Ventilschaden – Ursachen und typische Schadensbilder
Fachbeitrag von Dipl.-Ing. (FH) Jörg Schulz – Sachverständiger für Motorenschäden
Ventilschäden gehören zu den Motorschäden, bei denen die eigentliche Ursache häufig nicht auf den ersten Blick erkennbar ist. Ein verbranntes Ventil, ein abgerissener Ventilteller oder ein verbogenes Ventil kann sowohl durch Verschleiß und thermische Überlastung als auch durch einen Fehler an der Steuerung, einen Montagefehler oder eine unzulässige Betriebsbeanspruchung entstanden sein.
Für die Beurteilung eines Motorschadens ist deshalb nicht allein entscheidend, welches Ventil beschädigt wurde, sondern vor allem, warum es zu diesem Schaden gekommen ist.
Gerade nach einer Zylinderkopfreparatur, einem Zahnriemen- oder Steuerkettenwechsel oder Arbeiten am Ventiltrieb stellt sich häufig die Frage, ob ein Zusammenhang zwischen der vorausgegangenen Reparatur und dem später eingetretenen Ventilschaden besteht.
1. Welche Aufgabe haben die Ventile im Verbrennungsmotor?
Die Einlass- und Auslassventile steuern den Gaswechsel des Motors.
Das Einlassventil ermöglicht während des Ansaugtaktes den Eintritt von Luft beziehungsweise des Luft-Kraftstoff-Gemisches in den Brennraum. Das Auslassventil öffnet nach der Verbrennung und ermöglicht den Austritt der Abgase.
Während des Motorbetriebs müssen die Ventile unter sehr unterschiedlichen Belastungen zuverlässig arbeiten:
hohen Temperaturen,
hohen Verbrennungsdrücken,
schnellen Öffnungs- und Schließbewegungen,
wechselnden mechanischen Belastungen,
hohen Drehzahlen,
thermischen Wechselbeanspruchungen.
Insbesondere das Auslassventil ist aufgrund des direkten Kontakts mit den heißen Verbrennungsgasen einer erheblichen thermischen Belastung ausgesetzt.
Das Ventil muss gleichzeitig mechanisch belastbar sein und seine Wärme über den Ventilsitz an den Zylinderkopf abführen können.
2. Typische Ursachen von Ventilschäden
Ventilschäden lassen sich grundsätzlich verschiedenen Ursachengruppen zuordnen.
Häufige Ursachen sind:
thermische Überlastung
mechanische Überlastung
Fehler im Ventiltrieb
falsche Steuerzeiten
Überdrehen des Motors
Montage- oder Reparaturfehler
Verschleiß an Ventilführung und Ventilsitz
falsches oder nicht korrekt eingestelltes Ventilspiel
Fehler an Ventilfedern, Kipphebeln oder Schlepphebeln
Verbrennungsstörungen
Material- oder Vorschädigungen
Fehler bei der Bearbeitung des Zylinderkopfes
Die technische Untersuchung muss deshalb mehrere mögliche Ursachen berücksichtigen.
3. Verbranntes Ventil
Ein besonders häufiges Schadensbild ist das sogenannte Ventilverbrennen.
Dabei weist der Ventilteller im Bereich des Ventilsitzes eine starke thermische Schädigung auf. Es können Ausbrüche, Rinnen oder regelrechte Durchbrände entstehen.
Typisches Schadensbild
Der Ventilteller kann beispielsweise:
stark verfärbt sein,
örtliche Anlauffarben aufweisen,
Materialausbrüche zeigen,
im Sitzbereich korrodiert oder erodiert sein,
einen keilförmigen Materialverlust aufweisen,
teilweise oder vollständig durchgebrannt sein.
Ein solches Schadensbild weist zunächst auf eine thermische Überlastung hin. Die konkrete Ursache der Überhitzung muss jedoch gesondert ermittelt werden.
Mögliche Ursachen
Ein Ventil kann insbesondere dann überhitzen, wenn es nicht mehr ausreichend Wärme über den Ventilsitz an den Zylinderkopf abgeben kann.
Ursachen können beispielsweise sein:
zu geringes Ventilspiel,
fehlerhafte Ventilsitzbearbeitung,
schief sitzender Ventilsitz,
beschädigter Ventilsitz,
falsche Ventilgeometrie,
verschlissene Ventilführung,
klemmendes Ventil,
eingeschränkte Ventildrehung,
Verbrennungsstörungen,
überhöhte Verbrennungstemperaturen.
Ein zu geringes Ventilspiel ist dabei besonders kritisch: Das Ventil kann möglicherweise nicht vollständig schließen. Dadurch kann heißes Verbrennungsgas am Ventilsitz vorbeiströmen und den Ventilteller zusätzlich aufheizen.
4. Abgerissener Ventilteller
Ein abgerissener Ventilteller gehört zu den schwerwiegendsten Ventilschäden.
Der Ventilteller löst sich vom Ventilschaft und gelangt anschließend in den Brennraum.
Dort kann er zwischen Kolbenboden und Zylinderkopf mehrfach hin- und hergeschleudert werden.
Typische Folgeschäden
Ein solcher Ventilabriss kann zu erheblichen Schäden führen:
Beschädigung des Kolbenbodens,
Einschläge im Zylinderkopf,
Beschädigung der Ventilsitze,
Beschädigung der Zylinderlaufbahn,
Verbiegung weiterer Ventile,
Beschädigung der Zündkerze beziehungsweise Glühkerze,
Schäden an Pleuel und Kurbeltrieb.
Die Ursache kann sowohl in einer plötzlichen mechanischen Überlastung als auch in einem Dauerbruch infolge einer Vorschädigung oder Materialermüdung liegen.
5. Ventilbruch durch falsche Steuerzeiten
Eine der wichtigsten Ursachen für einen mechanischen Ventilschaden ist eine fehlerhafte Ventilsteuerung.
Bei vielen modernen Motoren handelt es sich um sogenannte Interferenzmotoren. Dabei können sich Kolben und Ventile bei korrekter Steuerzeitenstellung zwar sehr nahe kommen, berühren sich im normalen Betrieb jedoch nicht.
Verändert sich die Steuerzeit beispielsweise durch:
einen übersprungenen Zahnriemen,
einen gerissenen oder beschädigten Zahnriemen,
eine gelängte Steuerkette,
einen defekten Kettenspanner,
einen fehlerhaftenNockenwellenversteller,
eine falsch montierte Steuerkette,
einen falsch montierten Zahnriemen,
kann es zum Kontakt zwischen Kolben und Ventil kommen.
Die dabei auftretenden Kräfte können das Ventil verbiegen oder zum Bruch bringen.
Bedeutung für die Schadensbegutachtung
Bei einem Ventilbruch nach Arbeiten an der Steuerung ist deshalb zu prüfen, ob die Steuerzeiten zum Zeitpunkt des Schadeneintritts korrekt eingestellt waren.
Ein bloßer Hinweis auf einen „Ventilschaden“ reicht für eine Ursachenzuordnung nicht aus.
6. Ventilschaden durch Überdrehen des Motors
Auch eine zu hohe Motordrehzahl kann Ventilschäden verursachen.
Mit steigender Drehzahl steigen die Beschleunigungskräfte im Ventiltrieb erheblich.
Bei einer Überdrehzahl kann beispielsweise die Ventilfeder nicht mehr in der Lage sein, dem Ventil der Nockenbewegung zuverlässig zu folgen.
Es kann zum sogenannten Ventilflattern beziehungsweise Ventilspringen kommen.
Mögliche Folgen:
Aufsetzen des Ventils auf dem Kolben,
Verformung des Ventils,
Überlastung des Ventilschafts,
Bruch im Bereich der Ventilkeile,
Beschädigung der Ventilfeder,
Folgeschäden am Kolben.
Auch bei einem Ventilbruch im Ventiltellerbereich kann eine Überdrehzahl eine mögliche Ursache sein.
7. Ventilbruch nach einer Zylinderkopfreparatur
Besondere Bedeutung hat die Frage, ob ein Ventilschaden kurz nach einer Reparatur des Zylinderkopfes aufgetreten ist.
Hier können Montage- oder Bearbeitungsfehler eine Rolle spielen.
Beispiele:
Ventilfeder falsch eingesetzt,
Ventilkeile nicht korrekt montiert,
gebrauchte und verschlissene Ventilkeile wiederverwendet,
Ventilführung falsch bearbeitet,
Ventilsitz nicht fluchtend bearbeitet,
Ventilspiel falsch eingestellt,
Ventil falsch bearbeitet,
beschädigte Bauteile wiederverwendet.
Eine falsch montierte Ventilfeder kann beispielsweise eine seitliche Biegebelastung des Ventilschafts erzeugen. Durch die wiederholte Belastung können Ermüdungsrisse entstehen und schließlich zum Ventilbruch führen.
8. Bruch im Bereich der Ventilkeile
Ein charakteristisches Schadensbild ist ein Bruch im Bereich der Nut beziehungsweise des Einstichs für die Ventilkeile.
Hier muss zwischen verschiedenen Bruchmechanismen unterschieden werden.
Gewaltbruch
Ein Gewaltbruch kann beispielsweise durch eine kurzfristige, sehr hohe mechanische Belastung entstehen.
Mögliche Ursachen sind:
Ventil-Kolben-Kontakt,
Überdrehzahl,
Montagefehler,
fehlerhaft eingesetzte Ventilfeder.
Dauerbruch
Ein Dauerbruch entsteht dagegen über eine größere Anzahl von Lastwechseln.
Eine leichte Vorschädigung oder geometrische Fehlstellung kann dazu führen, dass das Ventil bei jedem Öffnungs- und Schließvorgang zusätzlich gebogen wird.
Die wiederholte Belastung kann schließlich zu einer Ermüdungsrissbildung und zum vollständigen Bruch führen.
9. Bedeutung der Bruchfläche
Bei der Begutachtung eines gebrochenen Ventils kommt der Bruchflächenanalyse eine besondere Bedeutung zu.
Die Bruchfläche kann Hinweise darauf geben, ob es sich beispielsweise um:
einen Gewaltbruch,
einen Dauerbruch,
einen Ermüdungsbruch,
eine thermisch vorgeschädigte Bruchstelle
handelt.
Bei einem Dauerbruch können Bereiche erkennbar sein, in denen sich ein Riss über längere Zeit fortentwickelt hat.
Bei einem plötzlichen Gewaltbruch kann dagegen eine entsprechend andersartige Bruchstruktur vorliegen.
Die Bruchfläche darf deshalb bei einer technischen Schadensanalyse nicht ohne Untersuchung zerstört, abgeschliffen oder anderweitig verändert werden.
10. Ventilführung als mögliche Schadensursache
Die Ventilführung hat mehrere wichtige Funktionen.
Sie führt das Ventil präzise und unterstützt gleichzeitig die Wärmeabfuhr über den Ventilschaft.
Sowohl ein zu großes als auch ein zu kleines Führungsspiel kann problematisch sein.
Zu großes Führungsspiel
Mögliche Folgen:
erhöhte seitliche Bewegung des Ventils,
ungleichmäßige Belastung,
Ölverbrauch,
Ablagerungen,
ungleichmäßige Belastung des Ventilsitzes.
Zu kleines Führungsspiel
Mögliche Folgen:
mangelnde Schmierung,
Schwergängigkeit,
Klemmen des Ventils,
unzureichende Wärmeabfuhr,
thermische Überlastung.
Auch bei der Bearbeitung eines Zylinderkopfes ist deshalb zu prüfen, ob Ventilführung und Ventilsitz korrekt zueinander ausgerichtet sind.
11. Fehlerhafte Ventilsitzbearbeitung
Der Ventilsitz ist für die Funktion des Ventils von entscheidender Bedeutung.
Über den Ventilsitz wird ein erheblicher Teil der Wärme vom Ventil in den Zylinderkopf übertragen.
Ist der Ventilsitz:
falsch positioniert,
nicht konzentrisch,
falsch bearbeitet,
beschädigt,
zu schmal oder geometrisch fehlerhaft,
kann das Ventil möglicherweise nicht mehr korrekt abdichten.
Die Folge kann eine lokale Überhitzung des Ventiltellers und schließlich ein Durchbrand sein. Eine nicht fluchtende Bearbeitung von Ventilsitz und Ventilführung kann darüber hinaus eine einseitige mechanische Belastung verursachen
12. Verbrennungsstörungen als Ursache
Nicht jeder Ventilschaden entsteht unmittelbar im Ventiltrieb.
Auch Störungen des Verbrennungsprozesses können Ventile thermisch und mechanisch überlasten.
Mögliche Ursachen können beispielsweise sein:
Fehlzündungen,
falsche Gemischbildung,
Einspritzfehler,
Zündungsfehler,
überhöhte Verbrennungstemperaturen,
unzulässige Betriebszustände,
Störungen der Motorregelung.
Bei einer Schadensanalyse muss deshalb geprüft werden, ob bereits vor dem Ventilschaden Hinweise auf eine Verbrennungsstörung vorhanden waren.
Hier können insbesondere folgende Informationen relevant sein:
Fehlerspeicher,
Freeze-Frame-Daten,
Zündkerzenbild,
Einspritzkorrekturen,
Lambdawerte,
Verbrennungsdiagnose,
Kompressionswerte,
Druckverlustprüfung.
13. Typische Symptome eines Ventilschadens
Je nach Schadensart können unterschiedliche Symptome auftreten.
Mögliche Anzeichen sind:
unrunder Motorlauf,
Leistungsverlust,
Fehlzündungen,
Startprobleme,
Kompressionsverlust,
erhöhte Abgasemissionen,
ungewöhnliche Geräusche,
metallisches Klappern,
Motorkontrollleuchte,
Fehlereinträge im Motorsteuergerät,
erhöhter Ölverbrauch,
ungewöhnliche Abgasfahne.
Bei einem plötzlichen Ventilabriss kann der Motorschaden allerdings auch ohne längere Vorankündigung eintreten.
14. Wie wird ein Ventilschaden sachverständig untersucht?
Eine belastbare Ursachenanalyse sollte sich nicht ausschließlich auf den sichtbaren Schaden beschränken.
Je nach Schaden sind unter anderem folgende Untersuchungen sinnvoll:
14.1 Prüfung des Fehlerspeichers
Es wird untersucht, ob bereits vor dem Schaden Hinweise auf:
Steuerzeitenfehler,
Verbrennungsstörungen,
Fehlzündungen,
Nockenwellenprobleme,
Kurbelwellen-Nockenwellen-Synchronisation
vorhanden waren.
14.2 Kompressionsprüfung
Die Kompressionswerte können Hinweise auf:
undichte Ventile,
Ventilschäden,
Kolbenschäden,
Schäden an der Zylinderkopfdichtung
geben.
14.3 Druckverlustprüfung
Mit der Druckverlustprüfung lässt sich feststellen, ob und wo der Druck aus dem Brennraum entweicht.
Ein deutliches Strömungsgeräusch im Ansaugtrakt kann beispielsweise auf ein undichtes Einlassventil hinweisen.
Ein Geräusch aus der Abgasanlage kann auf ein undichtes Auslassventil hindeuten.
14.4 Endoskopische Untersuchung
Mit einer Endoskopie können unter anderem untersucht werden:
Kolbenboden,
Ventilteller,
Ventilaufschlagspuren,
Fremdkörpereinschläge,
Brennraum,
Zylinderlaufbahn.
Gerade bei einem vermuteten Ventil-Kolben-Kontakt können Einschlagspuren wichtige Hinweise liefern.
14.5 Untersuchung des Zylinderkopfes
Bei ausgebautem Zylinderkopf sind unter anderem zu prüfen:
Ventile,
Ventilsitze,
Ventilführungen,
Ventilfedern,
Ventilkeile,
Federteller,
Kipphebel,
Schlepphebel,
Tassenstößel,
Nockenwelle.
14.6 Prüfung der Steuerzeiten
Die Stellung von Kurbelwelle und Nockenwellen ist mit den Herstellervorgaben zu vergleichen.
Insbesondere nach einer vorausgegangenen Reparatur an Zahnriemen oder Steuerkette kommt diesem Untersuchungsschritt eine hohe Bedeutung zu.
15. Schadensbild und Ursache müssen voneinander getrennt werden
Ein wichtiger Grundsatz bei der technischen Begutachtung lautet:
Das Schadensbild ist nicht automatisch die Schadensursache.
Beispiel:
Ein abgerissener Auslassventilteller stellt zunächst lediglich den Befund dar.
Mögliche Ursachen können beispielsweise sein:
Variante A: Ventil wurde durch eine falsche Steuerzeitenstellung vom Kolben getroffen.
Variante B: Ventil wurde durch Überdrehzahl mechanisch überlastet.
Variante C: Ventil wurde infolge einer fehlerhaften Ventilsitzbearbeitung thermisch überlastet.
Variante D: Ventil war aufgrund einer Vorschädigung bereits ermüdungsgefährdet.
Variante E: Ein Montagefehler am Ventiltrieb führte zu einer zusätzlichen Biegebeanspruchung.
Erst durch die Gesamtauswertung der Befunde kann eine technische Ursache belastbar bewertet werden.
16. Besondere Bedeutung bei Schäden nach Reparaturen
Tritt ein Ventilschaden unmittelbar oder kurze Zeit nach einer Reparatur auf, ist die zeitliche Abfolge besonders sorgfältig zu untersuchen.
Von Bedeutung sind insbesondere:
Welche Arbeiten wurden durchgeführt?
Wurde der Zylinderkopf demontiert?
Wurden Ventile erneuert oder wiederverwendet?
Wurden Ventilsitze bearbeitet?
Wurden Ventilführungen erneuert?
Wurde der Zahnriemen beziehungsweise die Steuerkette erneuert?
Wurden Ventilfedern und Ventilkeile erneuert?
Wurde das Ventilspiel eingestellt?
Wurde die Steuerzeitenstellung kontrolliert?
Wie viele Kilometer beziehungsweise Betriebsstunden wurden nach der Reparatur zurückgelegt?
Welche Symptome traten anschließend auf?
Gerade die Kombination aus Reparaturumfang, Schadensbild, Bruchstruktur und zeitlichem Ablauf kann für die technische Ursachenzuordnung entscheidend sein.
17. Wer ist für einen Ventilschaden verantwortlich?
Die Frage der rechtlichen Verantwortlichkeit ist von der technischen Ursachenanalyse zu unterscheiden.
Aus technischer Sicht muss zunächst festgestellt werden, welcher Vorgang den Schaden verursacht hat.
Beispielsweise kann sich ergeben, dass:
eine falsche Steuerzeitenstellung vorlag,
ein Bauteil fehlerhaft montiert wurde,
ein Ventil bereits vorgeschädigt war,
ein Betriebszustand außerhalb der vorgesehenen Belastung vorlag,
ein Bauteil verschlissen war,
eine thermische Überlastung vorlag.
Erst wenn die technische Ursache hinreichend bestimmt wurde, kann diese Erkenntnis in einem rechtlichen Verfahren entsprechend eingeordnet werden.
Eine sachverständige Untersuchung sollte deshalb zwischen Befund, Schadensmechanismus, Ursache und rechtlicher Verantwortlichkeit strikt unterscheiden.
18. Beispiel aus der Sachverständigenpraxis
Ein Fahrzeug wird nach einer Zylinderkopfreparatur wieder in Betrieb genommen. Nach kurzer Laufzeit kommt es zu einem erheblichen Motorschaden.
Bei der Demontage wird ein abgerissenes Auslassventil festgestellt.
Eine oberflächliche Beurteilung könnte lauten:
„Das Ventil ist gebrochen.“
Für eine technische Ursachenanalyse reicht diese Feststellung jedoch nicht aus.
Zu untersuchen wären unter anderem:
Bruchstelle des Ventils,
Bruchflächenstruktur,
Ventilführung,
Ventilsitz,
Ventilfeder,
Ventilkeile,
Ventilspiel,
Steuerzeiten,
Kolbenboden,
Einschlagspuren,
weitere Ventile,
Nockenwelle und Ventilbetätigung.
Erst aus der Gesamtheit dieser Befunde kann beispielsweise beurteilt werden, ob ein Montagefehler, ein Steuerzeitenfehler, eine mechanische Überlastung oder eine thermische Vorschädigung als Ursache in Betracht kommt.
19. Checkliste für die technische Untersuchung
Bei einem Ventilschaden sollten möglichst folgende Punkte dokumentiert werden:
Motor und Fahrzeug
☐ Fahrzeugdaten ☐ Motorcode ☐ Laufleistung ☐ Betriebsbedingungen zum Zeitpunkt des Schadeneintritts ☐ Wartungs- und Reparaturhistorie
☐ Fotos vor der Demontage ☐ Fotos nach der Demontage ☐ Bruchflächen dokumentieren ☐ Bauteile sichern ☐ Fehlerspeicher auslesen ☐ Reparaturunterlagen prüfen ☐ Herstellerangaben berücksichtigen
20. Fazit
Ein Ventilschaden ist nicht gleichbedeutend mit einer bestimmten Schadensursache.
Ein verbranntes Ventil kann beispielsweise auf eine thermische Überlastung infolge einer mangelnden Abdichtung hinweisen. Ein abgerissenes Ventil kann dagegen durch eine mechanische Überlastung, einen Steuerzeitenfehler, eine Überdrehzahl, einen Montagefehler oder einen über längere Zeit entstandenen Ermüdungsbruch verursacht worden sein.
Für eine belastbare Beurteilung ist deshalb eine systematische technische Schadensanalyse erforderlich.
Entscheidend ist nicht nur die Frage:
„Was ist beschädigt?“
sondern vor allem:
„Welcher Schadensmechanismus hat zu diesem Schaden geführt und wodurch wurde dieser Schadensmechanismus ausgelöst?“
Gerade bei Motorschäden nach Reparaturen kann die Untersuchung des Ventils, der Bruchflächen, des Ventiltriebs, der Steuerzeiten sowie der Folgeschäden entscheidende Hinweise auf die Schadensursache liefern.
Ein Sachverständigengutachten sollte daher den Weg vom Befund über den Schadensmechanismus zur wahrscheinlichsten Ursache nachvollziehbar darstellen und alternative Ursachen technisch bewerten.