungsfehler sollte allerdings nicht allein aufgrund des Schadensbildes behauptet werden.

Hierfür sind gegebenenfalls weiterführende Untersuchungen erforderlich, beispielsweise:

Härteprüfung,
metallografische Untersuchung,
Untersuchung der Bruchflächen,
Werkstoffanalyse,
Prüfung der Oberflächenhärtung.

10. Pitting und Oberflächenabplatzunge

Beim sogenannten Pitting entstehen kleine Grübchen oder Materialausbrüche auf der stark belasteten Oberfläche.

Die beschädigte Oberfläche kann anschließend weitere Verschleißvorgänge begünstigen. Gleichzeitig gelangen Metallpartikel in den Ölkreislauf.

Dadurch kann sich ein ursprünglich lokaler Schaden zu einem weiterreichenden Motorschaden entwickeln.

Bei der Ursachenanalyse muss deshalb festgestellt werden, ob es sich beispielsweise um

Ermüdungserscheinungen,
Schmierungsprobleme,
hohe Kontaktbelastungen,
Werkstoffprobleme

oder eine Kombination mehrerer Faktoren handelt.

11. Fremdkörper und Folgeschäden

Auch Fremdkörper können den Ventiltrieb beschädigen.

Mögliche Ursachen sind beispielsweise:

Metallpartikel nach einem vorausgegangenen Motorschaden,
Bruchstücke einer Steuerkette oder Führungsschiene,
Fremdkörper aus dem Ansaugsystem,
beschädigte Bauteile des Ventiltriebs.

Besonders wichtig ist deshalb bei einem bereits vorgeschädigten Motor die Frage:

Wurde der Motor nach einem vorherigen Schaden ausreichend gereinigt?

Werden beispielsweise Metallpartikel nicht aus dem Ölkreislauf entfernt, können diese beim Wiederstart erneut in hoch belastete Lager- und Kontaktstellen gelangen.

12. Geräusche als Hinweis auf einen Nockenwellenschaden

Ein Nockenwellenschaden kann sich durch unterschiedliche Geräusche bemerkbar machen.

Mögliche Hinweise sind:

Tickern,
Klackern,
metallische Laufgeräusche,
drehzahlabhängige Geräusche,
Geräusche unmittelbar nach dem Motorstart.

Allerdings lässt sich allein anhand eines Geräusches nicht zuverlässig bestimmen, welches Bauteil die Ursache ist.

Ähnliche Geräusche können beispielsweise auch von

Hydrostößeln,
Schlepphebeln,
Steuerkette,
Kettenspanner,
Injektoren

oder anderen Komponenten verursacht werden.

Eine Geräuschdiagnose ist deshalb lediglich ein erster Hinweis und ersetzt keine technische Untersuchung.

13. Wie wird ein Nockenwellenschaden fachgerecht untersucht?

Bei einem erheblichen Nockenwellenschaden sollte nicht lediglich das beschädigte Bauteil fotografiert und anschließend ersetzt werden.

Für eine belastbare Ursachenanalyse ist vielmehr eine systematische Untersuchung erforderlich.

1. Sichtprüfung

Zunächst werden Nockenwelle und Ventiltrieb auf

Verschleiß,
Riefen,
Fressspuren,
Verfärbungen,
Materialausbrüche,
Bruchstellen

untersucht.

2. Prüfung der Nocken

Die Geometrie der Nocken kann vermessen und mit den Herstellervorgaben verglichen werden.

Dabei kann beispielsweise festgestellt werden, ob sich der Nockenhub verändert hat.

3. Untersuchung der Lagerstellen

Die Lagerstellen der Nockenwelle sind auf

Fressspuren,
Riefen,
Materialübertragungen,
ungewöhnliche Laufspuren

zu untersuchen.

4. Prüfung des Ventiltriebs

Tassenstößel, Hydrostößel, Schlepphebel und Rollen müssen entsprechend dem jeweiligen Motorkonzept untersucht werden.

5. Prüfung der Ölversorgung

Besonders wichtig sind:

Motorölstand,
Ölqualität,
Öldruck,
Ölkanäle,
Ölfilter,
Ölpumpe,
Ölansaugsieb.

6. Prüfung der Steuerzeiten

Die Steuerzeiten müssen mit den Herstellervorgaben verglichen werden.

7. Prüfung der Vorgeschichte

Von besonderer Bedeutung sind Angaben zu:

vorherigen Reparaturen,
Ölwechseln,
Wartungsintervallen,
Laufleistung,
ungewöhnlichen Geräuschen,
Warnmeldungen,
Ölverlust,
vorausgegangenen Motorschäden.

14. Warum die Schadensursache wichtiger ist als das beschädigte Bauteil

In der Praxis wird bei einem Nockenwellenschaden häufig zunächst festgestellt:

„Die Nockenwelle ist verschlissen.“

Diese Feststellung beschreibt jedoch lediglich den Schaden am Bauteil.

Für eine technische Schadensbeurteilung ist vielmehr die nächste Frage entscheidend:

Warum ist die Nockenwelle verschlissen?

Beispielsweise kann folgende Schadenskette vorliegen:

Ölversorgung gestört → Schmierfilm reißt ab → Nockenwelle läuft ein → Metallabrieb entsteht → Ölkreislauf wird belastet → weitere Ventiltriebskomponenten werden beschädigt.

Ebenso kann eine andere Schadenskette vorliegen:

Schlepphebel beschädigt → ungünstige Kraftübertragung auf die Nocke → erhöhter Verschleiß → Nockenwelle wird beschädigt.

Oder:

Steuerkette überspringt → Ventile und Kolben kollidieren → Ventiltrieb wird beschädigt → Nockenwelle bricht bzw. wird beschädigt.

Das Schadensbild muss daher immer im Zusammenhang mit dem gesamten Motor betrachtet werden.

15. Welche Untersuchungen sind für ein Sachverständigengutachten sinnvoll?

Bei einem strittigen Nockenwellenschaden können je nach Schadenumfang unter anderem folgende Untersuchungen sinnvoll sein:

Sichtprüfung des Motors,
Fotodokumentation,
Demontage und Befundaufnahme,
Vermessung der Nocken,
Vermessung der Lagerstellen,
Prüfung des Ventiltriebs,
Prüfung der Steuerzeiten,
Prüfung der Steuerkette bzw. des Zahnriemens,
Messung des Motoröldrucks,
Untersuchung des Motoröls,
Untersuchung des Ölfilters,
Endoskopie der Brennräume,
Prüfung von Ventilen und Ventilfedern,
gegebenenfalls Werkstoff- und Härteprüfung,
Auswertung des Fehlerspeichers,
Auswertung der Fahrzeughistorie und Wartungsunterlagen.

Je nach Fragestellung kann auch eine Untersuchung der im Ölfilter vorhandenen Metallpartikel sinnvoll sein.

16. Nockenwellenschaden nach einer Reparatur – wer trägt die Verantwortung?

Gerade bei gerichtlichen oder versicherungsrechtlichen Auseinandersetzungen ist diese Frage von erheblicher Bedeutung.

Ein später festgestellter Nockenwellenschaden bedeutet nicht automatisch, dass die zuletzt durchgeführte Reparatur fehlerhaft war.

Umgekehrt kann ein zeitlicher Zusammenhang mit einer Reparatur ein wichtiger Hinweis auf eine mögliche technische Ursache sein.

Entscheidend ist daher die technische Kausalität.

Zu untersuchen ist beispielsweise:

Welcher Zustand lag vor der Reparatur vor?
Welche Arbeiten wurden durchgeführt?
Welche Bauteile wurden ausgetauscht?
Welche Bauteile wurden wiederverwendet?
Welche Montagearbeiten wurden vorgenommen?
Welche Schadensmerkmale liegen heute vor?
Lassen sich diese chadensmerkmale mit einem Montage- oder Reparaturfehler erklären?
Gibt es alternative Schadensursachen?
Ist der festgestellte Schaden mit der behaupteten Schadensentstehung zeitlich und technisch vereinbar?

Erst aus der Gesamtheit dieser Feststellungen lässt sich eine belastbare Aussage zur Schadensursache ableiten.

17. Fazit

Ein Nockenwellenschaden kann zahlreiche unterschiedliche Ursachen haben. Dazu gehören insbesondere:

unzureichende Schmierung,
Ölmangel,
zu niedriger Öldruck,
Ölverdünnung,
Verschleiß von Hydrostößeln oder Schlepphebeln,
übermäßige Belastung des Ventiltriebs,
Fehler an Steuerkette oder Zahnriemen,
Montagefehler,
Material- oder Fertigungsfehler,
Fremdkörper,
vorausgegangene Motorschäden.

Die beschädigte Nockenwelle ist deshalb nicht zwangsläufig die Ursache des Schadens. Sie kann ebenso die Folge eines anderen technischen Defektes sein.

Eine fachgerechte Schadensanalyse muss daher nicht nur die Nockenwelle selbst, sondern das gesamte Zusammenspiel von Schmierung, Ventiltrieb, Steuertrieb und Motorbetrieb berücksichtigen.