Ventile sind per Definition dazu bestimmt, Druck zu erhalten, abzulassen oder den Austausch flüssiger sowie gasförmiger Stoffe zu regeln, so auch bei den Viertaktmotoren unserer Motorräder. Wir schauen und hören trotzdem mal etwas genauer hin und erklären, worauf es bei der Pflege und Wartung des Ventiltriebs ankommt.
Falls eure Mühle klappert, als hätte sie mehr als nur eine Schraube locker, habt ihr entweder einen kapitalen Lagerschaden oder ihr fahrt eine Ducati mit Trockenkupplung. Könnt ihr allerdings beides sicher ausschließen, wäre es an der Zeit, sich mal wieder um das Einstellen des Ventilspiels zu kümmern. Aber auch, und gerade wenn es verdächtig leise im Zylinderkopf eures Motors zugeht und ihr keine Ahnung von der Historie des Fahrzeugs habt, besteht Handlungsbedarf. Ihr merkt schon, so oder so kommen wir nicht umhin, dem Ventiltrieb etwas Zeit und Aufmerksamkeit zu widmen.
Technik Ventiltrieb – Grundlagen
Bevor wir jetzt das Werkzeug zur Hand nehmen, ein paar theoretische Grundlagen zum besseren Verständnis: Jeder Viertaktmotor besitzt pro Zylinder mindestens zwei Ventile, ein Einlass- und ein Auslassventil. Diese steuern, wie ihr Name schon verrät, den Gasfluss im Motor, wobei das Einlassventil Frischgase einströmen lässt, also das Benzin-Luft-Gemisch, während das Auslassventil für den Abtransport dieses Gemisches nach erfolgter Verbrennung sorgt.
Im Detail sieht das wie folgt aus:
Erster Takt: Das Einlassventil öffnet und der Kolben bewegt sich nach unten beziehungsweise da es auch liegende Motoren gibt, er bewegt sich weg vom Ventil und vergrößert somit das Volumen des Brennraumes. Es entsteht ein Unterdruck und frisches Benzin-Luft-Gemisch wird angesaugt, oder bei moderneren Maschinen auch eingespritzt
Zweiter Takt: Das Einlassventil schließt und der Kolben bewegt sich in Richtung oberer Totpunkt (OT), das Gemisch wird komprimiert
Dritter Takt: Die Zündkerze bringt das extrem verdichtete Gemisch zur Explosion, der Kolben rast Richtung unterer Totpunkt. Beide Ventile sind geschlossen
Vierter Takt: Das Auslassventil öffnet und der Kolben schiebt das verbrannte Gemisch raus in Richtung Krümmer/Auspuff
Diese vier Takte nennt man Ansaugtakt, Verdichtungstakt, Arbeitstakt und Auspufftakt. Falls ihr übrigens ein Zweitaktmotorrad à la Yamaha RD oder Suzuki GT/TS fahrt, seid ihr hiermit vom Lernen befreit und dürft schon jetzt in die Pause gehen! Eure Karre besitzt schlichtweg keine Ventile, außer an den Reifen.
Dank Desmodromik das Trägheitsmoment von Feder und Ventil eliminieren
Woher wissen aber nun die Ventile, wann sie sich zu bewegen haben und wann sie besser die Füße stillhalten sollten? Sie selbst wissen es nicht, ihre Steuerung übernimmt die Nockenwelle. Diese veranlasst mit Hilfe ihrer Nocken über eine mechanische Umlenkung die Ventile dazu, sich zeitgenau zu öffnen, das Schließen übernehmen in der Regel Federn. Diese Regel gilt allerdings nicht für Ducati. In ihrem Desmodromik genannten Ventiltrieb übernimmt ein eigener Nocken samt gegabeltem Hebel die Aufgabe, das Ventil zu schließen. Dies soll höhere Drehzahlen ermöglichen, da das Trägheitsmoment von Feder und Ventil eliminiert wird.
Die Nockenwelle wiederum ist mit der Kurbelwelle des Motors über Zahnriemen, Steuerkette oder auch Königswelle verbunden. Dabei dreht die Kurbelwelle sich genau zweimal, während die Nockenwelle nur eine Umdrehung vollzieht. Das ist entscheidend für das Funktionieren des Viertaktprinzips. Vereinfacht gesagt entspricht eine Kurbelwellenumdrehung einmal Kolben auf und ab, also ANSAUGEN und VERDICHTEN, während der nächsten Umdrehung passiert dann ARBEITEN und AUSPUFFEN.
Das Nockenwellenrad besitzt immer doppelt so viele Zähne wie das der Kurbelwelle
Während dieser zwei Umdrehungen der Kurbelwelle dürfen sich die Ventile jedoch nur jeweils einmal öffnen, das Einlassventil bei der ersten und das Auslassventil bei der zweiten Umdrehung. Daher muss die Nockenwelle sich mit halber Kurbeldrehzahl bewegen. Dies bestätigt auch ein Blick in den Kettenkasten eures Motors. Egal ob Zahnriemen oder Steuerkette, das Nockenwellenrad besitzt immer genau doppelt so viele Zähne wie das der Kurbelwelle.
Die Ventile besitzen einen Schaft, gegen dessen Ende sich die mechanische Verlängerung oder Umlenkung des Nockens stemmt und das Ventil somit in den Brennraum schiebt und öffnet. Der Abstand zwischen diesem Ventilschaft und seinem Betätigungshebel wird Ventilspiel genannt. Da Metalle sich bei Erwärmung ausdehnen und im Zylinder sehr hohe Temperaturen herrschen, dehnen sich Ventilschäfte ebenfalls, wodurch sie länger werden. Ist nun das Ventilspiel zu klein, gelingt es dem Ventil nicht mehr mittels Federkraft in seine geschlossene Position zurückzukehren, weil sein Schaft an den Kipphebel stößt.
Der Ventiltrieb beim Motorrad – Fatale Folgen möglich
Das Ventil bleibt also dauerhaft leicht geöffnet. Dies hat fatale Folgen. Erstens leidet die Kompression des Motors, da es nie einen wirklich dichten Brennraum gibt. Zweitens verschieben sich bei zu geringem Ventilspiel auch die Steuerzeiten, also der Moment, in dem ein Ventil öffnet beziehungsweise schließt, weil ja der Nocken der Nockenwelle über seine Umlenkung früher auf den Ventilschaft trifft und diesen auch erst später wieder freigibt.
Dies hat unsauberen Motorlauf zur Folge. Drittens, und da wird’s gefährlich, wird gerade das Auslassventil im Betrieb extrem heiß. Seine Abkühlung holt es sich während der kurzen Momente, in denen es im Ventilsitz des Zylinderkopfes zur Ruhe kommt und die Wärme an diesen ableiten kann. Gelingt dies aber nicht oder nur unvollständig, da es durch zu geringes Ventilspiel ständig offen gehalten wird, erwärmt es sich immer weiter, beginnt zu glühen und reißt früher oder später ab. Braucht kein Mensch und der Motor auch nicht.
Der Ventiltrieb beim Motorrad – Verschobene Steuerzeiten
Bei zu großem Ventilspiel wird der Motor unnötig laut, der Verschleiß im Ventilapparat erhöht sich und natürlich verschieben sich auch hier die Steuerzeiten. Gefährlicher ist aber zu geringes Ventilspiel, da es wegen fehlender akustischer Rückmeldung oft unentdeckt bleibt. Doch warum überhaupt ändert sich das Ventilspiel, wenn es doch ab Werk exakt eingestellt war? Durch Verschleiß an den Nockenlaufbahnen und den darauf laufenden Kipphebeln oder Tassenstößeln vergrößert sich das Spiel ebenso wie durch den Verschleiß zwischen Kipphebel und Ventilschaft. Alle diese Komponenten sind zwar gehärtet, irgendwann allerdings muss auch das beste Material den extremen mechanischen und thermischen Anforderungen im Zylinderkopf Tribut zollen.
Häufig kommt es an den Ventilen zu Ablagerungen von Ölkohle, die verhindert, dass das Ventil absolut plan auf seinem Sitzring aufliegt. Dies resultiert ebenfalls in einem kontinuierlich anwachsenden Ventilspiel bei gleichzeitig schlechter Abdichtung des Brennraumes. Zu klein hingegen wird das Ventilspiel vor allem durch das »Sichsetzen« der Ventilsitze im Zylinderkopf. Irgendwann verlangsamt sich dieser Vorgang und das Material ist so weit komprimiert, dass keine weitere Verringerung des Spiels mehr auftritt. Deshalb empfehlen die Hersteller gerade zu Beginn eines Fahrzeuglebens engere Intervalle zur Überprüfung des Ventilspiels.
Das Ventilspiel unbedingt bei kaltem Motor einstellen
Ganz wichtig vorab, stellt das Ventilspiel bitte unbedingt bei kaltem Motor ein. Neben dem üblichen Werkzeug benötigt ihr dazu eine Fühlerlehre aus Metall mit mindestens 0,05 Millimetern Unterteilung. Vor allem der Bereich zwischen 0,05 Millimeter und 0,25 Millimeter sollte engmaschig vorhanden sein, dies sind die Werte, in denen sich fast jedes Ventil pudelwohl fühlt. Die Hersteller geben genaue Werte für Ein- und Auslassventilspiel vor, die ihr bitte den technischen Daten der Reparaturanleitung oder den einschlägigen Internetforen entnehmt. Eine Faustregel gibt es dennoch: Im Zweifel lieber zu groß einstellen, am Auslassventil sowieso.
Los gehts, Ventildeckel abschrauben, vorher losen Dreck entfernen, damit dieser nicht in den Kopf hineinfällt, eventuell könnt ihr ein kleines Gefäß für abtropfendes Öl unterstellen. Nun gilt es den oberen Totpunkt (OT) zu finden, in dem beide Ventile geschlossen sind, es ist also der OT nach dem Verdichtungstakt und vor dem Arbeitstakt. Nehmt die Zündkerze(n) und, falls vorhanden, den Diagnosestopfen im Kurbelgehäuse heraus, um auf der Schwungscheibe die OT-Markierung sehen zu können.
Der Ventiltrieb beim Motorrad – Strohhalm im Kerzenloch
Ansonsten könnt ihr auch ins Kerzenloch leuchten oder einen Strohhalm hineinstecken, das funktioniert ebenfalls. Nun dreht ihr die Kurbelwelle in Motorlaufrichtung oder legt einen Gang ein und dreht das Hinterrad in Fahrtrichtung, bis ein OT erscheint. Wenn ihr jetzt an beiden Ventilen leichtes Spiel fühlen könnt, seid Ihr vermutlich schon richtig.
Um ganz sicherzugehen, haltet euch an folgendes Prozedere: Lasst den Motor mehrmals durchdrehen und beobachtet die Bewegung der Ventile. Irgendwann öffnet das Auslassventil und danach das Einlassventil, der darauf folgende OT ist der richtige, um einstellen zu können. Jetzt wirds schlüpfrig: Mit dem passenden Blatt der Fühlerlehre gleitet ihr nun in den Spalt zwischen Ventilschaft und Kipphebel/Tassenstößel.
Am Anfang braucht es ein wenig Übung, bis man den Dreh raushat
Geht das Blatt saugend durch, ist alles okay. Passt es nicht rein oder sitzt zu locker, muss eingestellt werden. Dazu bei Kipphebelmechanik die Kontermutter der Einstellschraube lösen und die Einstellschraube so weit ein- oder ausdrehen, bis die Fühlerlehre saugend anliegt. Die Einstellschraube festhalten, die Kontermutter anziehen und erneut testen. Am Anfang braucht es ein wenig Übung, bis man den Dreh raushat, spätestens aber wenn ihr den Zwölf-Zylinder-Jaguar eurer Putzhilfe eingestellt habt, seid ihr im Bilde.
Bei Motoren mit oben liegenden Nockenwellen (OHC oder DOHC) drücken oftmals sogenannte Tassenstößel auf den Ventilschaft. Hier benötigt man zum Einstellen passende Shims in verschiedenen Stärken. Einige Internetforen halten diese für ihre Mitglieder bereit, gegen ein Pfand kann man sich den Satz ausleihen und zahlt dann nur den jeweils benötigten Shim.
Ein paar Tipps noch obendrauf
• Falls ihr ein Problem mit dem Begriff »saugend« habt, nehmt die 0,05 mm größere Lehre, diese darf nicht passen. Die nächstkleinere hingegen muss schlackern
• Dreht den Motor, nachdem ihr einen Zylinder eingestellt habt, noch einmal durch bis wieder der passende OT erscheint und prüft erneut
• Im Zweifel lieber zu groß einstellen, vor allem beim Auslassventil
• Für die Kontermuttern gutes, maßhaltiges Werkzeug nutzen, ein Ringschlüssel ist hier besser als ein Gabelschlüssel
Zum Schluss die Kontermuttern mit dem passenden Drehmoment anziehen, Ventildeckel mit intakter oder eventuell neuer Dichtung montieren, fertig.
Gehirnchirurgie im »Do-it-yourself«-Verfahren
Was aber tun, wenn Komplikationen auftreten, wenn euch beim Lösen der Ventildeckel die Gewinde entgegenkommen, die Nockenwelle in ihren Lagern wackelt wie ein Lämmerschwanz, die Karre sowieso schon länger aus dem Auspuff bläut, schlechter anspringt als früher oder unerklärliche Leistungsdefizite zeigt und ihr das Gefühl habt, durch bloßes Einstellen nicht weiterzukommen? Was dann zu tun ist und was ihr davon in eurer Bastelgarage selbst erledigen könnt, klären wir demnächst an gleicher Stelle. Dann nämlich gehen wir dem Kopf an die Innereien. Gehirnchirurgie im »Do-it-yourself«-Verfahren.
Carsten Bender
Jahrgang 1969, stammt aus Hagen, Westfalen, dem Schmelztiegel der Kulturschaffenden und Wiege des kreativen Journalismus. Seit 2018 ist Carsten Bender freier Mitarbeiter beim CUSTOMBIKE-Magazin. Sein erstes motorisiertes Zweirad war eine Honda CB 50. Seitdem gingen über neunzehn Motorräder durch seine Hände. Von Zweiventiler-BMWs über Hondas Goldwing bis hin zu leichten Einzylinder-Crossern sowie Motorrädern mit Baujahren aus den Siebzigern und Achtzigern. Seine Honda CB 250 G schaffte es im CUSTOMBIKE-Leserwettbewerb 2014 auf den zwölften Platz. Im darauffolgenden Jahr belegte er mit seinem Honda-XL 500S -Umbau den zweiten Platz und musste sich nur knapp gegen den späteren Sieger geschlagen geben.