Motorölpumpenrad: Wie es funktioniert und warum es wichtig ist

Ist die Ölpumpe Teil des Motors?

Ja – die Ölpumpe ist eine integrale Motorkomponente und kein anschraubbares Zubehörteil oder ein wartbares Element in routinemäßigen Wartungszyklen. Bei den meisten Pkw-Motoren ist die Ölpumpe im Motorblock selbst untergebracht, in der Ölwanne eingetaucht oder direkt darüber positioniert und wird direkt von der Kurbelwelle oder Nockenwelle angetrieben. Es kann nicht entfernt oder ersetzt werden, ohne das Öl abzulassen, die Ölwanne zu entfernen und bei vielen modernen Motoren eine umfangreiche Demontage der Vorderseite des Motors vorzunehmen.

Die Integration der Ölpumpe in den Motor variiert je nach Konstruktionsepoche und Herstellerphilosophie:

Bei allen mechanisch angetriebenen Konfigurationen ist das Kettenrad oder Antriebsrad der Ölpumpe die entscheidende Schnittstelle. Ein verschlissenes, gerissenes oder falsch montiertes Kettenrad führt zum gleichen Ergebnis wie eine ausgefallene Pumpe: Ölmangel. Aus diesem Grund sollte der Zustand des Kettenrads, der Antriebskette und des Kettenspanners im Rahmen jedes Ölpumpen-Ersatzverfahrens beurteilt werden – ein Austausch der Pumpe unter Beibehaltung eines verschlissenen Kettenrads und einer gedehnten Kette birgt das Risiko, dass der ursprüngliche Fehler sofort wieder auftritt.

Wie funktioniert die Motorölpumpe?

Die Ölpumpe fungiert als Verdrängerpumpe – sie bewegt unabhängig vom Systemdruck ein festes Ölvolumen pro Umdrehung, im Gegensatz zu Kreiselpumpen, deren Leistung mit dem Gegendruck variiert. Diese positive Verdrängungseigenschaft ermöglicht es der Pumpe, Öldruck gegen den Widerstand von Ölkanälen, Lagerspielen und hydraulischen Ventiltriebkomponenten aufzubauen. Zwei Pumpenkonstruktionen dominieren moderne Motoranwendungen:

Getriebeölpumpe

Die Zahnradpumpe verwendet zwei ineinandergreifende Zahnräder, die in einem Gehäuse mit engen Toleranzen rotieren. Wenn sich die Zahnräder auf der Einlassseite lösen, erzeugen sie ein sich ausdehnendes Volumen, das Öl aus der Ölwanne durch das Ansaugrohr ansaugt. Wenn sie auf der Auslassseite ineinandergreifen, verringern sie nach und nach das zwischen Zahnradzähnen und Gehäusewand eingeschlossene Volumen und drücken das unter Druck stehende Öl durch den Druckanschluss heraus. Die Zahnradpumpe ist die ältere und mechanisch einfachere der beiden vorherrschenden Bauarten. Seine Einschränkungen sind Geräusche (der Zahneingriff erzeugt Druckimpulse mit einer Frequenz, die der Anzahl der Zähne pro Umdrehung multipliziert mit der Pumpendrehzahl entspricht) und die feste Verdrängung, die bei hohen Motordrehzahlen übermäßigen Druck erzeugt, wenn sie nicht durch das Überdruckventil entlastet wird.

Gerotor-Ölpumpe (Innen-Außenrotor).

Die Gerotorpumpe verwendet einen Innenrotor mit n Flügeln, der mit einem Außenrotor mit n 1 Flügeln kämmt, die beide exzentrisch rotieren. Die versetzte Montage erzeugt abwechselnd expandierende und kontrahierende Volumina zwischen den Lappen, wenn sich die Baugruppe dreht. Gerotorpumpen sind leiser als Zahnradpumpen, bei gegebener Verdrängung kompakter und toleranter gegenüber geringfügigen Verunreinigungen im Öl. Sie sind heute die dominierende Bauart moderner Pkw-Motoren. Der Innenrotor wird vom Ölpumpenritzel angetrieben; Der Außenrotor wird vom Innenrotor über einen Nockenkontakt angetrieben.

Ölpumpe mit variabler Verdrängung

Die Ölpumpe mit variabler Verdrängung – in kraftstoffeffizienten modernen Motoren zunehmend Standard – verwendet einen verschiebbaren Steuerring, dessen Exzentrizität relativ zum Rotor durch Öldruckrückmeldung oder durch direkte ECU-Steuerung über ein Magnetventil eingestellt werden kann. Durch die Reduzierung des Pumpenhubraums bei geringer Motorlast (wenn nicht der volle Öldruck erforderlich ist) verbraucht die Pumpe deutlich weniger Kurbelwellenleistung. Die gemessenen parasitären Verluste einer Konstantpumpe, die bei Reisegeschwindigkeit auf der Autobahn gegen ein Überdruckventil fährt, betragen etwa 3–7 kW; Eine Verstellpumpe verbraucht unter den gleichen Bedingungen weniger als 1 kW. Die Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs beträgt im realen Fahrbetrieb 2–5 % – genug, damit die Hersteller die höheren Produktionskosten des komplexeren Pumpendesigns auffangen können.

Das Kettenrad der Motorölpumpe – Funktion, Ausfall und Austausch

In kettengetriebenen Ölpumpensystemen – zu denen die meisten amerikanischen V8-Motoren der letzten 30 Jahre und ein zunehmender Anteil moderner Vierzylinder- und V6-Anwendungen gehören – ist das Ölpumpenrad eine präzisionsgefertigte Komponente, die über die gesamte Lebensdauer des Motors Maßhaltigkeit und Zahnprofilintegrität aufrechterhalten muss. Die durch das Kettenrad übertragenen Kräfte sind erheblich: Im Leerlauf des Motors ist der Öldruckbedarf gering, aber das Kettenrad überträgt immer noch das Drehmoment, das erforderlich ist, um die Pumpenreibung zu überwinden und einen minimalen Öldruck aufzubauen (typischerweise 25–40 psi im Leerlauf). Bei hohen Drehzahlen unter Last überträgt dasselbe Kettenrad den Spitzendrehmomentbedarf bei maximalem Systemdruck.

Wie das Ölpumpenrad angetrieben wird

Bei der GM-LS-Motorenfamilie – einer der am weitesten verbreiteten amerikanischen V8-Plattformen – ist die Ölpumpe an der Vorderseite des Motorblocks unmittelbar unterhalb der Mittellinie der Kurbelwelle montiert. Eine einreihige Rollenkette verläuft von einem Kettenrad am Kurbelwellenende (auf gleicher Höhe wie die Ölpumpe) zum Kettenrad an der Ölpumpenwelle. Diese Anordnung bedeutet, dass sich die Ölpumpe mit Kurbelwellengeschwindigkeit dreht – deutlich schneller als eine nockengetriebene Pumpe –, was einen kleineren Pumpenhub ermöglicht, um einen gleichwertigen Ölfluss zu liefern. Die Kette wird durch eine feste Nylonführung und einen federbelasteten Spannschuh gespannt. Durch den Verschleiß des Kettenrads, die Dehnung der Kette oder den Zusammenbruch des Spanners springt die Kette über die Zähne und unterbricht kurzzeitig die Ölversorgung in einem Muster, das zu schwankendem Öldruck und dem charakteristischen metallischen Klappern beim Start führt – ein klassisches Frühwarnzeichen für einen drohenden Ausfall des Schmiersystems.

Anzeichen für Probleme mit dem Kettenrad und der Antriebskette der Ölpumpe

• Öldruck-Warnleuchte im Leerlauf: Wenn der Öldruck bei höheren Drehzahlen ausreichend ist, aber die Warnleuchte im warmen Leerlauf aufleuchtet oder flackert, hat die Pumpe Schwierigkeiten, den Druck bei niedriger Drehzahl aufrechtzuerhalten. Dies kann auf eine verschlissene Pumpe, ein übermäßiges Lagerspiel, durch das das Öl zu schnell ausläuft, oder eine teilweise verstopfte Aufnahme hindeuten – aber auch ein verschlissenes Kettenrad und eine gedehnte Kette, die zu zeitweisem Schlupf führen, können eine Ursache sein. Der Druck beim Kaltstart, der sich schnell erholt, aber der Druck im Warm-Leerlauf sinkt, ist das spezifische Muster, das am ehesten mit dem Verschleiß der Antriebskette vereinbar ist.
• Metallisches Klappern beim Kaltstart, das innerhalb von 5–15 Sekunden verschwindet: Die sound of a loose oil pump drive chain is a low-frequency rattle from the front of the engine, distinct from the higher-frequency piston slap and the ticking of a collapsed hydraulic lifter. The rattle clears as oil pressure builds and the chain tensioner pressurises because the tensioner is fed by engine oil pressure — confirming that the chain is slack before pressure builds is diagnostic for this failure mode.
• Bei der Inspektion sichtbarer Zahnverschleiß oder Rissbildung: Wenn die Ölwanne aus irgendeinem Grund entfernt wird – Austausch der Ölpumpe, Umbau des unteren Endes oder Untersuchung eines gemeldeten niedrigen Öldrucks – sollten das Pumpenritzel und die Antriebskette einer Sichtprüfung unterzogen werden. Die Dehnung der Rollenkette wird gemessen, indem die schlaffe Kette seitlich von ihrer gespannten Mittellinie gezogen wird. Eine seitliche Durchbiegung von mehr als 6–8 mm im mittleren Bereich weist darauf hin, dass die Kette ihre Lebensdauergrenze erreicht oder überschritten hat. Kettenradzähne, die hakenförmigen Verschleiß aufweisen (Haifischflossenprofil statt symmetrisches Zahnprofil), weisen darauf hin, dass die Kette verschlissen ist und unter Spannung läuft.
• Das Kettenrad der Ölpumpe ist locker oder dreht sich auf der Welle: Bei einigen Ausfallarten versagt eher die Verbindung zwischen Kettenrad und Welle als das Kettenrad selbst. Das Kettenrad ist typischerweise eine Presspassung oder eine Keilnut-Bolzen-Verbindung mit der Pumpenwelle. Ein Kettenrad, das sich auf der Pumpenwelle gedreht hat – erkennbar an poliertem oder abgenutztem Metall an der Wellenbohrung und dem Kettenrad-Innenraum – liefert seit einiger Zeit keinen Öldruck. Dieser Fehlermodus ist mit einem schweren Motorölmangel verbunden und weist typischerweise darauf hin, dass der Motor vor der Wiederinbetriebnahme einer Inspektion am unteren Ende bedarf.

Übersicht über das Verfahren zum Austausch des Ölpumpenrads

Der Austausch des Ölpumpenrads – sei es als Teil eines Pumpenaustauschs oder als eigenständige Korrekturmaßnahme – erfordert Zugang zur Vorderseite des Motors. In den meisten Anwendungen bedeutet dies:

Beim Austausch der Ölpumpe oder des Ölpumpenkettenrads empfiehlt es sich, den kompletten Antriebssatz – Pumpe, Kettenrad, Kette, Spanner und Führungen – als aufeinander abgestimmten Satz auszutauschen. Die zusätzlichen Teilekosten eines kompletten Bausatzes im Vergleich zu einzelnen Komponenten liegen in der Regel zwischen 20 und 60 US-Dollar, während die Arbeitskosten für die Rückkehr zur Arbeit, wenn eine einzelne Komponente innerhalb des nächsten Wartungsintervalls ausfällt, in einer Werkstattumgebung mehrere hundert US-Dollar betragen.

Ist Pumpenöl dasselbe wie Motoröl?

Ja – „Pumpenöl“ und „Motoröl“ beziehen sich auf dasselbe Schmiermittel. Das Öl, das durch die Ölpumpe fließt, ist das gleiche Motoröl, das die Lager schmiert, die Kolben kühlt, die Nockenwelle schützt und den hydraulischen Ventiltrieb betätigt. In einem herkömmlichen Motorschmiersystem gibt es kein separates „Pumpenöl“. Die Verwirrung entsteht gelegentlich aus drei Quellen:

• Bei der Montage verwendetes Grundierungsöl: Wenn ein Motor zusammengebaut oder umgebaut wird oder wenn eine neue Ölpumpe eingebaut wird, sollte die Pumpe vor dem Anlassen des Motors mit sauberem Motoröl angesaugt werden. Bei diesem „Ansaugöl“ handelt es sich einfach um das gleiche Motoröl, das im Betrieb verwendet wird. Der Begriff „Ansaugung“ beschreibt den Zweck (das Füllen des Pumpenhohlraums, damit er beim ersten Anlassen sofort Druck aufbauen kann) und nicht eine andere Ölspezifikation.
• Auf das Pumpeninnere aufgetragenes Montageschmiermittel: Bei einigen Motormontageverfahren ist es erforderlich, dass die Pumpenräder vor dem Einbau mit Montageschmiermittel – einem dicken, klebrigen Fett – beschichtet werden. Dabei handelt es sich nicht um „Pumpenöl“ und ist nicht mit dem Betriebsschmierstoff zu verwechseln. Montageschmierstoff löst sich beim ersten Start im Motoröl auf und hinterlässt keine Rückstände.
• Hydrauliksysteme, die separates Öl verwenden: Servolenkungspumpen, Automatikgetriebepumpen und separate Hydrauliksysteme in Schwermaschinen verwenden ihre eigenen spezifischen Flüssigkeiten (Servolenkungsflüssigkeit, ATF, Hydrauliköl), die vollständig vom Motorschmiersystem getrennt sind. Diese Systeme verfügen über eigene Pumpen, Behälter und Flüssigkeitsspezifikationen – eine Verwechslung zwischen diesen und der Motorölpumpe ist verständlich, aber die Systeme sind völlig unabhängig.

Ölpumpen- und Kettenradspezifikationen nach Motorfamilie