Kolbenschäden

Kolbenschäden

Schäden an Kolben, Kolbenringen oder Kolbenbolzen lassen sich oft auf fehlerhaft arbeitende Teile der Zündanlage oder der Gemischaufbereitung zurückführen. Auch unsachgemäßes Tuning kann schwere Motorschäden hervorrufen.

Die nachstehenden Beschreibungen können helfen, festgestellte Schäden definierten Ursachen zuzuordnen, damit zumindest künftig derart teures Ungemach vermieden werden kann.

1 Kolbenschaft

1.1 Fresser an Druck- und Gegendruckseite

Befund:
Der Kolben zeigt im Schaftbereich auf Druck- und Gegendruckseite starke Verreibungen mit Freßriefen. Die Stellen sind hochglänzend und wirken zum Teil wie poliert, sie sind bevorzugt zum Schaftende hin konzentriert. Die Ringpartie und die Kolbenringe sind in gutem Zustand.

Ursache und Wirkung:
Die Form des Kolbens ist so gestaltet, daß bei Betriebstemperatur die Schaftfläche auf ihrer ganzen Länge zum Tragen kommt. Wenn nun - wie hier vom Schaftende ausgehend - auf beiden Anlageseiten (Druckseite und Gegendruckseite) Fresser auftreten, so kann auf zu geringes Einbauspiel geschlossen werden. Ein Einfluß durch Überhitzung auf Grund von Verbrennungsstörungen ist auszuschließen, wenn im Bereich des Feuerstegs keine Fresser, Erosionsspuren oder Abschmelzungen zu sehen sind (siehe auch 2.2.2 und 1.3). Der Schaden entsteht früh (Neuzustand), da die Ausdehnung auf Grund des thermischen Einflusses wegen des zu kleinen Spiels behindert ist.

Ebenso kommt es Spielmangel, wenn der Motor durch einen Kühlungsdefekt (Wassermangel, schadhaftes Kühlerventil) überhitzt wird, da die Wärmedehnung des Aluminium-Kolbens doppelt so groß ist wie die des Grauguß-Zylinders. Auch zu schnelles Nachfüllen von kaltem Wasser nach Wassermangel führt zu Spielmangel, da der Zylinder wegen der zu schnellen Abkühlung schrumpft, während der Kolben noch heiß ist.

Falls die Freßspuren ungleichmäßig auf dem Kolbenumfang verteilt sind, könnte auch Zylinderverzug die Fresserbildung bzw. das Festgehen verursacht haben. Darauf weisen auch sogenannte "Zylinderpolierer" (örtliche Glanzspuren) hin. Im vorliegenden Fall muß davon ausgegangen werden, daß der Durchmesser der Zylinderbohrung nach der Überholung zu klein war.

Abhilfe:
Es ist unbedingt das korrekte Zylindermaß einzuhalten. Aus den am Kolben eingeschlagenen Werten von Schaftdurchmesser und Spiel kann der genaue Zylinderdurchmesser errechnet werden, der dann vor dem Einbau des Kolbens zu kontrollieren ist.

1.2 Einseitige Freßspuren durch Ölmangel

Befund:
Die abgewickelte Kolbenlauffläche zeigt auf der Abbildung besonders deutlich den einseitigen Schaftfresser. Es handelt sich hier um die Druckseite. Markant ist an diesem Kolben das gute Tragbild der Gegendruckseite.

Ursache und Wirkung:
Die beim Arbeitstakt stärker belastete Kolbenseite - die Druckseite - findet in ihrem Abwärtsgang ungenügende Schmierverhältnisse vor. Durch Schmierölmangel zwischen Kolben und Zylinder kommt es zu örtlichen metallischen Kontakten mit Überhitzungen und Materialverschweißungen - eben Fresser - bis nach kurzer Zeit die ganze Anlageseite gefressen hat. Die Ursache kann ein zu scharf abstreifender Ölring, zu niedriger Ölstand oder Ölverdünnung ausgehend von einer Kraftstoffkondensation sein. Bei diesem Schaden aus Ölmangel sieht man, daß der Kolben vor dem Schadenseintritt offensichtlich gut gelaufen ist. Das noch sichtbare Tragbild auf der Gegendruckseite ist gut ausgebildet und der Kolben zeigt keine Überhitzungserscheinungen. Ungenügende Schmierung der Kolbenringe führt zu deren Fressen - erkennbar an den "brandigen" Laufflächen. Wenn der Kolbenfresser eine Folge der Ringfresser ist (siehe auch 2.1.2), ist dies jedoch meist durch stärkere Fresserausbildung in der Ringpartie zu erkennen.

Abhilfe:
Nur vorgeschriebene Ölabstreifringe verwenden (siehe auch 2.1.3). Auf ausreichenden Ölstand zwischen den Marken des Meßstabs achten. Ölqualität und besonders Ölviskosität nach Motorenherstellervorschrift verwenden. Öldruck kontrollieren. Zu niedriger Öldruck kann von einer verschlissenen Ölpumpe, Verschmutzung des Filters, defektem Druckregelventil oder Ölverdünnung herrühren.

Wichtig ist Sorgfalt bei der Montage, besonders auf Dichtheit bzw. ausreichenden Durchgang der Ölleitungen achten. Auch darauf achten, daß die Startautomatik (z.B. auch Kaltstartanreicherung bei Einspritzmotoren) funktioniert oder der Choke nicht zu lange betätigt wird (siehe auch 1.8 "Kraftstoffreiber").

1.3 Fresser als Folge von starker Überhitzung

Befund:
Charakteristisch für Überhitzungsschäden sind Fresser am Feuersteg bzw. im Ring- und oberen Schaftbereich. Die Form bzw. Spielvorgabe des Kolbens ist für normale Betriebstemperaturen ausgelegt. Durch die übermäßige Erwärmung und die damit bedingte Durchmesservergrößerung kam es zum Klemmen im oberen Kolbenbereich. Im vorliegenden Fall deutet die abgeschmolzene Feuersteg- und Ringpartie auf Verbrennungsstörungen und damit erhöhtes Temperaturniveau hin.

Ursache und Wirkung:
Die meist auftretenden örtlichen Überhitzungen aus Verbrennungsstörungen wie Klopfen oder Glühzündungen durch zu mageres Gemisch, Kraftstoff mit zu geringer Oktanzahl, falschen Wärmewert der Zündkerzen, falschen Zündzeitpunkt und Kühlungsstörungen bringen nicht nur eine übermäßige Durchmesservergrößerung, sondern auch Abschmelzungen des Kolbenmaterials. Solche Schäden sind unabhängig von der Laufzeit. Die Kolben haben - im Gegensatz zu Spielmangelschäden - ein gut eingelaufenes Tragbild, dem der Fresser überlagert ist.

Ebenso können auch Störungen wie Schieflauf des Kolbens oder Spielmangel zwischen Kolben und Bolzen oder Pleuelbuchse und Bolzen den Kolben örtlich zum Anlaufen bringen (siehe auch 1.5). Dadurch kann es zur behinderten Ringbewegung kommen. Die damit verbundene schlechtere Abdichtung läßt die heißen Verbrennungsgase durchtreten, die nicht nur den Kolben stark aufheizen, sondern auch den Ölfilm am Zylinder abbrennen. Gleiches kann in der Einlaufphase durch Überlastung geschehen, wenn an den noch nicht vollständig abdichtenden Ringen die Verbrennungsgase durchblasen (siehe 2.1.2). Die Folge sind Fresser in der Ringpartie und im oberen Schaftbereich.

Abhilfe:
Auf richtige Vergaser- und Zündeinstellung, Funktion der Benzineinspritzung, sowie bei Dieselmotoren auf korrekten Einspritzzeitpunkt und -menge achten. Schlechte Kraftstoffqualität meiden oder bei falscher Betankung durch geringere Belastung kompensieren. Die Einbauspiele von Bolzen und Pleuelbuchse kontrollieren, ebenso die Winkellage von Kolben und Pleuel (und Kurbelwelle) überprüfen. Besonders nach einem Motorschaden (Fresser) sind Pleuel auszuwechseln oder es ist mit größter Sorgfalt vor Wiederverwendung die Winkligkeit zu messen. Motorkühlung prüfen, Thermostat, beschädigte Wasserpumpe, schleifenden Keilriemen ersetzen und Kalkablagerungen im Motorblock beseitigen. Vorsicht vor zusätzlichen Kühlerabdeckungen! (Zusatzscheinwerfer o.ä.)

1.4 Diagonale Fresser am Schaft neben der Bolzenbohrung

Befund:
Der Kolben in Bild 1 - mit meist zurückgesetztem Bereich an der Bolzenbohrung - hat nur im Übergangsbereich dieser Abflachung zum Schaft gefressen. Dier Fresser treten nur diagonal auf. Der Schaft in Druck- / Gegendruckrichtung ist meist ohne Freßspuren. Dicht neben den eigentlichen Fressern sieht man stark polierte Flächen. Das Pleuel läßt sich nur schwer um die Bolzenachse kippen. In der Bolzenbohrung sind besonders seitlich Freßspuren zu erkennen.

Ursache und Wirkung:
Es handelt sich hier durchweg um Kolben für Schrumpf- und Klemmpleuel, d.h. der Bolzen ist im Pleuel fest und bewegt sich nur im Kolben. Auf Grund der nur sehr geringen Pendelbewegung des Pleuels und damit des Bolzens sind die Schmierverhältnisse kritisch. Durch Bohrungen oder radiale und axiale Schmierrillen wird während des normalen Betriebs die Ölversorgung gesichert.

Problematisch wird es jedoch bei der Inbetriebnahme eines neuen Motors, wenn die beiden Reibpartner Bolzenbohrung und Kolbenbolzen nicht geschmiert sind. Bis das Öl durch den Lagerspalt gelangen kann, ist oft schon ein Fresser in der Bolzenbohrung erfolgt. Die dabei entstehende zusätzliche Erwärmung dehnt den Kolben im Bereich des Bolzenlagers übermäßig aus. Besonders bei den steifen, kastenförmigen Kolben (Bild 2) kommt dann der neben dem Bolzen liegende Schaftbereich zum stärkeren Anlaufen (Glanzspuren). Bei weiterer Überlastung wird der Schmierfilm an der Zylinderwand durchgedrückt und es kommt zum Fressen.

Eine Gefahr geht auch von einer zu großen Überdeckung der Schrumpfpassung Bolzen/Pleuelauge aus. Dabei kann der Bolzen oval verformt werden. Entsprechend des Pleuelkopfquerschnitts, mit dessen dünnerer Wand quer zur Pleuelhauptachse wird sich der Bolzen dieser Form anpassen und in dieser Ebene ein größeres Maß erhalten als in Richtung der Pleuelhauptachse. Dies kann ebenfalls zu einer Kolbenverformung führen mit ähnlichem Laufbild bzw. zu Bolzenbohrungsfressern wie in 4.3 zu sehen ist.

Bei zu enger Passung zwischen Pleuelbuchse und Kolbenbolzen bei "schwimmenden" Bolzen können ähnliche Bewegungsverhältnisse wie beim Schrumpfpleuel entstehen. Hier sind jedoch noch kritischere Reibungsverhältnisse zwischen Bolzen und Kolben zu erwarten, weil die Passung für den schwimmenden Bolzen enger ausgelegt ist (siehe auch 4.3).

Abhilfe:
Bei Schrumpfpleuel den Kolbenbolzen nur eingeölt in geölte Bolzenbohrungen einbauen. Falls die Teile nicht sofort in den Motor eingebaut werden, die Bolzenlagerung vor dem Motorzusammenbau nochmals gut einölen. Zu große Überdeckung in der Bolzen-/Pleuelpassung vermeiden (empfohlen werden 18 - 30 Mikrometer). Nach dem Zusammenbau von Kolben mit Bolzen und Pleuel die Lagerung auf absolut unbehinderte Beweglichkeit prüfen.

1.5 Schieflauf des Kolbens / unsymmetrisches Tragbild

Befund:
Das abgewickelte Bild des Kolbens zeigt das einseitige Anlaufen an der Zylinderwand. Über einem Bolzenauge ist der Feuersteg von Ölkohle geschwärzt (Im Bild links und rechts außen), während er über dem Bolzenauge in der Bildmitte durch das Anlaufen am Zylinder elativ blank ist. Das Tragbild am Schaft ist unsymmetrisch, schräg verschoben und trotz der Ovalität des Kolbens unter dem Bolzenauge (außen abgebildet) am Schaftende einseitig verbunden.

Ursache und Wirkung:
Die Schräglage des Kolbens ist auf eine nicht rechtwinklige Lage der Bolzenachse zum Pleuel oder auf nicht parallel fluchtende Pleuelstangen oder falsche Lagerung der Kurbelwelle zurückzuführen. Daraus entstehen verschiedene Folgen: die Kolbenringe laufen unter diesen Bedingungen schlecht ein. Dadurch entstehen Kompressions- und Leistungsverluste. Außerdem können über die Ringe heiße Verbrennungsgase durchblasen, die dann den Ölfilm auf der Zylinderwand zerstören. Trockenlauf und Kolbenfresser sind die Folge.

Durch die schräge Lage des Kolbens kommen die Ringe während Auf- und Abwärtsbewegung zum Flattern. Dadurch entsteht eine Pumpbewegung mit hohem Ölverbrauch. Diese Schräglage bewirkt auch einen axialen Schub auf den Bolzen. Die Bolzensicherung kann verschleißen oder herausgedrückt werden (die Folgen sind unter 4.5 beschrieben).

Eine nicht rechtwinklige Lage der Bolzenachse ist auf Grund der mehrfachen Kontrollen während der Fertigung auszuschließen.

Abhilfe:
Triebwerksteile fluchtend einbauen, Pleuel auswinkeln. Nach Einbau mittels Fühlerlehre im OT und UT Spalt in Bolzenrichtung kontrollieren. Besonders bei luftgekühlten Motoren mit Einzelzylindern die langen Stiftschrauben gleichmäßig anziehen.

1.6 Kolbenklemmen durch verspannten Zylinder (Zylinderverzug)

Befund:
Scharf abgegrenzter Klemmbereich am Schaftende mit einigen "Überschmierern". Teilweise heißglänzend ohne tiefe Freßriefen. Die Zylinderbohrung zeigt einen glänzenden, umlaufenden Rand im Bereich der Gummidichtung.

Ursache und Wirkung:
Es handelt sich hier um eine örtlich begrenzte Spielverkleinerung, die besonders bei Buchsenmotoren auftreten kann. Bei nassen Zylinderbuchsen können falsche Einpaßdurchmesser oder zu dicke Gummidichtringe den Zylinder einschnüren. Auch bei ausgebuchsten Blockmotoren können solche Fehler entstehen. Offensichtlich ist hier beim Ausbohren des Blocks oder beim Drehen des Buchsenaußendurchmessers ein Versatz entstanden, der die Buchse einschnürte.

Örtliche Freßstellen entstehen durch verspannte Zylinder und durch ungleiches Anziehen der Zylinderkopfschrauben (bei luftgekühlten Rippenzylindern besonders gefährlich).

Abhilfe:
Nasse Zylinderbuchsen zuerst ohne Gummiringe einbauen, um zu prüfen, daß keine Verspannungen (Spielmangel) auftreten. Vorschriften zum Anziehen der Zylinderkopfschrauben beachten. Bei Blockmotoren können die Zylinder im unteren Bereich durch ungleiche Abnutzung der Honsteine enger sein, deshalb auch den Zylinder stets in mehreren Ebenen vermessen.

Ungenügende Planheit am Zylinderblock oder am Zylinderkopf sowie falsche Zylinderkopfdichtungen können ebenfalls einen Zylinderverzug zur Folge haben.

1.7 Verschleiß durch Schmutz

Befund:
Hoher Ölverbrauch und großer Leckgasaustritt (hohe Durchblasemengen oder blow-by) mit Kraftstoffkondensation im Öl, sowie schlechtere Leistung und mangelhaftes Startverhalten besonders in der kälteren Jahreszeit sind oftmals Reklamationsgründe. Der Kolben zeigt auf beiden Laufseiten ein mattes, breites Tragbild. Das Bearbeitungsprofil ist abgetragen. Überlagert sind einzelne, schmale Riefen. Die Ringe haben großes Stoßspiel und sind radial verschlissen mit messerscharfen Ringkanten. Beim Ölabstreifring (Bild 2) sind die Laufstege vollkommen abgetragen. Auch die Nutflanken zeigen starken, axialen Verschleiß. Der Schaft bzw. die verschlissenen Kolbenpartien haben ein "gebimstes" Aussehen (matte Oberfläche mit abgetragenem Bearbeitungsprofil).

Ursache und Wirkung:
Die wie "gebimst" aussehende Oberfläche und die Riefen deuten auf stark verschmutztes Öl hin. Ob nun der Schmutz durch das Öl oder durch die Ansaugluft übertragen wurde, läßt sich meist nachträglich noch feststellen. Wenn die Ringe zum Kolbenboden hin zunehmenden Verschleiß, besonders in axialer Richtung zeigen, wurde der Schmutz sicherlich durch die Ansaugleitung übertragen. Falls der größte Verschleiß bei den unteren Ringen (besonders beim Ölabstreifring wie in Bild 2 zu sehen) liegt und der Kolbenschaft stark verschlissen ist, ist die Ursache im verschmutzten Öl zu suchen. Ein besonderer Hinweis dafür ist das in Bild 2.1.5 Bild 2 gezeigte Verschleißbild des Kolbenbolzens.

Wenn der Kolben nur Schmutzriefen und kein "gebimstes" Tragbild hat, die Ringe hauptsächlich radial verschlissen sind (axialer Verschleiß des Ringes in Nut 1 geringer als in 2.1.5 beschrieben), ist die Ursache in der Zylinderhonung zu suchen. Entweder ist die Zylinderbohrung nach dem Honen nicht sorgfältig gewaschen worden, oder die Honung war verquetscht und die dadurch verursachten Materialverschuppungen an der Oberfläche ("Blechmantel") wurden abgerieben. Eine weitere Folge daraus können auch brandige Ringe sein (siehe 2.1.2).

Abhilfe:
Größte Sorgfalt bei der Montage anwenden (entsprechend Motorenherstelleranweisungen). Ansaugfilter, besonders Einsätze regelmäßig, je nach Staubanfall, reinigen bzw. austauschen, neue Dichtungen verwenden und die Ansaugleitungen zum Motor auf Dichtheit prüfen. Sauber schneidende Honleisten verwenden. Zylinderbohrungen nach dem Honen sorgfältig reinigen.

1.8 Kolbenreiber durch Kraftstoffüberschwemmung (Kraftstoffreiber)

Befund:
Der Kolben zeigt meist einseitig streifige schmal ausgebildete Reibstellen mit deutlichen Riefen über die gesamte Schaftlänge. Die Ringe haben Riefen und können z.T. Brandflecken aufweisen.

Bei Dieselmotoren sieht man am Schaft kleine (0,1 - 0,2 mm große) glänzende Punkte (sogenannte "Flitter").

Ursache und Wirkung:
Durch die Kraftstoffüberschwemmung wird an der Zylinderwand der Ölfilm verdünnt. Der Kolben und die Ringe laufen trocken. Im Bereich der stärksten Belastung (auf der Druckseite) treten zuerst Reiber, später Fresser auf.

Ottomotor

Der Kraftstoffüberschuß rührt oft von falscher Vergaserbetätigung her. Sei es, daß die Startautomatik zu spät abschaltet oder der von Hand betätigte Choke zu lange gezogen bleibt. Auch eine fehlerhafte Einspritzanlage (Kaltstartanreicherung) führt ebenso wie Zündaussetzer durch Zündkerzenschäden in einzelnen Zylindern zum Niederschlagen des Kraftstoffs an der Zylinderwand. Die daraus resultierende Ölverdünnung hat dann bei stärkerer Leistungsanforderung ernste Kolbenschäden, wie unter 1.2 beschrieben, zur Folge.

Dieselmotor

Unverbrannter Kraftstoff durch Zünderverzug und Zündaussetzer verdünnt den Schmierfilm an der Zylinderwand. Die dadurch verursachte Mangelschmierung führt zu Schaftreibern und zu extremem Ringverschleiß (2.1.7). Der "Flitter", d.h. herausgerissenes und an anderer Stelle wieder aufplattiertes und glänzend geriebenes Kolbenmaterial, ist ein eindeutiger Hinweis auf Schmierölverdünnung.

Abhilfe:

Ottomotor

Startautomatik richtig einstellen. Den Choke nur kurz zum Anlassen und auf den ersten Fahrtkilometern betätigen. Gaspedalpumpen vermeiden, um nicht jedesmal Kraftstoff über die Beschleunigerpumpe in den Vergaser einzuspritzen. Besonders der kalte Motor, der noch nicht seine Betriebstemperatur erreicht hat, ist besonders gefährdet. Warmlaufenlassen im Leerlauf sowie längeres Anschleppen und zu viele Startversuche vermeiden. Vergaser auf richtige Funktion des Schwimmers bzw. Schwimmernadelventils prüfen, denn Hängenbleiben bedeutet Kraftstoffüberschwemmung. Bei Benzineinspritzung ist auf korrekte Einstellung besonders der Kaltstartanreicherung zu achten. Auf Ölverdünnung (Bläschenbildung am Ölmeßstab) achten.

Dieselmotor

Bei längerem anauerndem Nageln (Zündverzögerung), das auch nach dem Kaltstart nicht aufhört, Einspritzanlage, besonders Einspritzdüsen überprüfen. Kompressionsdruck messen.

1.9 Korrosion am Kolbenschaft

Befund:
Der Kolbenschaft hat lochförmige "Anfressungen".

Ursache und Wirkung:
Diese "Anfressungen" sind durch interkristallinen Korrosionsangriff entstanden. Ursache könnte ein ungeeignetes Ölkohlelösungsmittel zusammen mit zu langer Einwirkzeit sein.

Abhilfe:
Ausgebaute und zur Wiederverwendung vorgesehene Kolben nur mit bewährten Lösungsmitteln nach Anleitung reinigen.

2 Ringpartie

2.1.1 Schaden auf Grund verklemmter Ringe (Schieflauf)

Befund:
Die Kolbenringe sind über den Umfang mit streifigen, zum Teil mit Anlauffarben "verzierten" Freßriefen versehen. Im Bild sind am Kolben in Bolzenrichtung am Feuersteg und am ersten Ringsteg einseitig Anlaufspuren zu sehen.

Ursache und Wirkung:
Durch Schieflauf des Kolbens (siehe auch 1.5) verklemmte Ringe verlieren ihre Dichtwirkung. Die heißen Verbrennungsgase können an den Ringen vorbeiströmen und zerstören den Ölfilm. Die Ringe laufen trocken und fressen an der Zylinderwandung. Die dabei entstehende Wärme führt zu den erwähnten Anlauffarben. Weitergehende Schäden sind Fresser des Ring- und oberen Schaftbereichs durch Aufheizen des Kolbens bei gleichzeitiger Zerstörung des Ölfilms.

Festklemmen der Ringe mit den gleichen Folgen kann weiter durch Ölkohle, Schmutz oder bei unsachgemäßer Montage durch Metallspäne und beschädigte Kolben (Ringstegen) geschehen.

Abhilfe:
Freie Drehbarkeit der Ringe vor dem Einbau prüfen. Winkeligkeit des Pleuels vor dem Einbau oder Kolbenspalt in Bolzenrichtung nach dem Einbau mit Fühlerlehre im OT und UT prüfen.

2.1.2 Brandige Ringe

Befund:
Die Verdichtungsringe haben über den gesamten Umfang Freßriefen - sie sind "brandig". Die Zylinderbohrung zeigt Längsriefen. In der Folge kann es zu Kolbenfressern in der unteren Ring- oder oberen Schaftpartie kommen.

Ursache und Wirkung:
Schmierölmangel an der Zylinderwand, der verschiedene Ursachen haben kann, ist der Ausgang dieser Ringfresser. Der geringe, unter normalen Betriebsbedingungen an der Zylinderlaufbahn verbleibende Schmierfilm wird von den Ringen vollends abgestreift. Dadurch kommt es zu örtlichen metallischen Kontakten, deren Folge Verschweißungen durch Reibungswärme und unebenheiten an der Lauffläche sowie Materialanrisse sind. Diese Schäden treten bevorzugt in der Einlaufphase bei starker Belastung auf, weil die Ringe ihre volle Dichtwirkung noch nicht erreicht haben. Die dann verstärkt durchtretenden heißen Verbrennungsgase brennen den Schmierfilm an der Zylinderwand ab und können den Kolbenschaft aufheizen, so daß es als Folge von brandigen Ringen auch leicht zu Kolbenfressern kommen kann (siehe auch 1.3).

Überhitzungen durch Glühzündungen, zu magerem Gemisch sowie Kühlungsdefekte, z.B. durch verstopfte oder falsch justierte Anspritzdüsen ergeben ebenfalls eine große Freßgefahr für die Ringe. Durch die Überhitzung verkokt das Öl in den Ringnuten, die Ringe werden zusätzlich noch in ihrer Bewegung behindert. Sie können ihre Abdichtfunktion nicht mehr erfüllen und der Schmierfilm wird zerstört.

Auf korrekte Motoreinstellung achten, um Verbrennungsstörungen zu verhindern (siehe auch 2.1.7).

Abhilfe:
Von der Ringbestückung her bringt ein verchromter oder noch besser ein molybdänbeschichteter erster Verdichtungsring gute Voraussetzungen gegen "brandigwerden" der Ringe. Deshalb dürfen vom Motorenhersteller vorgeschriebene Ausführungen nicht verändert werden. Hohe Belastung in der Einlaufphase, wie Volllast bei hohen Drehzahlen oder, noch gefährlicher, Quälen mit hoher Belastung bei niedrigen Drehzahlen, unbedingt vermeiden.

Zu glatte Zylinderwände sind ebenso wie zu rauhe schädlich. Eine Rauhtiefe von Ra 0,6 bis 1,2 Mikrometer sollte angestrebt werden. Eine verquetschte und überschmierte Honung (Blechmantel) ist ebenfalls zu vermeiden. Sie führt zu Mangelschmierung und verursacht zusätzlich noch großen Verschleiß der Ringe.

2.1.3 Brandige Ringe durch zu scharfe Ölabstreifung oder zu glatte Zylinderlauffläche

Befund:
Die Ringe zeigen die typischen Fresser (Brandspuren), ebenso sind Riefen in der Zylinderwand sichtbar, der Kolben ist noch in einwandfreiem Zustand. Es sind meist keine Zeichen von Überhitzung (verfärbte untere Ring- und obere Schaftpartie) vorhanden.

Ursache und Wirkung:
Zu scharfe Ölabstreifung, z.B. wenn eine erprobte Ringbestückung geändert wird und ein sehr stark abstreifender Schlauchfederring oder ein 3 S-Ring eingebaut wird, führt zur mangelhaften Ölversorgung der Zylinderwand mit der Folge von brandigen Ringen.

Wenn die Kolbenringe gewechselt werden, finden die noch nicht eingelaufenen und deshalb nur mit den Erhebungen tragenden Ringlaufflächen an der glatten Zylinderwand nicht genügend Schmierung (siehe auch 2.1.2).

Abhilfe:
Die erprobte und vorgeschriebene Ringbestückung nicht willkürlich verändern, etwa in der Absicht, einen geringeren Ölverbrauch zu erreichen.

Beim Einbau von neuen Ringen (Flankenspiel auf Verschleiß prüfen. Siehe 2.1.5) sollte die Zylinderbohrung nachgehont werden, um eine Einlaufrauhigkeit zu erhalten und um Verschleißmarkierungen (Zwickel, Ringumkehrpunkt) zu beseitigen. Meist ist jedoch der Zylinder durch die Riefen soweit geschädigt, daß nur noch ein Austausch (bei Buchsenmotoren) oder Aufbohren auf das nächste Übermaß einen sicheren Weiterbetrieb des Motors ermöglicht. Freie Beweglichkeit der Ringe in den Nuten vor dem Einbau des Kolbens in den Zylinder prüfen. Winkeligkeit des Pleuels vor dem Einbau oder Kolbenspalt in Bolzenrichtung nach dem Einbau mit Fühlerlehre im OT und UT prüfen.

2.1.4 Ringpartie durch gebrochene Kolbenringe beschädigt

Befund:
Die Ringstege bzw. der Feuersteg in Bild 1 sind "ausgekolkt", d.h. muldenförmig ausgearbeitet. Die Oberflächen der Ausarbeitungen sind blank und glatt gescheuert. Der Ring in der ausgearbeiteten Nut ist gebrochen. Die Ränder wurden ausgebördelt und durch anlaufen am Zylinder abrasiv ausgearbeitet, so daß sie scharfkantig sind.

Im Bild 2 sind die Bruchbereiche ebenfalls blank gescheuert. Nach längerer Laufzeit ist jedoch noch der Feuersteg durchgebrochen und die losen Teile wurden zwischen Kolben und Zylinderkopf eingeschlagen.

Ursache und Wirkung:

Die Auskolkungen entstehen als Folge von gebrochenen Ringen. Der Ringbruch läßt sich auf Montagefehler, zu kleines Stoßspiel oder "Ringflattern" zurückführen. Dieses "Flattern" der Ringe wird durch die Massenkräfte bei der Kolbenbewegung verursacht, wenn der Motor überdreht wird oder wenn das Axialspiel der Ringe durch Verschleiß der Nut- und Ringflanken anwächst. Oft brechen die Ringe dabei in kleine Einzelteile, die dann durch Massenkräfte die Nut ausarbeiten oder wie in Bild 2 sogar den Feuersteg durchbrechen Durch die in den Brennraum gelangten Bruchstücke kann es in der Folge zu erheblichen Triebwerksschäden kommen.

Besonders bei Zweitaktkolben mit Stiftsicherung gegen Ringdrehen entstehen diese Ausarbeitungen häufig neben den Sicherungsstiften. Die Ursache dafür sind gebrochene Ringenden. Diese rühren davon her, wenn Ringe mit zu geringem oder ganz ohne Stoßspiel gegen die Stifte drücken, oder wenn die Ringenden bei der Montage angerissen werden.

Der Nutverschleiß wird durch die Überhitzung der Ringpartie vergrößert, weil an den gebrochenen Ringen bzw. durch die bereits gebildeten Auskolkungen die heißen Verbrennungsgase durchblasen können. Zum einen wird der Verschleiß am überhitzten Kolbenkörper durch die dabei verringerte Materialfestigkeit höher, zum anderen besteht die Gefahr eines Kolbenfressers, da der Schmierfilm abgebrannt wird.

Abhilfe:
Größte Sorgfalt bei der Montage anwenden (Ringschließband verwenden, nicht klopfen). Im Zweifelsfall Stoßspiel der Ringe kontrollieren, besonders bei Stiftsicherung auf Freiheit der Ringe achten. Bei Zweitaktmotoren mit Einzelzylindern den Zylinder bei der Montage nicht verdrehen, da die ausgesparten Ringenden abbrechen können, wen sie gegen die Stifte oder die Kanalkanten gedrückt werden. Kanalkanten entgraten. Vor Ringtausch Nutverschleiß oder Flankenspiel messen, um "Flattern der Ringe aufgrund zu großen Spiels zu vermeiden.

2.1.5 Starker Verschleiß der Ringnuten und der Ringe

Befund:
Die Ringe haben axial großes Spiel durch großen Verschleiß, besonders in der ersten Nut. In vielen Fällen sind gleichzeitig die Ringe radial stark verschlissen und das Stoßspiel ist auf mehrere Millimeter angewachsen. Die Aufzeichnung der Nutflanken (Bild 1) zeigt den Verschleiß. Im schraffierten Bereich ist der Kolbenwerkstoff abgetragen. Der Kolben wurde meist wegen hohem Ölverbrauch oder schlechter Motorleistung ausgebaut.

Ursache und Wirkung:
Neben normalem Verschleiß nach langer Laufzeit, der hier nicht interessiert, kommen verschiedene Ursachen für diesen Verschleiß in Frage.

Zum einen ist es gestörte Schmierung durch Ölverdünnung, die großen Ringverschleiß verursacht. Der überwiegende Radialverschleiß ohne Bolzenverschleiß und ohne starken Schaftverschleiß ist in Punkt 2.1.7 näher beschrieben.

Zum anderen ist bei gleichzeitigem Bolzenverschleiß vom Einfluß durch Schmutz oder Fremdkörper aus der Ansaugluft bei beschädigten oder nicht rechtzeitig gewechselten Filtern oder Filtereinsätzen auszugehen

Bei stark erhöhtem Axialverschleiß (Bild 1) zusammen mit Radialverschleiß in der ersten Nut, besonders im Vergleich zum Ölabstreifring, kann von mangelhafter Filterwartung ausgegangen werden. Falls jedoch der Ölabstreifring stärker verschlissen ist im Verhältnis zum Ring in der ersten Nut, war verschmutztes Öl die Verschleißursache.

Einen eindeutigen Hinweis auf Schmutzverschleiß gibt das matte "gebimste" Kolbenlaufbild (siehe 1.7) und das Verschleißbild des Kolbenbolzens (Bild 2).

Wenn nur axialer Verschleiß vorhanden ist, dürfte die Ursache in zu hoher Verbrennungs- und damit Kolbentemperatur bei gleichzeitigen Überdrehzahlen des Motors zu suchen sein. Durch die Massenkräfte können dabei die Nutflanken gestaucht werden (Bild 3). Auch Ringflattern bei zu hohen Drehzahlen führt zu starkem Nutflankenverschleiß und Ausschlagen. Ausgeschlagene Nuten begünstigen das Flattern der Ringe bereits bei niedrigen Drehzahlen. Der Verschleiß nimmt dann progressiv zu.

Abhilfe:
Auf übermäßigen Kraftstoffverbrauch und Ölverdünnung (Bläschenbildung am Meßstab) achten. Ansaugfilter regelmäßig warten. Ansaugleitungen auf Dichtheit prüfen. Besonders bei Ölbadfiltern auf ausreichende Ölfüllung achten und bei starkem Staubanfall Wartungsintervalle verkürzen. Überdrehen des Motors bei Bergabfahrten wegen Ringflattern vermeiden.

2.1.6 Ringverschleiß an mehrteiligen Lamellen-Ölabstreifringen

Befund:
Die Chromschicht ist an der Lauffläche der Stahllamelle örtlich bis auf das Grundmaterial abgetragen, wobei noch einzelne Stege in der Laufrichtung stehenbleiben (50fach vergrößerte Aufnahme). Wenn beide Lamellen des Ölabstreifringes entsprechend der Einbaulage aufeinandergelegt werden, stellt man fest, daß die überstehenden Stege bei beiden Lamellen gleich sind und gleiche Abstände haben.

Ursache und Wirkung:
Das Entstehen dieser örtlich begrenzten "Erhebungen" ist bedingt durch Riefen im Zylinder. Durch die hohen Anpreßkräfte radial wie auch axial an die Nutflanken ist die Drehbewegung der Lamellen baubedingt erschwert im Vergleich zu normalen Ölabstreifringen. Im Bereich von Zylinderriefen entsteht praktisch kein Verschleiß an der Chromschicht, d.h. es entstehen allmählich kleine Chromstege, die eine Ringdrehung dann völlig verhindern.

Die Entstehung der Riefen im Zylinder kann auf verschiedene Weise erfolgen. Beim nicht ausreichenden Aufbohren der Zylinder bleiben noch Riefen stehen oder verschmutzt eingebaute Zylinder erhalten bei der Inbetriebnahme bereits ihre Riefen. Eine weitere Möglichkeit der Riefenbildung könnten brandige Ringe sein. Durch Schmierölmangel entstehen Ringfresser. Während die Freßspuren auf den Ringen durch normalen Verschleiß wieder verschwinden, nachdem die Schmierverhältnisse in Ordnung sind, bleiben die Riefen im Zylinder erhalten. Die Lamellen der Ölabstreifringe können sich dann einlaufen und erhalten diese charakteristischen "Höcker" mit der Folge erhöhten Ölverbrauchs.

Abhilfe:
Sauberkeit bei der Montage. Bei stark verschlissenen oder beschädigten Zylindern auf die übernächste Reparaturstufe aufbohren. Im klaten Zustand Motor niemals voll belasten und hohe Drehzahlen wie auch "Quälen" bei niedriger Drehzahl vermeiden.

2.1.7 Großer Radialverschleiß der Ringe (Ölverdünnung durch unverbrannten Kraftstoff)

Befund:
Die Ringe sind radial sehr stark verschlissen (Bild 2) und haben zum Teil brandige Laufflächen. Der axiale Verschleiß der Ringe und der Nutflanken ist dagegen gering. Beim Ölabstreifring können die Laufstege zum Teil abgetragen sein (Bild 1). Die Ölabstreifringe in Bild 3 zeigen ebenfalls starken Radialverschleiß im Verhältnis zum geringen axialen Verschleiß, sind aber an der Oberfläche nur stark riefig ohne Brandspuren.

Der Kolbenschaft zeigt ebenfalls starke Riefenbildung und zum Teil schwache Reiber oder Fresser ohne besonderen Verschleiß des Bearbeitungsprofils (siehe auch 1.8).

Ursache und Wirkung:
Grundsätzlich ist es die gestörte Schmierung, die zu solchem übermäßigen Verschleiß führt. Falsche Vergasereinstellung, Fehler in der Startautomatik, zu lange Chokebetätigung, lange Leerlaufzeiten besonders bei kaltem Motor, Kaltstartkurzstreckenverkehr, Zündaussetzer in nur einem Zylinder usw. bringen als Folge Kraftstoffkondensate, die den Ölfilm verdünnen und damit den Verschleiß begünstigen.

Bei Dieselmotoren kann sich bei gestörtem Verbrennungsablauf durch Zündverzug und Zündaussetzer unverbrannter Kraftstoff an der Zylinderwand niederschlagen. Dies führt ebenfalls zur Ölverdünnung. Charakteristischer Hinweis bei Dieselmotoren ist der am Kolbenlaufbereich zu findende "Flitter" (siehe 1.8). Der unverbrannte Kraftstoff kann auch zu unkontrollierter Verbrennung führen (siehe 3.2.2).

Wenn Kompressoren oder Luftpresser (stationär oder für Luftdruckbremse am Fahrzeug) wegen mangelnder Leistung oder hohem Ölverbrauch überholt werden müssen, zeigt sich häufig ein Schaden an den Ringen entsprechend Bild 1 oder 2. Ursache hierfür ist Wasser aus kondensierender Luftfeuchtigkeit, das beim Entspannen der Druckluft im Kompressor bei undichtem Rückschlagventil entsteht. Das emulgierte Wasser setzt die Schmierwirkung des Öls erheblich herab. Es kommt in kürzester Zeit zu erheblichem Ring- und Zylinderverschleiß.

Abhilfe:
Bei außergewöhnlichem Kraftstoffverbrauch Motoreinstellung überprüfen. Auf Ölverdünnung (Geruchs- und Bläschenbildung am Meßstab) achten. Bei "Dieselnageln", das nach dem Kaltstart nicht aufhört, Verdichtungsdruck und Einspritzanlage prüfen. Zündaussetzer bei Ottomotoren sofort beheben (auch im Hinblick auf Katalysatorschädigung).

Auf einwandfreie Honung achten. Kurbelgehäuse bzw. Zylinder vor dem Zusammenbau sorgfältig reinigen.

2.2 Ringstege

2.2.1 Bruch der Ringstege durch mechanische Überlastung

Befund:
In Bild 1 ist der erste Ringsteg auf etwa einem Drittel des Umfanges gebrochen. Der Ringsteg ist, wie am Bruchverlauf sichtbar, von oben nach unten gebrochen. Spuren einer Verbrennungsstörung sind nicht erkennbar (siehe auch 2.2.2).

Bild 2 zeigt einen Ringstegbruch, der von unten nach oben verläuft.

Ursache und Wirkung:
Der Schaden, der in Bild 1 dargestellt ist, trat nach kurzer Laufzeit ein. Der Motor wurde zum Sporteinsatz "getrimmt". Durch höhere Motorleistungen und Überbeanspruchung entstehen Druckspitzen, die die Ringstege - besonders in Druck- und Gegendruckrichtung - zum Brechen bringen können.

Auch der alleinige Bruch des zweiten Ringsteges kann auf die gleiche Ursache zurückgeführt werden, da bei gestörter Abdichtfunktion des ersten Ringes aufgrund des dann ungehindert durchtretenden Verbrennungsdrucks der Ringsteg unter dem zweiten Ring überlastet ist. Er kann brechen, während der erste Ringsteg ohne Schaden ist.

Während der Schaden in Bild 1 durch den Bruchverlauf als von oben nach unten verlaufend erkennbar ist, ist der Bruch des Ringstegs in Bild 2 von der entgegengesetzten Richtung ausgelöst worden. Die Bruchlinien des Ringstegs verlaufen so, daß das ausgebrochene Teil oben breiter ist als unten. Dieser Schaden ist meist die Folge unsachgemäßer Montage, wenn die Ringe nicht mit einem Spannband zusammengehalten werden und der Kolben statt eingeschoben mittels Werkzeugen "eingeklopft" wird. Die Ringstege reißen an und brechen im Betrieb. Auch die Ringe können durch diese unsachgemäße Montage beschädigt werden.

Ringstegbrüche der ersten geschilderten Art können auch vom Anschlagen des obersten Ringes an der Verschleißkante am OT des Zylinders herrühren, wenn beim Austausch des Kolbens der Zylinder nicht aufgebohrt wurde, der Kolben am Zylinderkopf oder einer falschen Zylinderkopfdichtung anschlug oder die Triebwerkslager ausgelaufen sind und nicht ausgetauscht wurden. Auch als Folge verschlissener Nuten und dadurch zum Flattern kommender Ringe, können Ringstegbrüche auftreten (2.1.4). Flüssigkeitsschläge beanspruchen ebenfalls die Ringstege.

Abhilfe:
Kolben mit neuen Ringen nicht ohne Zylinderüberholung einbauen. Nur erprobte, der Erstausrüstung entsprechende Kolben verwenden. Beim Einbau der Kolben Ringschließbänder verwenden und die Kolben nicht einklopfen!

2.2.2 Bruch der Ringstege durch Verbrennungsstörungen

Befund:
Bei den Abbildungen 1 bis 3 ist aufgrund des Bruchverlaufs zu erkennen, daß der Bruch von oben nach unten erfolgt ist. In den Bildern 1 und 2 sind zusätzlich noch deutliche Erosionsspuren sichtbar, die von Verbrennungsstörungen herrühren. Der erodierte Rand des Kolbenbodens in einer REM-Aufnahme ist in Bild 4 zu sehen. Desgleichen befinden sich Erosionsspuren in den Nutflanken der ersten Nut (Bild 5) und an der Kante der ersten Nut zum Feuersteg.

Ursache und Wirkung:
Zum besseren Verständnis werden die beiden Faktoren für Ottomotor (Bild 1 und 2) und Dieselmotor (Bild 3) getrennt behandelt.

Ottomotor:

Klopfende Verbrennung - Klingeln - führt zu steilem Druckanstieg von bis zu 300 bar pro Grad Kurbelwinkel (Normalwert ca. 3 - 5 bar/Grad Kurbelwinkel) und zu einer ultraschallähnlichen Schwingung sowie gleichzeitig zu Überhitzung infolge unregelmäßigen Verbrennungsablaufes. Die Temperatur und die Druckschwingungen führen am - für normale Betriebsverhältnisse dimensionierten - Ringsteg zum Anreißen und späteren Bruchverlauf von oben nach unten. Beim besonders gefährlichen Hochgeschwindigkeitsklingeln kommt es zu starker Erwärmung des Kolbenbodens. Als Ursachen für den gestörten Verbrennungsverlauf sind zu große Frühzündung, zu mageres Kraftstoff-/Luftgemisch für Vollast oder Kraftstoff mit zu niedriger Oktanzahl sowie Verdichtungserhöhung durch Ablagerungen im Verbrennungsraum (Stadtverkehr) zu nennen. Auch zu hohe Temperatur der Ansaugluft (gestörte Luftvorwärmung) führt zu Klopfen, da die Oktanzahlanforderungen dabei höher liegen. Grundsätzlich sind die Erosionsspuren, besonders am Feuersteg und an der Kante zur ersten Nut, eindeutige Hinweise für gestörten Verbrennungsablauf d.h. Klopfen und Klingeln.

Dieselmotor:

Auch hier führt klopfende Verbrennung, die - jedoch anders als beim Ottomotor - durch zu großen Zündverzug entsteht, zu hohen Druckspitzen. Diese verursachen eine mechanische Überlastung der Ringstege. Die Ursachen für diesen Zündverzug sind falscher Einspritzzeitpunkt (zu früh oder zu spät), zu große Einspritzmenge (schlechte Verwirbelung) oder Starthilfen spritzen zuviel ein und ungenügende Zündwilligkeit des Dieselkraftstoffs (Cetanzahl zu niedrig).

Abhilfe:
Bei Ottomotoren klopffesten Kraftstoff mit vorgeschriebener Oktanzahl verwenden. Bei starken Ablagerungen im Verbrennungsraum nach vielem Kurzstreckenverkehr den Motor erst nach entsprechendem "Freifahren" (verhaltenes Fahren auf den ersten 100 km) voll belasten, um das gefährliche Hochgeschwindigkeitsklingeln zu vermeiden. Vergasergrundeinstellung (Düsen) nicht verändern, um mit zu magerem Gemisch Kraftstoff zu sparen. Zündzeitpunkt nicht zu früh einstellen. Bei Dieselmotoren Einspritzmenge und -zeitpunkt nach den Motordaten einstellen. Einspritzdüsen kontrollieren.

3 Kolbenboden

3.1 Durchgebrannter Kolbenboden ("Durchbrenner")

Befund:
Der Kolbenboden in Bild 1 hat ein Loch, das aussieht, als ob es "durchgeschossen" wäre. Die umgebende Kolbenbosenfläche ist meist mit aufgeschmolzenem Kolbenmaterial belegt. In Bild 2 ist der Feuersteg abgeschmolzen und die Ringpartie örtlich durchbrochen.

Der Dieselmotorkolben in Bild 3 ist bis zum Schaft abgeschmolzen.

Ursache und Wirkung:
Ausgehend von der Schadensstelle am Kolbenboden läßt sich im Zylinderkopf gegenüberliegend entweder die Zündkerze oder bei Dieselmotoren die Einspritzdüse bzw. die Ausströmöffnung der Vorkammer oder Wirbelkammer lokalisieren. Damit dürfte feststehen, daß diese Teile mit dem Schaden zu tun haben. Auslösendes Moment ist aber ein gestörter Verbrennungsablauf. Ein Vorstadium dieses Durchschmelzens ist der durchgewölbte Boden, der aufgrund der bei der Verbrennung herabgesetzten Materialfestigkeit durch den Verbrennungsdruck entsteht (siehe 3.3.2).

Ottomotor:

Eine Zündkerze mit zu geringem Wärmewert hat in Bild 1 den Schaden verursacht. Glühzündungen, ausgelöst vom überhitzten Kerzenisolatorfuß, überhitzten örtlich das Kolbenmaterial und haben den Boden durchgeschmolzen. Andererseits kann in Folge von klopfender Verbrennung (3.7) die Zündkerze geschädigt werden, die dann in ähnlicher Form als Glühzündungsauslöser wirkt. Schäden, wie sie in Bild 2 zu sehen sind, gehen meist auf Glühzündungen zurück, die von einer durch Klopfbetrieb geschädigten Zylinderkopfdichtung ausgelöst werden. Ursachen für klopfende Verbrennung mit daraus folgender Glühzündung sind Frühzündung, zu mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch, eine fehlerhafte Einspritzanlage oder Kraftstoff mit zu geringer Oktanzahl. Ebenso führt Glühzündung durch Verbrennungsrückstände über vorausgehenden Klopfbetrieb zu ähnlichen Schäden.

Dieselmotor:

Der in Bild 3 dargestellte Schaden wurde durch Fehler in der Einspritzung verursacht. Sowohl zu große Einspritzmengen wie auch nachtropfende Düsen führen zu schlechter Kraftstoffverwirbelung. Die daraus folgenden Störungen im Verbrennungsablauf führen zu hohen örtlichen Temperaturspitzen, die den Kolben durchschmelzen.

Abhilfe:
Bei Ottomotoren auf richtige Einstellung des Vergasers und der Einspritzanlage sowie auf Undichtigkeiten im Ansaugsystem achten. Zündkerzen mit vorgeschriebenem Wärmewert einbauen. Zündzeitpunkt und Zündverstellung (Fliehkraft- und Unterdruckregler) kontrollieren. Bei Dieselmotoren nachtropfende Düsen (unregelmäßiges Laufgeräusch) wechseln und Einspritzpumpe überprüfen. Nur Kraftstoffe mit ausreichender Klopffestigkeit verwenden.

3.2.1 Abschmelzungen am Boden und am Feuersteg beim Ottomotor

Befund:
In Bild 1 ist an den drei Kolben der Fortschritt der Abschmelzungen zu erkennen. Der rechte und der mittlere Kolben haben am Bodenrand kleine Ansenkungen, beim linken Kolben ist der Bodenbereich abgeschmolzen.

Ähnlich wie in Bild 1 sind in Bild 2 die Zerstörungen fortgeschritten. Selbst am Schaft des Auslaßventils (links) ist abgeschmolzenes Kolbenmaterial, wodurch ersichtlich ist, daß ein Teil des Kolbens "in flüssigem Zustand den Motor verläßt".

Bild 3 zeigt den angeschmolzenen und ausgebrochenen Muldenrand und Feuersteg.

Die Einfassung der Zylinderkopfdichtung in Bild 4 hat Eindellungen und ist über einen Teil des Umfangs am zylinderseitigen Rand zusammengedrückt.

Ursache und Wirkung:
Ungesteuerte Frühzündungen können durch glühende Verbrennungsrückstände (Glühzündung), überhitzte Ventile auf Grund zu geringen Ventilspiels und falsch montierte oder beschädigte Zylinderkopfdichtungen verursacht werden. Dabei entstehen sehr hohe Temperaturspitzen, die bis zum Schmelzpunkt des Kolbenmaterials von ca. 577°C gehen. Auch zu mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch durch falsche Vergasereinstellungen oder Störungen am Gemischregler bzw. den Einspritzdüsen (Verschmutzung) bei Benzineinspritzanlagen sowie Kraftstoff mit zu geringer Oktanzahl und zu frühe Zündung führen zu Verbrennungsstörungen (siehe 2.2.2 und 3.7). Daraus kann in der Folge Glühzündung entstehen, die zu dem beschriebenen Schadensbild führt.

Abhilfe:
Vorgeschriebenen Kraftstoff (Oktanzahl) verwenden. Auf korrekte Einstellung von Zündung, Vergaser und Einspritzanlage achten. Fahrzeuge, die längere Zeit nur im Kurzstreckenverkehr bewegt werden, bei der nächsten Autobahnfahrt nicht sofort voll belasten. Bei nachgearbeitetem Zylinderkopf oder Zylinderkopfauflagefläche des Zylinderblocks dickere Dichtung einbauen oder bei Übermaßkolben auf geringere Kompressionshöhe achten.

3.2.2 Abschmelzungen am Boden und am Feuersteg beim Dieselmotor

Befund:
Der Feuersteg in Bild 1 ist oberhalb des Ringträgers angeschmolzen.

In Bild 2 geht die Anschmelzung bereits über die ganze Höhe des Feuerstegs bis zum Kolbenboden. Der Ringträger ist in beiden Fällen ausgebrochen.

Der Kolbenboden in Bild 3 zeigt beginnende Anschmelzungen am Mulden- und Bodenrand, während der Boden- und Feuerstegbereich in Bild 4 vollständig zerstört ist.

Ursache und Wirkung:
Unverbrannter Kraftstoff nach Zündverzügen und Zündaussetzern lagert sich im Spalt zwischen Feuersteg und Zylinder ab. Dies führt zum einen zu erhöhtem Ringverschleiß (2.1.7), zum anderen entzündet sich der angesammelte Kraftstoff unkontrolliert. Örtlich entstehen dabei so hohe Temperaturen, daß der Schmelzpunkt des Kolbenmaterials von 577°C überschritten wird. Im weiteren Schadensverlauf können die Abschmelzungen in Bild 1 bzw. 2 bis zum Totalschaden in Bild 4 gehen.

Die Ursachen für diese Verbrennungsstörungen sind zu geringer Verdichtungsdruck (durch Verschleiß, zu großes Spaltmaß oder falsche Steuerzeiten) sowie Fehler in der Einspritzanlage (wie z.B´. verkokte und schlecht schließende Düsen oder zu große Kraftstoffeinspritzmengen.

Die Abschmelzungen am Boden- und Muldenrand in Bild 3 sind auf vergrößerte Einspritzmengen zurückzuführen. Beschädigte Einspritzdüsen oder falsch eingestellte Einspritzpumpen (zur Leistungssteigerung) führen zu überhöhten Temperaturen.

Abhilfe:
Einspritzmenge und Einspritzzeitpunkt nach Motorenherstellerangaben einstellen. Einspritzdüsen auf korrekten Abspritzdruck und Dichtheit prüfen. Das vorgeschriebene Spaltmaß nach Zylinderkopf- oder Blockbearbeitung einhalten, ggf. Kolben mit reduzierter Kompressionshöhe einbauen.

3.3.1 Ventil- und Zylinderkopfaufschläge

Befund:
Bild 1 zeigt auf dem Kolbenboden die Einschlagmarkierung eines Ventiltellers. Am Rand der Einschlagstelle ist deutlich sichtbar das verdrängte Kolbenmaterial aufgeworfen.

In Bild 2 ist der Kolbenboden um ca. 5 mm deformiert und hat sich der Brennraumform des Zylinderkopfs angepaßt.

Bei einem Dieselmotor ist der Bodenrand verformt und der Feuersteg angelaufen (Bild 3).

Ursache und Wirkung:
Im Falle des Ventilteller-Abdrucks ist offensichtlich die Ursache nicht beim Kolben zu suchen. Für solche Schäden sind falsche Steuerzeiten (Nockenwelleneinbau), gebrochene Ventilfedern oder Ölkohleaufbau am Ventilschaft sowie fehlendes Ventilspiel verantwortlich.

Im zweiten Fall hat sich wahrscheinlich durch eine lose gewordene Pleuelschraube der Kolbenhub vergrößert und der Kolben ist am Zylinderkopf angeschlagen. Einerseits wurde das Kolbenmaterial in den Verbrennungsraum verdrängt und andererseits wurde im Bereich der Anschlagfläche die Ringpartie bis auf den Schaft gestaucht. Nur durch die Zähigkeit des gepreßten Kolbenwerkstoffs wurde in diesem Fall ein Zerbrechen des Kolbens verhindert.

Das Anlaufen am Feuersteg in Bild 3 ist eine besonders bei Dieselkolben für Motoren mit Direkteinspritzung vorkommende Erscheinung. Durch am Kolbenboden entstehenden Ölkohleaufbau, der dicker ist als das Spaltmaß, kommt es zu Anschlägen am Zylinderkopf. Dadurch wird der Feuerstegrand verformt und läuft am Zylinder an. Schlimmste Folge dieses Anlaufens sind Fresser und abgerissene Kolben. Auch Flüssigkeiten (Öl oder Kraftstoff), die sich zum Beispiel bei V-Motoren oder bei liegenden Motoren in der unteren "Ecke" des Brennraums nach dem Abstellen in Störfällen ansammeln, können zu solchen Materialverdrängungen führen.

Abhilfe:
Beim Zusammenbau des Motors auf richtigen Einbau der Steuerorgane achten. Spaltmaß zwischen Zylinderkopf und Kolbenboden sowie Kolbenbodenüber- oder Rückstand bei allen Zylindern überprüfen. Bei hartem Laufgeräusch Motor überprüfen, bevor größerer Schaden eintritt.

3.3.2 Einsenkung des Kolbenbodens

Befund:
Der Kolbenboden ist eingedrückt. Anschlagspuren sind nicht sichtbar.

Ursache und Wirkung:
Der gestörte Verbrennungsablauf (Glühzündung) verursachte überhöhte Temperaturen ohne örtliche Überhitzungen. Die Werkstoffestigkeit wird durch diese Überhitzungen herabgesetzt, so daß der Kolbenboden den Verbrennungsdrücken nicht mehr standgehalten hat und nach innen durchgewölbt wurde. Bei weiterer Erwärmung wäre dann der Kolbenboden durchgebrochen.

Abhilfe:
Zu magere Vergasereinstellung durch regelmäßige Kontrolle verhindern und bei Benzineinspritzmotoren richtige Gemischzusammensetzung sicherstellen.

3.4 Fremdkörper

Befund:
Im Kolbenboden sind Teile eingedrückt durch das Anschlagen am Zylinderkopf (Bild1).

Ursache und Wirkung:
Der Querschliff und die vergrößerte Aufnahme (Bild 2) zeigt, daß es sich hier beim eingedrückten Werkstoff um einen vergüteten Grauguß handelt, der offensichtlich von außen in den Verbrennungsraum gelangt ist oder von den Ventilsitzen stammt, da die Kolbenringe unbeschädigt sind. Wenn dabei nur die Bewegungsfreiheit der Ringe behindert bzw. die Zylinderwand geschädigt wird, und nicht gleich der Kolbenboden durchgeschlagen wird, tritt solch ein Schaden nicht sofort in Erscheinung. Erst ein Folgeschaden bringt dann oft den Ausfall des Motors.

Abhilfe:
Beim Zusammenbau des Motors oder bei Raparaturarbeiten am offenen Motor peinlich darauf achten, daß keine Fremdteile in den Triebwerksbereich und in die Verbrennungsräume gelangen.

3.5 Bruch des Feuerstegs

Befund:
Der Feuersteg ist gewaltsam gebrochen. Der Kolben zeigt keine Spuren einer vorangegangenen Überhitzung.

Ursache und Wirkung:
Der Kolben stammt aus einem Zweitakt-Ottomotor, der nach einem Motagefehler zu Bruch kam.

Bei der Montage des Kolbens in den Zylinder federte der erste Ring in den Auslaßkanal des Zylinders ein. Durch die gewaltsame Montage ist der Feuersteg angerissen. Nach kurzer Laufzeit kam es dann zum Bruch.

Abhilfe:
Bei der Kolbenmontage immer Ringspannbänder verwenden. Bei Zweitaktkolben Einbaurichtung (Ringstöße nicht bei Kanalöffnungen) beachten und beim Einschieben nicht verdrehen. Niemals mit Gewalt (kräftiges Klopfen oder ähnliches) einbauen.

3.6 Abgetragener Bodenrand und Feuerstegbeschädigungen

Befund:
Beim Ottomotorkolben in Bild 1 wie auch beim Dieselmotorkolben in Bild 2 ist der Feuerstegrand wie "abgefressen". In der Rasterelektronenmikroskopaufnahme in Bild 4 ist sichtbar, daß es sich um keine Abschmelzungen handelt, sondern um abrasiven Verschleiß.

In Bild 3 ist am Rand der Bodenmulde des Dieselkolbens das Kolbenmaterial verdrängt.

Ursache und Wirkung:
Bei beiden Motortypen hat Ölkohleaufbau ("Koks") in der Zylinderanfasung zum Anlaufen der Kolbenkante geführt. Auch am Dichtungsrand im Bereich der Quetschkante des Zylinderkopfs kann sich diese Ölkohle aufbauen. Das Anlaufen führt zu Materialverdrängung sowie zu abrasivem Verschleiß und die Ölkohleschicht konnte entsprechend des Kolbenverschleißes wachsen. Durch Glühzündungen kann die Kolbenkante anschmelzen, der Abtrag wird dadurch beschleunigt.

Bei Wirbelkammerdieselmotoren setzen sich an der heißen Unterseite des Wirbelkammereinsatzes bevorzugt Ölkohle und Verbrennungsrückstände ab, gegen die dann der Kolben anschlägt. Oft sind diese Abtragungen vom Außen- und Lochdurchmesser des Einsatzes exakt begrenzt (Bild 3). Anlaufstellen am Feuersteg belegen meist die Materialverdrängung.

Der Kolbenwerkstoff zeigt in der Laboruntersuchung keine Anschmelzungen,

Abhilfe:
Zylinderoberkante nicht zu stark anfasen. Auf richtige Zylinderkopfdichtung achten.

3.7 Erosion an Boden und Feuersteg

Befund:
Die Kolben in Bild 1 und 2 zeigen im Feuerstegbereich erosionsartige Oberflächenbeschädigungen.

In Bild 3 sind diese Erscheinungen nur am Muldenrand und in Bild 4 zusätzlich auch am Boden sichtbar.

Ursache und Wirkung:
Zur besseren Unterscheidung werden Otto- und Dieselmotor getrennt behandelt.

Ottomotor (Bild 1):

Hochfrequente Druckschwingungen bei sehr zündwilligem Kraftstoff-Luft-Gemisch (niedere Oktanzahl), verbunden mit erhöhten Temperaturen führen am Bodenrand, Feuersteg und der Kante der ersten Verdichtungsnut zu erosionsartigen Oberflächenbeschädigungen durch "klopfende" Verbrennung (siehe 2.2.2).

Dieselmotor:

Erosion am Bodenrand, Feuersteg und an der Kante der Notoberflanke (Bild 2): zu viel eingespritzter Kraftstoff oder Kraftstoff mit nicht ausreichender Zündwilligkeit (Cetanzahl) führt zu Beschädigungen mit Nebenbrennraumeffekt.

Erosion am Muldenrand (Bild 3): überspritzender Kraftstoff durch eine Düsenzerstörung entzündet sich an der heißen Oberfläche des Muldenrandes und reißt örtlich Materialpartikel heraus.

Erosion am Kolbenboden (Bild 4): auch hier hat sich überspritzender Kraftstoff entzündet und einen Nebenbrennraum gebildet. Bevorzugt tritt dies unter dem heißeren Bereich des Auslaßventils auf (siehe auch 3.2.2).

Abhilfe:
Ottomotor: nur Kraftstoff mit vorgeschriebener Oktanzahl tanken. Einstellung des Vergasers bzw. der Einspritzanlage sowie dem Zündzeitpunkt regelmäßig prüfen.

Dieselmotor: Einspritzdüsen reinigen oder tauschen, korrekten Sitz prüfen. Auf richtige Einspritzmenge und den genauen Einspritzzeitpunkt achten. Kraftstoff mit ausreichender Zündwilligkeit (Cetanzahl) verwenden.

3.8 Risse am Kolbenboden

Befund:
Bild 1 zeigt den Riß in einem Kolben eines Sportmotors mit Bruchverlauf in Bolzenrichtung. In den Bildern 2 und 3 ist der Rißverlauf in Druck-/Gegendruckrichtung, d.h. senkrecht zur Bolzenachse und in Bild 4 hat der Boden ein Rißnetzwerk.

Ursache und Wirkung:
Ottomotor (Bild 1): sehr hohe mechanische Belastungen beim Sport- und Renneinsatz, verbunden mit hoher Erwärmung des Bodens führen zum Bruch mit Durchbrenner. Die Bruchlinie verläuft in Bolzenrichtung.

Dieselmotor: der Kolben aus einem Wirbelkammermotor (Bild 2 und 3) ist im Bodenbereich in der Nähe des Einschußkanals besonders hoch wärmebeaufschlagt. Durch behinderte Wärmedehnung infolge der Temperaturunterschiede am Boden entstehen im Oberflächenbereich plastische Verformungen, die bei Abkühlungsphasen zu Anrissen führen können.

Durch die Gasdruckbelastung verformt sich der Boden vor allem senkrecht zur Bolzenrichtung und begünstigt den Rißfortschritt von der Bodenaußenseite und kann zum Durchreißen des ganzen Bodenquerschnitts führen.

Beim Kolben des Vorkammermotors (Bild 4) trifft der Flammenstrahl in der Mitte der flachen Mulde auf. Zu hohe Temperaturbelastungen führen dann zu den Bodenrissen.

Bodenrisse durch Fremdteile oder Anschlagen am Zylinderkopf siehe 3.3.1.

Abhilfe:
Ottomotor: für Sporteinsätze geeignete Kolben, z.B. aus gepreßten Rohlingen mit höherer Festigkeit verwenden.

Dieselmotor: Steigerung der Motorleistung durch Erhöhung der Einspritzmenge oder Veränderung der Einspritzpumpenabregelung führt zu erhöhter Temperaturbelastung des Kolbens. Deshalb Einstellung nur nach den Daten des Motorenherstellers.

3.9 Muldenrandanrisse

Befund:
Der Muldenrand der beiden Direkteinspritzer-Dieselkolben ist eingerissen. Beim Kolben in Bild 1 ist der durch die kugelige Form der Brennraummulde hinterschnittene Bund tief eingerissen. Der Kolben in Bild 2 hat kurze, dafür jedoch breite klaffende Risse am Muldenrand.

Ursache und Wirkung:
Hohe Temperaturbeanspruchung bei Dieselkolben und der dabei entstehende große Temperaturunterschied zwischen Muldenrand und dem umgebenden Kolbenbodenbereich führt zur behinderten Wärmedehnung und deshalb zu Druckspannungen am Muldenrand bis über die Streckgrenze hinaus und somit zur plastischen Verformung des Werkstoffes. Beim Abkühlen "fehlt" das durch die Stauchung verdrängte Material und es entstehen Zugspannungen, die zum Anriß führen.

Scharfkantige und hinterschnittene Muldenränder sowie Verschneidungskanten von Ventilnischen am Muldenrand sind besonders gefährdet.

Bei der Bewertung der Risse ist deren Lage äußerst wichtig. Risse am Muldenrand in Bolzenrichtung oder an Ventilnischen führen in kürzester Zeit zum Durchreißen des Kolbens bis zur Bolzenbohrung.

Kleine Risse, die in Druck-/Gegendruckrichtung verlaufen, wirken wie "Entlastungen". Sie können auch bei normaler Belastung nach sehr langer Laufzeit auftreten, ohne daß es zu Funktionsstörungen des Kolbens kommt.

Abhilfe:
Einspritzmenge und Einspritzzeitpunkt genau einstellen. Überhöhte Leistung z.B. durch Drehzahlerhöhung (Pumpenabregelung verändert) führt auf Grund der höheren Temperaturbelastung zu Anrissen, deshalb nur nach den Daten des Motorenherstellers einstellen.

4 Abstützungen - Bolzenlagerung

4.1 Risse in den Bolzenaugen (Spaltbrüche)

Befund:
Ausgehend von einer Bolzenbohrung ist der Kolben bis zum Feuersteg gerissen (Bild 1). In Bild 2 ist der Riß bereits bis zum Kolbenboden fortgeschritten und ausgebrannt. In Bild 3 ist die Bolzenaugenabstützung angerissen.

Ursache und Wirkung:
Bei Überlastung des Kolbens z.B. durch Leistungssteigerung ohne Anpassung des Kolbens werden die Randquerschnitte der Bolzenaugen überbeansprucht. Ausgehend von der innenliegenden oberen Kante der Bolzenbohrung oder von Schmierölbohrungen im Auge unter dem Einfluß der bei Überbelastung zusätzlichen Temperatursteigerungen bilden sich diese Risse. Diese breiten sich, im Gegensatz zum Muldenrand- oder Bodenriß, entsprechend der Belastung in Richtung Kolbenboden aus. Der Kolben kann "gespalten" werden (Spaltbruch). In der Folge kann es zum Durchbrenner mit Begleiterscheinungen wie Fresser (durch zu große Wärmeausdehnung und Schmierölmangel) kommen.

Die Queranrisse in den Bolzenaugenabstützungen (Bild 3) sind durch hohe Temperatur und hohe Zünddrücke beim Renneinsatz entstanden. Der Kolben kann im weiteren Verlauf vollständig abreißen.

Auch die Kolbenbolzen können einen Anriß auslösen. Bei Überbeanspruchung werden zu dünnwandige Bolzen extrem abgeplattet und verursachen Schäden in der in Bild 1 gezeigten Art.

Anschläge am Zylinderkopf durch Ölkohle oder falsches Spaltmaß (3.3.1) führen zur Überlastung der Bolzenlagerung und damit zum Nabenriß oder sogar zum Spaltbruch. Flüssigkeitsschläge (Wassereintritt durch defekte Zylinderkopfdichtung) können ähnliche Folgen haben.

Abhilfe:
Bei Sport- und Renneinsätzen nur Kolben, die der höheren Belastung angepaßt sind, verwenden. Den Bolzenquerschnitt nicht willkürlich wegen geringen Massenkräften verkleinern. Überlastung durch falsche Zünd- und Einspritzzeitpunkte (bei Dieselmotoren) vermeiden.

4.2 Nabenanriß

Befund:
In Bild 1 sind Risse sichtbar, die nicht bis zum Rand der Bolzenbohrung verlaufen bzw. vom Rand ausgehen. Der aufgeschnittene Kolben in Bild 2 zeigt dies noch deutlicher.

Ursache und Wirkung:
Diese Nabenrisse, die meist nur bei Dieselmotoren vorkommen, beginnen einige Millimeter entfernt von der Innenkante der Bolzenbohrung. Die Anrisse treten bei hohem Temperaturniveau in der Abstützung und bei hohen Zünddrücken auf. Sie werden meist erst nach langer Laufzeit beobachtet und können bis zur Ringpartie und zur Brennraummulde fortschreiten.

Abhilfe:
Motorüberlastungen vermeiden. Genaue Einstellung des Einspritzzeitpunktes und der eingespritzten Kraftstoffmenge beachten.

4.3 Fresser in der Bolzenbohrung

Befund:
Das Bild des aufgeschnittenen Kolbens zeigt im Bolzenauge, besonders im Bereich der abstützenden Wand, Freßstellen. Da der Kolben keine Nut für eine Bolzensicherung hat, ist der Bolzen im Pleuel festgehalten - d.h. Klemm- oder Schrumpfpleuel-Lagerung.

Ursache und Wirkung:
Die beiden heute üblichen Bauarten der Bolzenlagerung (schwimmende Bolzenlagerung oder Klemmpleuel) werden nachfolgend getrennt beschrieben.

Klemm- oder Schrumpfpleuel:

bei dieser heute weit verbreiteten Bauart ist der Kolbenbolzen im Pleuel festgehalten. Eine Bewegung ist nur zwischen Bolzen und Kolben möglich. Diese Pendelbewegung um nur wenige Winkelgrade stellt im Gegensatz zur schwimmenden Bolzenlagerung höhere Anforderungen an die Schmierung. Deshalb muß mit Schmiereinrichtungen wie Nuten und Bohrungen eine ausreichende Ölversorgung im Bolzenauge gesichert werden. Im vorliegenden Fall war fehlende Schmierung nicht die einzige Ursache. Auf Grund der Lage des Bolzenfressers im Bereich der Seitenwand kann man davon ausgehen, daß das Spiel zwischen Kolben und Bolzen zu gering war. Durch Spielmangel und in der Folge Mangelschmierung kam es zu Fressen in der Bolzenbohrung.

Schwimmende Bolzenlagerung:

wenn bei dieser Bolzenlagerung, bei der eine freie Drehbewegung des Bolzens im Bolben sowie im Pleuel möglich ist, sich der Bolzen durch zu geringes Spiel oder Verklemmen im Pleuel nur noch im Kolben bewegen kann, ist das vorgesehene Bolzenspiel im Kolben und meist auch die Schmierölversorgung nicht mehr ausreichend. In der Folge kommt es zu Fressern in der Bolzenlagerung. Durch die dabei entstehende Erwärmung sind dann Schaftfresser entsprechend 1.4 möglich.

Abhilfe:
Spiel zwischen Pleuelbuchse und Kolbenbolzen vor dem Zusammenbau nach Herstellerwerten überprüfen bzw. auf Leichtgängigkeit achten (Spiel ca. 1 bis 2 Promille vom Bolzendurchmesser). Bei Kolben, besonders für Klemm- und Schrumpfpleuel, Bolzen und Bolzenaugen vor der Montage gut einölen und nach dem Zusammenbau die freie Beweglichkeit zwischen Kolben und Bolzen prüfen.

4.4 Lose oder gebrochene Bolzensicherung

Befund:
Der Bereich über und unter den Bolzenaugen ist ausgearbeitet, dies wird auch als "ausgekolkt" bezeichnet. Die Oberfläche ist blank und glatt gescheuert. Im Laufbereich dieser beschädigten Kolbenpartie ist die Zylinderoberfläche ebenfalls angegriffen.

Durch lose abgebrochene Teile der Bolzensicherung wird auf Grund der Massenkräfte bei der Hubbewegung des Kolbens der Kolbenwerkstoff "ausgemahlen", wobei diese Hohlräume bis zur Ringpartie ausgeweitet werden können, selbst die Ringe werden abgearbeitet.

Ursache und Wirkung:
Für den Bruch der Bolzensicherung gibt es mehrere Ursachen. Durch zu große Verformung bei der Montage wurde entweder die Sicherung angerissen oder die Vorspannung wurde zu gering. Die angreifenden Massenkräfte führen dann zum Bruch oder aber zum allmählichen Lösen, Freischlagen oder sogar herausspringen der vorspannungslosen Sicherung.

Auch axialer Schub des Bolzens gegen die Sicherung lassen diese verschleißen oder die Sicherungsnut aufweiten. Schieflauf des Kolbens auf Grund von Triebwerksfehlern ist für diesen Schadensverlauf verantwortlich.

Wenn die Sicherungsringe erst einmal aus der Nut gedrückt oder gebrochen sind, ist die Zerstörung nicht mehr aufzuhalten. Die Bruchstücke oder auch nur ein einzelnes Teil leisten ihre Zerstörungsarbeit, bei der der Zylinder oft so geschädigt wird, daß ein Aufbohren innerhalb der zulässigen Durchmesser nicht mehr möglich ist. Dabei können kleinere Bruchstücke auch durch die innere Bohrung des Bolzens wandern und solche Auskolkungen auch auf der gegenüberliegenden Seite (wo die Sicherung durchaus noch einwandfrei sitzen kann) erzeugen.

Abhilfe:
Beim Einbau der Bolzensicherung eine geeignete Zange verwenden, um Überbeanspruchung des Ringes zu vermeiden. Durch Drehen des eingebauten Ringes richtigen Sitz und Spannung kontrollieren. Triebwerk durch Spaltmessung (siehe 1.5) auf richtige Lage (kein Schieflauf!) kontrollieren. Die richtige Sicherung in die richtige Nut einbauen (Runddrahtsicherung in runde Nut, Seeger-Sicherungsringe und Flachdraht-Sicherungen in rechteckige Nut). Beim Eindrücken des Kolbenbolzens nicht mit großer Kraft gegen die als Anschlag bereits eingebaute Sicherung drücken. Die Sicherung soll nicht so eingebaut werden, daß der Stoß seitlich (waagerecht) liegt wegen des Einflusses der Massenkräfte.

4.5 Durch Gewalt ausgebrochene Kolbenwand

Befund:
Um das Bolzenauge ist die Kolbenwand vom Nutengrund der Bolzensicherung aus herausgebrochen. Die Sicherung wurde vom Bolzen während des Betriebs nicht weiter heruasgedrückt, eine weitere Zerstörung ist deshalb nicht aufgetreten.

Ursache und Wirkung:
Die Passung zwischen Kolben und Bolzen wird zum Teil noch als Festsitz hergestellt. Zum Einbau des Bolzens muß der Kolben deshalb auf ca. 80 - 100°C erwärmt werden. Falls dies nicht sorgfältig erfolgt oder bei der Montage Schwierigkeiten auftreten, weil z.B. die Lagerbohrung im Pleuelkopf nicht gleich gefunden wird und der Kolben wieder abkühlt, wird beim weiteren Einschlagen mit Gewalt die gegenüberliegende Kolbenwand hinausgedrückt oder so stark beschädigt, daß diese während des Betriebs bricht.

Im vorliegenden Fall wurde bei einer sogenannten "schwimmenden" Passung der Bolzen eingeschlagen, vielleicht weil die Winkligkeit des Pleuels nicht in Ordnung war oder die Fluchtung beim Einbau nicht hergestellt wurde. Dabei ist dann die auf der Anschlagseite bereits eingebaute Bolzensicherung gegen die außenliegende Wand der Sicherungsnut geschlagen worden. Die Kolbenwand wurde rings um das Bolzenloch angerissen. Während des Betriebs ist dann dieses Materialstück herausgebrochen. Daß dieser Schaden bereits beim Einbau verursacht wurde, ist aus dem Schadensbild zu ersehen. Hätte der Bolzen während des Betriebs auf die Sicherung gedrückt und damit den Bruch ausgelöst, wäre die Sicherung auch aus ihrem Sitz gedrückt worden und ein größerer Schaden wäre die Folge gewesen.

Abhilfe:
Bei Festsitzpassungen des Bolzens im Kolben, diesen auf die vorgeschriebene Temperatur erwärmen und den Bolzen zügig einschieben; am besten Führungsbolzen verwenden. Bei Spielpassungen den Bolzen vorsichtig einschieben. Keinesfalls Bolzen einschlagen.

5 Kolbenbolzen

5.1 Gebrochener Kolbenbolzen

Befund:
Der Kolbenbolzen ist quer gebrochen, der linke, kürzere Teil weist außerdem einen Längsriß auf. Der Ausgang des Bruchs liegt offensichtlich an der Schnittstelle der beiden Bruchebenen. An diesem Punkt, an den Laufspuren als die Scherstelle zwischen Bolzen- und Pleuelauge zu erkennen, ist auch die Einsatzschicht ausgebrochen. Nach dem Bruch des Bolzens wurde das Bolzenauge zerstört.

Ursache und Wirkung:
Die Bruchstelle im Schnittpunkt der beiden Ebenen liegt an der am stärksten beanspruchten Stelle des Bolzens. Die beiden Bruchebenen sind durch verschiedene Beanspruchungen entstanden, der Querbruch durch Scherbeanspruchung und der Längsriß durch die Ovalverformung auf Grund der Biegung des Bolzens. Aus beiden ist eine Überlastung des Bolzens abzuleiten. Ursache dafür kann ein gegenüber der Serienauslegung verwendeter, zu dünnwandiger Kolbenbolzen sein, z.B. beim Tunen des Motors sowie die Überlastung des serienmäßigen Kolbenbolzens durch Tuning. Auch ein "Wasserschlag" kann nicht ausgeschlossen werden.

Abhilfe:
Auf Beschädigung oder Risse an den Dichtflächen von Zylinderblock und -kopf achten. Zylinderkopfschrauben nach Vorschrift anziehen bzw. nachziehen. Originalkolbenbolzen nicht durch leichtere, dünnwandige Bolzen ersetzen.

6 Zylinderbuchsen

6.1 Kavitation an Zylinderbuchsen

Befund:
Der Wassermantel der Zylinderbuchse zeigt lochartige Anfressungen. Diese Anfressungen sind bevorzugt bei Motoren mit nassen Zylinderbuchsen im Bereich des Kolbenumkehrpunktes, d.h. im oberen und unteren Totpunkt. Bei Zylinderbuchsen, die im Bereich des oberen Totpunktes am Bund fest gespannt sind, tritt diese Erscheinung nur im Bereich des unteren Totpunktes auf (Bild 1). Wichtig bei dieser Beobachtung ist, daß diese Anfressungen nur in Druck-/Gegendruckrichtung oder oftmals nur auf der Druckseite auftreten. Zur Bestimmung der Kavitation, zum Unterschied von der normalen Korrosion, muß beachtet werden, daß bei der Kavitation tiefere Anfressungen in der Buchsenwand sind, die sich in die Wand hinein erweitern (Bild 2). Im Gegensatz dazu zeigt die normale Korrosion nur eine oberflächliche Anfressung ohne diese vertiefenden und erweiternden Löcher. In der Praxis wird sich aber meist ein Übergangsstadium ausbilden, d.h. die Kavitationslöcher werden durch Korrosion erweitert.

Ursache und Wirkung:
Kavitation an der Zylinderaußenwand entsteht durch Schwingungen der Buchse. Diese Schwingungen werden während der Kolbenbewegung durch Anschlagen des Kolbens besonders im Bereich des Umkehrpunktes erregt. Dadurch wird der umgebende Wassermantel zum Schwingen gebracht. Beim Zurückweichen der Zylinderwand während einer Schwingungsphase entsteht dabei kurzzeitig ein Vakuum im Wasser. Dies führt an dieser Stelle zur Dampfblasenbildung. Diese Dampfblasen implodieren beim Zusückschwingen der Wassersäule. Das auf die Oberfläche "stürzende" Wasser bewirkt dann die Ausarbeitung (Erosion) der Oberfläche.

Die Kavitation tritt besonders bei Motoren auf, die bei tieferen Betriebstemperaturen betrieben werden (ca. 50 - 70°C). Motoren, die im Temperaturbereich 90 - 100°C betrieben werden, zeigen diese Erscheinung weniger, da die Dampfblasenbildung durch Schwingungen aufgrund des größeren Wasserdrucks im geschlossenen Kühlsystem geringer ist.

Der Motorenkonstrukteur hat durch konstruktive Maßnahmen Einfluß auf die Kavitationsbildung. Zum einen kann er die Wanddicke der Zylinderbuchse entsprechend auslegen oder durch geeignete Kühlflüssigkeit die Kavitationsbildung weitgehend ausschalten. Andererseits wird durch korrekte Spielgebung der Anlagewechsel des Kolbens gemildert, so daß die Buchse dadurch nicht zum Schwingen angeregt werden kann.

Abhilfe:
Der Aufnahmedurchmesser des unteren Buchsenbundes im Motorblock darf bei korrodierter Oberfläche nicht nachgearbeitet werden (außer bei Verwendung von Buchsen mit größerem Außendurchmesser). Korrektes Kolbeneinbauspiel einhalten (Nachhonen der Buchse mit Durchmesservergrößerung und Wiedereinbau bereits gelaufener Kolben oder Kolben gleichen Durchmessers vermeiden). Entweder Aufbohren auf nächstgrößeres Übermaß und Übermaßkolben oder neues Assembly verwenden. Vorgeschriebene Dauerfrostfüllung mit Korrosionsschutz einfüllen oder dem Kühlwasser entsprechende Zusätze (Bohr- bzw. Scheideemulsion) zusetzen. Kein aggessives und säurehaltiges Wasser einfüllen. Auch destilliertes Wasser ist ungeeignet. Verschlußdeckel des Kühlsystems auf Überdruck prüfen (zu geringer Überdruck/Kühlsystemdruck nicht kavitationsbegünstigend).

6.2 Abgerissener Bund an Zylinderbuchsen

Befund:
Der Buchsenbund ist abgerissen und die Buchse zerbrochen. Der Kolben ist in dem gezeigten Schadensfall ebenfalls in mehrere Teile zerbrochen, weist aber keine Fresser auf (Bild 1). Der Bruch geht vom Radius unterhalb des Bundes aus und verläuft schräg nach oben (Bild 2). Der Feuerschutzrand ist auf etwa dem halben Umfang blank und nicht mit Verbrennungsrückständen bedeckt (Bild 3).

Ursache und Wirkung:
Auslöser des Bundabrisses ist die Überlastung durch ein Biegemoment in der Bundauflage. Normal wird die Zylinderkopfdichtung mit ihrer Einfassung zwischen Zylinderkopf und Buchsenbund eingespannt. Bei Überschreitung des vorgeschriebenen Anzugsdrehmoments oder bei Verwenden einer falschen (zu dünnen) Dichtung drückt der Zylinderkopf auf den Feuerschutzrand. Ebenso können Schmutzteile auf der Bundauflage oder ein zu großer Radius vom Nacharbeiten des Buchsensitzes zu unplaner Auflage und damit zu einem Biegemoment führen.

Das Biegemoment führt beim relativ spröden lamellaren Gußwerkstoff (GGL) des Zylinders zum Anreißen im Übergang des Buchsenbundes zur Zylinderzentrierung.

Die Größe des Biegemoments wird durch die von den Zylinderkopfschrauben aufgebrachten Dichtkraft bestimmt. Diese beträgt etwa das 2,5 . 3fache der Zündkraft (ca. 40 - 50 t bei normalen LKW-Motoren). Die Einleitung dieser Kraft auf den Feuerschutzrand der Buchse führt meist zum sofortigen Abreißen des Bundes und anschließendem Wassereintritt. In besonders schweren Fällen kann es zur Zerstörung des Motorblocks kommen, wenn der Schaden, wie in Bild 1 dargestellt, fortschreiten kann.

Abhilfe:
Vorgeschriebene Dichtung verwenden (billige Nachbaudichtungen sind zum Teil dünner oder werden stärker zusammengedrückt). Vom Motorenhersteller vorgeschriebene Anzugsdrehmomente und Drehwinkel genau einhalten.

Buchsensitz im Motorblock sorgfältig reinigen. Bei nachgearbeiteten Buchsensitzen auf Winkligkeit und Planheit achten. Radius in der Ecke kleiner als Anfasung des Buchsenbundes ausführen. Übergang Sitz zu Zentrierung anfasen oder Übergang zylindrisch andrehen. Buchsenüberstand gemäß den Angaben der Motorenhersteller beachten.

6.3 Zylinderbuchsenabdichtung undicht

Befund:
Bei Motoren mit "nassen" Zylinderbuchsen ist nach kurzer Laufzeit Wasser im Motorenöl. Nach Ausbau der Buchsen zeigen die Dichtringe (O-Ringe) Beschädigungen, wie sie in den Bildern 1 und 2 oder 3 dargestellt sind.

Ursache und Wirkung:
Die Beschädigungen an den in Bild 1 und 2 abgebildeten Dichtringen sind durch Einklemmen der Dichtringe zwischen Rand der O-Ring-Nut und Buchsenzentrierung entstanden. Die Ursache dafür ist ein Herausschieben der Buchse nach erfolgter korrekter Montage beim Drehen der Kurbelwelle z.B. zum Anziehen der Pleuelschrauben. Die O-Ringe können dabei aus der Nut im Motorblock austreten und werden beim Wiedereinschieben der Buchse, ohne Kontrolle der Dichtringlage in der Nut, in der Buchsenzentrierung eingeklemmt. Die dabei entstandenen Einschnitte lassen das Kühlwasser (Überdrucksystem!) in das Motoröl gelangen.

Fremdkörper und Schmutz in den Dichtringnuten (siehe Bild 3) führen ebenfalls zu Undichtheiten. Durch die Verdünnung des Motoröls mit Kühlwasser wird die Schmierfähigkeit und die Alterungsbeständigkeit (Verkokungsgrenztemperatur) erheblich herabgesetzt. Die Folge ist unter anderem starker Zylinder-, Kolbenring- und Kolbenverschleiß.

Abhilfe:
Dichtringnuten sorgfältig reinigen. Vor Einbau der Dichtringe Buchse einschieben und auf Leichtgängigkeit und korrekten Sitz prüfen. Nach dem Einbau der Dichtringe (Gleitmittel verwenden) Buchse vorsichtig einschieben, um das Einklemmen von Dichtringen zu vermeiden. Bei erschwertem Einbau Zylinderdurchmesser im Bereich der Dichtringe messen, um Einschnürungen durch eingeklemmte Dichtringe zu erkennen.

Buchsen durch geeignete Spannpratzen oder Haltestücke in eingebauter Lage festhalten, um das Herausdrücken beim Drehen der Kurbelwelle zu verhindern.

Kühlwassermantel nach Einbau der Buchsen abpressen, um eventuelle Undichtheiten vor dem endgültigen Zusammenbau bzw. dem Motorlauf festzustellen.

Text und Abbildungen sind einer Informationsbroschüre der Fa. Mahle GmbH, Stuttgart entnommen.