Die Aufgabe von Kolben und Pleuel im Dieselmotor
Kolben und Pleuel bilden eine Baugruppe, die den Verbrennungsdruck in die Drehbewegung der Kurbelwelle umwandelt. Im Dieselmotor einer Baumaschine erreicht der Zylinderdruck deutlich über 10 MPa. Der Kolbenboden steht in direktem Kontakt mit der Flamme, und die gesamte Baugruppe arbeitet tausende Betriebsstunden unter hoher Last, häufig in staubiger Umgebung und mit langen Leerlaufphasen.
Der Kolben dichtet den Brennraum ab, überträgt die Gaskraft auf das Pleuel und leitet Wärme an die Zylinderwand und das Öl ab. Das Pleuel gibt diese Kraft an die Kurbelwelle weiter und wandelt die Hubbewegung in eine Drehbewegung um. Verschleiß an einem Bauteil wirkt sich fast immer auf die anderen aus. Deshalb wird bei einer Instandsetzung die gesamte Baugruppe beurteilt: Kolben, Ringe, Kolbenbolzen, Pleuel, Lagerschalen und Zylinder.
Aufbau des Dieselkolbens
Kolben für Baumaschinenmotoren werden meist aus einer Aluminium-Silizium-Legierung gegossen. Bei hoch belasteten Motoren kommen auch Stahlkolben oder zweiteilige (gebaute) Kolben zum Einsatz. Ein typischer Kolben besteht aus mehreren Bereichen:
- Kolbenboden mit Brennraummulde – bei Direkteinspritzern ist der Brennraum im Kolben ausgeführt (meist in Omega-Form). Er bestimmt den Luftdrall und die Verbrennung der Kraftstoffmenge.
- Ringzone – drei Nuten: zwei für Verdichtungsringe und eine für den Ölabstreifring. Die erste Ringnut ist in der Regel durch einen eingegossenen Ringträger aus Gusseisen verstärkt, da sie bei der höchsten Temperatur arbeitet.
- Kolbenhemd – der Führungsteil, der die Seitenkräfte auf die Zylinderlauffläche überträgt. Es ist leicht oval und ballig geformt und hat oft eine reibungsmindernde Beschichtung (z. B. Graphit).
- Bolzennaben – Bohrungen für den Kolbenbolzen, der mit Sicherungsringen gesichert ist.
- Kühlkanal – ein ringförmiger Kanal unterhalb der Ringzone, der von Düsen im Motorblock mit Öl versorgt wird.
Die Kolbenkühldüsen spritzen Öl von unten in den Kühlkanal. Eine verstopfte, verbogene oder falsch sitzende Düse ist eine häufige Ursache für Überhitzung und Risse im Kolbenboden. Bei jeder Überholung sollten Durchgängigkeit und Ausrichtung der Düsen geprüft werden.
Kolbenringe – Verdichtungsringe und Ölabstreifring
Der erste Verdichtungsring hat bei Dieselmotoren meist einen Trapezquerschnitt. So verhindert die seitliche Bewegung des Kolbens das Verkoken der Nut. Der zweite Ring (häufig ein Minuten- oder Nasenminutenring) dichtet zusätzlich ab und unterstützt das Abstreifen des Öls. Der dritte, der Ölabstreifring, besitzt eine Schlauchfeder und Schlitze, durch die überschüssiges Öl von der Lauffläche in die Ölwanne zurückfließt.
Symptome verschlissener Kolbenringe
- starkes Blow-by aus der Kurbelgehäuseentlüftung, Öl wird am Peilstab oder Öleinfülldeckel herausgedrückt,
- steigender Ölverbrauch ohne sichtbare Undichtigkeiten,
- blauer Rauch, vor allem nach dem Start und bei plötzlichem Gasgeben,
- Kompressionsverlust an einem oder mehreren Zylindern, schlechteres Startverhalten und weniger Leistung.
Blauer Rauch kann auch andere Ursachen haben, etwa den Turbolader oder die Ventilschaftdichtungen. Vor dem Zerlegen des Motors lohnt sich daher die Diagnose, die im Ratgeber Warum raucht die Maschine blau? beschrieben ist. Kompressionsmessung, Druckverlusttest und eine Endoskopie durch die Injektorbohrung zeigen meist eindeutig, ob das Problem an den Ringen und der Zylinderlauffläche liegt.
Pleuel – Aufbau, Pleuelbuchse und Pleuellager
Das Pleuel ist ein geschmiedeter Stahlträger mit Doppel-T-Querschnitt und besteht aus drei Teilen:
- Pleuelauge – mit eingepresster Buchse (meist aus Bronze), in der sich der Kolbenbolzen dreht. Eine Schmierbohrung oder ein Schmierkanal führt zur Buchse, bei manchen Motoren versorgt eine Bohrung entlang des Schafts die Buchse mit Öl von der Kurbelwelle,
- Pleuelschaft – überträgt Druck- und Zugkräfte,
- Pleuelfuß mit Deckel – umschließt den Hubzapfen der Kurbelwelle über zwei Pleuellagerschalen.
Der Pleueldeckel kann durch Trennen und Bearbeiten oder durch Bruchtrennen (Cracken) abgetrennt werden. Bei gecrackten Pleueln zentriert die unebene Trennfläche den Deckel selbst. Der Deckel darf weder vertauscht noch verdreht werden, und die Trennfläche darf nicht geschliffen werden. Große Dieselmotoren haben häufig einen schräg geteilten Pleuelfuß, damit das Pleuel bei der Montage von oben durch den Zylinder passt. Pleuelschrauben sind in der Regel Dehnschrauben zur einmaligen Verwendung und werden nach Herstellervorgabe mit Drehmoment und Drehwinkel angezogen. Den Zustand von Lagerschalen und Zapfen behandeln wir ausführlicher im Artikel Kurbelwelle und Lagerschalen – Aufbau, Schäden und Instandsetzung.
Typische Kolbenschäden und ihre Ursachen
- Kolbenfresser am Hemd – Überhitzung des Motors, Ölmangel oder verdünntes Öl (z. B. durch Kraftstoff), zu geringes Einbauspiel, Überlastung im kalten Zustand.
- Ausgebrannter Kolbenboden oder Muldenrand – nachtropfende oder schlecht zerstäubende Einspritzdüse, zu früher Einspritzbeginn, zu große Einspritzmenge.
- Risse im Kolbenboden – thermische Überlastung, defekte Kolbenkühldüsen.
- Abrasiver Verschleiß der Ringzone – Staub, der über eine undichte Ansaugleitung oder einen beschädigten Luftfilter angesaugt wird.
- Verkokte, festsitzende Ringe und verglaste Laufflächen – langer Leerlaufbetrieb ohne Last.
- Verbogenes Pleuel – angesaugtes Wasser oder Kühlmittel im Zylinder (Wasserschlag).
Ein Kolbentausch ohne Beseitigung der Ursache führt zum erneuten Schaden. Bei ausgebranntem Kolbenboden sind Injektoren und Einspritzpumpe zu prüfen, bei einem Fresser das Kühl- und Schmiersystem, bei abrasivem Verschleiß die Dichtheit des Ansaugtrakts.
STD-Maß und Übermaße – den richtigen Kolben wählen
Die Bezeichnung STD steht für den vom Hersteller vorgesehenen Nenndurchmesser. Übermaße, meist 0,25 und 0,50 mm, werden bei Motoren verwendet, deren Zylinder direkt in den Block eingearbeitet sind: Nach dem Ausbohren und Honen des Zylinders wird ein größerer Kolben mit passenden Ringen eingebaut. Bei Motoren mit austauschbaren Laufbuchsen (nass oder trocken) wird in der Regel die Buchse ersetzt, und beim Ausbuchsen des Blocks kehrt der Zylinder auf das Nennmaß zurück. In beiden Fällen kommt ein STD-Kolben zum Einsatz.
Vor Bestellung und Einbau sollte Folgendes geprüft werden:
- Zylinderdurchmesser, Ovalität und Konizität sowie das Kolbeneinbauspiel,
- Ringstoßspiel im Zylinder und Höhenspiel der Ringe in den Nuten,
- Kolbenüberstand über der Blockoberfläche – bei vielen Motoren bestimmt er die Stärke der Zylinderkopfdichtung,
- Teilenummer des Kolbens und Motorvariante (Brennraummulde und Kompressionshöhe unterscheiden sich je nach Ausführung),
- Zustand der Pleuel: Geradheit, Parallelität der Achsen, Ovalität des Pleuelfußes und Spiel der Pleuelbuchse.
Ersatzteile und Generalüberholung bei WIBAKO
Im WIBAKO-Shop finden Sie Kolben für Baumaschinenmotoren, darunter den Kolben STD ⌀101 mm von Kolbenschmidt oder den Kolben Deutz 1013/2013, sowie Kolbenringe, Laufbuchsen, Pleuel und Lagerschalen. Einen Überblick über die verfügbaren Teilegruppen bietet der Artikel Motorteile für Baumaschinen. Am sichersten wählt man den Kolben anhand der Motornummer oder der Teilenummer aus. Im Zweifelsfall kontaktieren Sie uns mit Angabe von Motortyp und Motornummer.
Betrifft der Verschleiß die gesamte Kolben-Pleuel-Baugruppe, übernehmen wir die Reparatur und Generalüberholung von Verbrennungsmotoren: von der Demontage und Vermessung über die Bearbeitung und Zusammenstellung der Teile bis zum Zusammenbau des Motors. Beim Einbau von bei WIBAKO gekauften Teilen beträgt der Stundensatz 190 PLN netto. Arbeitsumfang und Termin vereinbaren wir individuell nach der Diagnose.
Häufig gestellte Fragen
Was verbindet den Kolben mit der Kurbelwelle?
Der Kolben ist über das Pleuel mit der Kurbelwelle verbunden. Das Pleuelauge sitzt auf dem Kolbenbolzen (meist über eine Bronzebuchse), der Pleuelfuß umschließt den Hubzapfen der Kurbelwelle über die Pleuellagerschalen.
Worin unterscheidet sich ein STD-Kolben von einem Kolben mit Übermaß 0,50?
Ein STD-Kolben hat den vom Motorhersteller vorgesehenen Nenndurchmesser. Ein Kolben mit Übermaß 0,50 ist um 0,50 mm größer und wird in einen auf dieses Maß ausgebohrten und gehonten Zylinder eingebaut. Nach dem Ausbuchsen kehrt der Zylinder auf das Nennmaß zurück, daher wird dann ein STD-Kolben montiert.
Welche Symptome deuten auf verschlissene Kolbenringe hin?
Typisch sind erhöhtes Blow-by aus dem Kurbelgehäuse, Ölverlust, blauer Rauch (besonders nach dem Start und beim Gasgeben) sowie Kompressions- und Leistungsverlust. Bestätigt wird dies durch Kompressionsmessung, Druckverlusttest oder Blow-by-Messung.
Kann man nur die Kolbenringe tauschen, ohne Kolben und Laufbuchsen zu ersetzen?
Nur wenn die Messwerte von Zylinder und Ringnuten innerhalb der Herstellertoleranzen liegen und die Lauffläche noch eine intakte Honstruktur aufweist. Neue Ringe in einer ovalen oder verglasten Lauffläche dichten schon nach kurzer Zeit nicht mehr ab.
Was ist das Kolbenhemd?
Das Kolbenhemd ist der untere Führungsteil des Kolbens, der die Seitenkräfte auf die Zylinderwand überträgt. Es ist leicht oval und ballig geformt und häufig reibungsmindernd beschichtet. Sein Tragbild zeigt daher gut, ob der Kolben einwandfrei gelaufen ist.
