Motortechnik: So entstehen Kolbenschäden

Hier geht’s heiß her: Temperaturen von bis zu 2.000 Grad Celsius im Brennraum müssen die Kolben aushalten können.
© Foto: Adobe Stock/Pathompong

Überhitzung, ein Spiel zwischen Kolben und Zylinder oder Ölmangel sind einige der Gründe, warum Schäden an den Kolben und der Peripherie entstehen können. Wir zeigen die häufigsten Schadenbilder auf.


Datum:
18.02.2021
Autor:
Alexander Junk
Lesezeit: 
5 min

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Kurzfassung

Schäden an den Kolben lassen sich oft auf Fehler in der Peripherie wie eine fehlende Schmierung, fehlerhafte Verbrennung, aber auch Montagefehler zurückführen. Wir haben die häufigsten Ursachen zusammengefasst.

Motorschäden können über einen langen Zeitraum enstehen oder urplötzlich auftreten. Ein Phänomen der letzteren Kategorie, das bei modernen Downsizing-Benzinmotoren auftreten kann, ist die sogenannte Vorentflammung, auch "Low Speed Pre Ignition" (LSPI) genannt. Dabei handelt es sich ähnlich wie das Klopfen um eine unkontrollierte Verbrennung gerade bei niedrigen Touren, die vor dem Ende des Verdichtungstakts auftritt und aufgrund des starken Druckanstiegs für kapitale Motorschäden sorgen kann. Während die Ursachen hierfür noch nicht gänzlich geklärt sind und verschiedene Einflussfaktoren wie Partikel, Ablösung von Schmiertröpfchen oder eine zu hohe Verdichtungstemperatur ausschlaggebend sein können, ist die Wirkung auf Kolben, Kolbenringe und Kolbenbolzen unverkennbar und regelrecht desaströs. Teilweise werden Kolben regelrecht gesprengt.

Ganzheitlich betrachten

Andere Schadenbilder von Kolben sind längst nicht so offensichtlich und lassen sich nicht immer eindeutig zuordnen. Meistens ist hier eine ganzheitliche Betrachtungsweise notwendig, um auch Fehler in der Peripherie wie beispielsweise in der Zündanlage, der Ölversorgung oder der Gemischaufbereitung ausschließen zu können. Dennoch gibt es typische Schadenbilder, die auf eine bestimmte Ursache schließen lassen. In Kooperation mit MS Motorservice, der Motorservice-Gruppe im Aftermarket des Herstellers Rheinmetall Automotive, zeigen wir die häufigsten Schäden an Kolben auf und beschreiben die Ursachen für den Ausfall (siehe auch Kasten S. 23).

Ein besonders häufiger Schadensfall an Kolben wird durch das Abreißen des Ölfilms zwischen Kolben und Zylinder hervorgerufen. Allgemein auch als "Fresser" bekannt, gleiten die Komponenten nicht mehr aneinander vorbei, sondern schweißen sich zusammen.

Spielfresser oder Hitzefresser

Ein Fresser kann grundsätzlich in mehrere Kategorien unterteilt werden: Es gibt sogenannte Spielfresser, Trockenlauffresser und Überhitzungsfresser. Ein Spielfresser tritt dann auf, wenn sich das Spiel zwischen Kolben und Zylinder bei falscher Dimensionierung der Laufpartner, bei Zylinderverzügen oder auch bei thermischen Überlastungen unzulässig verringert oder ganz dezimiert. Bei abnehmendem Spiel zwischen Kolben und Zylinder kommt es zunächst zu einer Mischreibung: Der sich ausdehnende Kolben drückt den Ölfilm an der Zylinderwand weg. Dadurch werden die tragenden Oberflächen am Kolbenschaft hochglänzend blank gerieben. Durch die Mischreibung und die so entstehende Reibungswärme erhöht sich die Temperatur der Bauteile. Der Kolben drückt immer stärker gegen die Zylinderwand und der Ölfilm versagt schließlich vollständig. Es kommt zum Trockenlauf des Kolbens. Erste Anreiber mit glatter, dunkel gefärbter Oberfläche sind die Folge.

Trockenlauffresser können auch bei ausreichendem Spiel zwischen Zylinder und Kolben auftreten. Dabei bricht der Ölfilm aufgrund der hohen Temperatur oder Kraftstoffüberschwemmung oftmals nur örtlich begrenzt zusammen. An diesen Stellen reiben die ungeschmierten Flächen von Kolben, Kolbenringen und Zylinderlaufbahn aneinander. Dies führt in sehr kurzer Zeit zu Fressern mit stark aufgeriebener, dunkel gefärbter Oberfläche. Ähnliches passiert, wenn sich zwischen Kolben und Zylinder aufgrund eines Ölmangels kein ausreichender Schmierfilm aufbaut. Die Oberfläche der Fressstellen ist dann aber nahezu metallisch blank.

Beim Überhitzungsfresser bricht der Ölfilm infolge zu hoher Temperaturen zusammen. Dies führt zunächst zur Mischreibung und zu einzelnen Reibstellen. Durch die zusätzliche Aufheizung an den Reibstellen kommt es nachfolgend zum kompletten Trockenlauf des Kolbens. Die Fressstellen sind dunkel verfärbt und stark aufgerissen.

Falsche Verbrennung als Ursache

Oftmals sind Schäden am Kolben auch auf Fehler bei der Verbrennung zurückzuführen ( siehe LSPI). Neben der bereits beschriebenen Vorentflammung, die zu einer thermischen Überbelastung des Kolbens führt, ist auch eine klopfende Verbrennung möglich, die zu erosionsartiger Materialabtragung und mechanischer Überlastung an den Kolben und am Kurbeltrieb sorgt. Ein weiterer Verbrennungsschaden ist die sogenannte Kraftstoffüberschwemmung, die auf ein zu fettes Gemisch, nachlassenden Verdichtungsdruck und Zündstörungen zurückzuführen ist. Das sorgt für Verschleiß und erhöhten Ölverbrauch.

Verschiedene Typen von Kolbenschäden und Ursachen

Kolbenschäden sind auf unterschiedliche Ursachen zurückzuführen. Folgende Schäden lassen sich oft ausmachen:

- Überhitzungsfresser
Enstehen durch Überhitzung bei der Verbrennung. Ursachen können eine verstopfte Ölspritzdüse, Störungen im Kühlsystem oder falsche Kolben sein.

- Anschlagspuren
Können durch zu großen Kolbenüberstand, falschen Ventilrückstand oder fehlerhafte Ventilsteuerzeiten sowie Ölkohle-Ablagerungen entstehen.

- Boden- und Muldenrisse
Deuten auf Fehler in der Verbrennung wie fehlerhafte Einspritzdüsen, falsche Einspritzmenge oder ungenügende Kompression hin.

- Materialauswaschung im Ringbereich
Kann durch Montagefehler, Kraftstoffüberschwemmung oder axialen Verschleiß der Ringnut und Kolbenringe entstehen.

- Asymmetrisches Kolbentragbild
Hier sind eine verbogene oder verdrehte Pleuelstange, schief gebohrte Zylinderbohrungen oder schief montierte Zylinder die Ursachen.

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