Nockenwellen

Die Nockenwelle wird an mehreren Punkten gelagert. Dazwischen befinden sich die nockenförmigen Erhöhungen, welche die Ventile betätigen. An der Stirnseite befindet sich das Zahnrad für den Steuerriemen, außerdem die Nockenwellenverstellung, um die Öffnungszeiten drehzahlbedingt zu optimieren.

Es wird zwischen verschiedenen Bauweisen unterschieden, was die Ventilbetätigung betrifft. Die oben liegende Nockenwelle (Over Head Camshaft, kurz OHC) ist in den meisten Motoren zu finden. Dazu kommt aber noch die Variante der hängenden Ventile. Die englische Bezeichnung "Over Head Valve", kurz OHV, ist jedoch einfacher zu verstehen. Die Ventile befinden sich oberhalb der Nockenwelle. Die Nockenwelle muss nicht einmal im Zylinderkopf sein. Dadurch lässt sich der Brennraum besser optimieren. Aber auch bestimmte Motorbauformen wie Boxermotor oder V-Motor mit einzelnen Zylinderköpfen (für jeden Zylinder) kommen mit einer unten liegenden Nockenwelle.

Dabei werden die Ventile über Schlepphebel oder Kipphebel bedient. Der Nachteil eines OHV-Motors sind die hohen zu bewegenden Massen, was sich insbesondere bei hohen Drehzahlen negativ auswirkt. Daher ist die OHV-Technologie neben dem Boxer vor allem großen Dieselaggregaten vorbehalten, bei denen Drehmoment wichtiger als Drehzahl ist. Bei der oben liegenden Nockenwelle OHC muss noch nach Anzahl der Nockenwellen unterschieden werden. Sind zwei Nockenwellen vorhanden, handelt es sich um einen "Double Over Head Calmshaft"-Motor, kurz DOHC. Dabei sind DOHC-Motoren nicht zwingend Vier-Ventil-Motoren. Auslass- und Einlassventile können jeweils über eine Nockenwelle betätigt werden.

Die am häufigsten eingesetzte Nockenwelle ist die aus Guss. Guss-Nockenwellen sind einteilig, der Bereich der Nocken und der Lager wird speziell gehärtet, beispielsweise durch das Sintern. Daneben gibt es vereinzelt aber auch Stahlnockenwellen, die geschmiedet sind. In jüngster Zeit kommen aufgrund effizienterer Verarbeitungstechniken auch mehrteilige Nockenwellen zum Einsatz. Dabei können die belasteten Teile noch besser gehärtet werden, zudem erfolgt eine Gewichtseinsparung.

Zwischen Nockenwelle und Ventil befinden sich Stößel. Hier musste früher das Ventilspiel eingestellt werden. Das Spiel zwischen Stößel und Nocken muss auf ein Zehntelmillimeter genau eingestellt werden. Daneben gab es Tassenstößel mit Plättchen darin, die eine bestimmte Stärke aufweisen, die Shims (aus dem Englischen) oder Ventilplättchen. Bei Motorrädern sind sie heute noch gängig. Auch hier muss der Abstand exakt eingestellt werden. Heute werden sogenannte Hydrostößel eingesetzt. Das sind Stößel, die mit Motoröl gefüllt sind und durch den Öldruck den Abstand eigenständig regulieren.

Wie bereits erwähnt, müssen die Nocken einer Nockenwelle speziell gehärtet werden. Dabei kommt es immer wieder zu Nockenwellen, die den Anforderungen nicht genügen. Vor allem, wenn ein Motor völlig neu entwickelt wird. Entweder ist die mechanische Belastung höher oder die Nockenwellen wurden nicht ausreichend gehärtet. Die dadurch entstehenden Geräusche sind auch für einen Mechaniker schwer zuzuordnen. Ein drehzahlabhängiges Klappern oder Tackern kann darauf hinweisen.

Dieses Geräusch gibt es aber auch bei nicht korrekt eingestellten Ventilen, wenn noch keine Hydrostößel vorhanden sind. Es ist zu unterscheiden von einem Klackern, das nur anfangs nach dem Start des Motors zu hören ist. Insbesondere, wenn dieser über einen längeren Zeitraum (über Nacht beispielsweise) nicht lief. Dann kommt dieses Klackern von den Hydrostößeln. Das Geräusch bedeutet undichte Stößel, aus denen das Motoröl ausläuft (über Nacht, über Stunden). Dadurch kommt es zu einem Klackern beim Starten des Motors. Nun füllen sich die Stößel schnell mit Öl, das Geräusch ist weg.

Ab und zu, wenn der Motor über mehrere Stunden nicht betrieben wurde, kann auch eine blaue Rauchwolke aus dem Auspuff kommen. Das Motoröl im Zylinderkopf, das zum Schmieren des Ventiltriebs, der Nockenwellen und für die Hydrostößel benötigt wird, sammelt sich auf der Kopfoberseite. Es steht nun auch um die Ventile herum auf der Kopfoberseite. Sind die Ventilschaftdichtungen (zwischen Ventil und Kopf) verschlissen, rinnt das Motoröl hier in den Motorraum. Die Folge ist eine blaue Rauchwolke nach dem Starten des Motors.

Dazu gehört zunächst der regelmäßige Ölwechsel , der nach Angaben des Herstellers zu befolgen ist. Entweder nach dem Erreichen einer bestimmten Kilometerleistung oder nach einem bestimmten Zeitraum - je nachdem, was zuerst erreicht wird. Wichtig ist vor allem, ausschließlich vom Hersteller freigegebene Motoröle zu verwenden. In größeren Abständen nehmen die Mechaniker nach Herstellervorgaben auch den Ventildeckel ab und führen eine Sichtprüfung der Nockenwellen durch. Ob sich Einlaufspuren oder zu starker Abrieb eingestellt haben, kann mithilfe verschiedener Messverfahren geprüft werden.

Außerdem ist auch der Zahnriemenwechsel innerhalb der vom Hersteller vorgeschriebenen Intervalle wichtig. Ein verschlissener Zahnriemen oder Steuerriemen überdehnt zunächst. Damit sind die Öffnungszeiten ungenauer. Die Ermüdungserscheinungen reichen aber so weit, dass der Steuerriemen auch reißen kann. Daher sollte der Zahnriemen einschließlich Umlenk- und Spannrolle unbedingt innerhalb der Herstellervorgaben gewechselt werden. Bei Motoren mit Steuerkette sind die Wechselintervalle für Gleitschienen und Kettenspanner zu beachten. Außerdem das Spannen oder Ersetzen der alten Steuerkette, wobei dies in der Regel nicht vor 150.000 bis 200.000 km erfolgt.

Wer schon einmal die Ventile an einem Motor einstellen wollte, weiß, dass es dazu die Einstellwerte für einen kalten und einen betriebswarmen Motor gibt. Das ist der thermischen Ausdehnung der Bauteile geschuldet. Alles ist bei der Nockenwelle und dem Ventilspiel auf einen optimalen Lauf bei Betriebstemperatur ausgelegt. Daher sollte jeder Motor nach dem Kaltstart erst schonend auf Betriebstemperatur gebracht werden, bevor das Triebwerk maximalen Einsatz zeigen soll.