Motor einfahren

Da verschiedene Meinungen kursieren, ob es sinnvoll ist einen neuen Motor einzufahren, habe ich Fakten zu Fertigungsprozessen und den Abläufen im Motor zusammengeschrieben.

Toleranzen im Motor

Man kann sich die Problemstellung bei Passungen vorstellen, wenn man zwei "identische" Kreise auf Zeitungen malt und diese ausschneidet. Niemals werden die Teile exakt ineinanderpassen. Selbst wenn man unendlich präzise scheiden kann, werden die Kanten noch immer rauh sein, weil die Fasern am Rand nicht völlig homogen sind. Wenn man den Kreis hier ein wenig mit Gefühl dreht, werden sich Fasern verbiegen oder ausreissen und die Passung wird "besser" werden - genau das passiert in der Einfahrphase.

Der Preis eines Bauteils steigt exponentiell mit den Anforderungen an die Oberflächengüte. Die Motoren mit denen wir in der Regel zu tun haben, sind ein Massenprodukt und dementsprechend ist der Preis der wichtigste Faktor. Wirklich teure Motoren hingegen werden nach wie vor nachbearbeitet und trotzdem mit einem Lastprogramm auf einem Prüfstand eingefahren und vermessen.

In der Praxis wird das Gesamtsystem Motor so geplant, dass man möglichst geringe Anforderungen an die Oberflächen stellen muss. Im besten Fall kommt man in der Produktion mit einem einzigen Arbeitsschritt aus. Es gilt also Oberflächenanforderungen zu vermeiden, die zum Beispiel hintereinander Fräsen, Schleifen und Polieren erfordern, weil damit einfach der Preis steigt. Aber genau solche Oberflächen bräuchte man, wenn man bewegte Teile nicht "einfahren" will.

Wenn von Präzision geredet wird, sollte uns klar sein, dass wir über 10tel Millimeter Toleranz bei Kolben, Ventilspiel, Lagerspiel, ... reden. Das ist bei Oberflächenrauheiten von unter 1/1000mm (Mikrometerbereich) alles andere als präzise.

Unterschiedliche Anforderungen unterschiedlicher Bauteile im Motor 

Da es im Motor sehr viele unterschiedliche Abläufe in einem Motor gibt, finden sich auch unterschiedlichste Anforderungen an die Passungen.

  • Die Nocken liegen am Beginn ihres Lebens nicht auf ganzere Breite vollständig an den Schlepphebeln oder Kipphebeln auf und müssen sich erst einschleifen. Hier sieht man den Einfahrprozess besonders schön an den größer werdenden blanken Stellen auf der Nocken zwischen dem 1000km und 10.000km Service. Durch diese anfangs verringte Kontaktfläche entsteht ein extrem hoher Druck in den Kontaktzonen. Erst wenn die ganze Fläche eingeschliffen ist, wird die Kraft über die ganze Breite der Nocke verteilt.
    Erst ab diesem Zeitpunkt würde ich vollsynthetisches Motoröl verwenden, weil ab jetzt jedes weitere Einschleifen unerwünscht ist. Ab jetzt gilt es, die bestmögliche Gleitreibung zwischen den Bauteilen sicherzustellen und den Schmierfilm an keiner Stelle abreissen zu lassen.

Hier sieht man anhand einer 1200er GS mit Doppelnockenwelle, dass der Einfahrprozess bei 10000km noch immer nicht vollständig abgeschlossen ist.
 

  • Die Kolbenringe im gehonten Zylinder liegen anfangs nicht ganz exakt an der Wand an. Sicherlich ist die Verarbeitung der Ringe schon relativ genau, aber von idealen Zuständen ist man zu Beginn der Lebenszeit eines Motor noch entfernt. Ein Grund dafür ist , dass es durch das Hohnwerkzeug einfach Toleranzen beim Durchmesser der Laufbuchse gibt. Die Kolbenringe müssen sich am Zylinder einschleifen, während die Zylinderwand im Großen und Ganzen ihre ebene, aber für den Ölfilm poröse Oberfläche behält.
    Früher war das Einfahren für diesen Bereich noch wichtiger, als die Kolbenringe die Gussoberflächen eingeschliffen haben. Hier wurde schnell einmal ein neuer Motor abgestochen, wenn frühzeitig zu viel Gas gegeben wurde.

  • Beim Pleuel sollte immer ein Ölfilm zwischen der Kurbelwelle und den Pleuellagern sein und die beiden Bauteile sollten idealerweise nie direkt in Kontakt treten. Das wird am Kurbelwellenlager durch den Öldruck über die gesamte Breite des Lagers sichergestellt.
    Im Neuzustand gibt es aber Erhebungen, die durch den Ölfilm hindurch Berührungen begünstigen und den Film abreissen lassen. Wenn das bei Vollast ohne Einfahren passiert, wird in bestimmten Bereichen im Lager mehr Material verschlissen als in anderen und das Lager wird "unrund" und dementsprechend schwieriger ist es später genau in diesen belasteten Stellen einen gleichmäßigen Ölfilm bei hohen Lasten sicherzustellen.
    Im oberen Pleuelauge am Kolben hingegen herrschen viel geringer Winkelgeschwindigkeiten, sodass eine Schleuderschmierung ausreicht. Aber auch hier sollten sich die Oberflächen bei niedrigen Kräften aufeinander abstimmen. Auch hier würden sich die stark belasteten Zonen einfach übermäßig stark abnutzen.

 

Auf den beiden Bilder oberhalb sieht man das Auge eines Kolbens und wie stark die Oberfläche in den Lastbereichen bereits abgenutzt ist. Am unteren Bild kann man Beschädigungen in der Lageroberfläche erkennen.

Motor Temperatur

Ein Motor läuft kalt weder thermodynamisch noch mechanisch richtig. Das heisst, er sollte immer warmgefahren werden, bevor er belastet wird. Im kalten Zustand stimmen die Maße im Motor nicht und ausserdem ist der Öldruckverlust über die Leitungslänge der Ölkanäle aufgrund der hohen Viskosität sehr hoch. Das Warmfahren erfolgt idealerweise immer unter Vermeidung von hohen Drehzahlen auch mit wenig Gas, damit nicht durch hohe Kräfte in den Lagern auch noch das wenige Öl aus den Lagern gepresst wird.

Der Einfahrvorgang

Das Prinzip beim Einfahrvorgang ist es, die bewegten Teile aufeinander einzuschleifen zu lassen.
Das passiert zum Beispiel bei den Kolbenringen durch Druck und ihre L-Form, mit deren Hilfe die Ringe fest angepresst werden.
Dabei ist es auch wichtig, negative Lastphasen (Gaswegnehmen) zu erzeugen, um dadurch einen Unterdruck im Brennraum zu herzustellen. So wird mehr Öl bei der Abwärtsbewegung des Kolbens aus dem Kurbelgehäuse entlang der Zylinderwand "hochgesaugt" und verbleibt durch als Schmiermittel. Ständiges Vollastfahren würde dem Gegenteil entsprechen.

Für das Einfahren der anderen bewegten Bauteile sind mir keine speziellen Anforderungen eingefallen. Hier gilt die Vermeidung von großen Drehzahlen und Kräften bis die volle Fläche der Kontaktflächen zwischen zwei Bauteilen zur Verfügung steht.

Welche Bauteile brauchen kein Einfahren?

Wälzlager brauchen überhaupt nicht nicht eingefahren werden, weil sie am Beginn ihre Lebens Ihre ideale Form haben sollten und über ihre Lebensdauer schlechter werden.

Auch Dichtungen (Ventilschaftdichtungen, Lagerdichtungen, ...) sind am Beginn Ihres Lebens in ihrem Idealzustand und ein Einfahren bringt keine Verbesserung.

Teile die bereits eingepasst wurden (z.B. Ventilsitze), erfahren ebenfalls keine Verbesserung während des Einfahrprozesses. In der Regel setzten sich diese Passungen aber während der Einfahrzeit.