Hydrostößel

Hydrostößel (auch Hydraulikstößel genannt) sind Stößel im Ventiltrieb von Otto- und Dieselmotoren, die einen automatischen Ausgleich des Ventilspiels hydraulisch bewirken. Sie wurden 1931 von Paul Daimler eingeführt. Bei Konstruktionen ab ca. 1990 sind sie meist als Tassenstößel ausgebildet, was ihnen dabei auch den Namen hydraulische Tassenstößel verleiht. Hydrostößel gehören zu den Hydraulischen Ventilspiel-Ausgleichselementen (HVAE).

Einsatzbereiche

Während Hydrostößel im Automobilbereich weit verbreitet sind, stellen sie bei Motorradmotoren eine Seltenheit dar. Zu diesen Ausnahmen zählt, neben den schon traditionell mit einem hydraulischen Ventilspielausgleich versehenen Modellen von Harley-Davidson und Buell, etwa die Honda CB Sevenfifty und die Kawasaki VN 1500. Moderne Motorradmotoren haben oft sehr hohe Nenndrehzahlen; Hydrostößel erhöhen jedoch im Vergleich zu starren Tassenstößeln die bewegten Massen des Ventiltriebs ganz erheblich und begrenzen somit die erreichbaren Höchstdrehzahlen. Außerdem benötigen Hydrostößel mehr Bauraum als normale Tassenstößel, dieser ist jedoch in den vergleichsweise kleinen Motorrad-Zylinderköpfen oftmals nicht vorhanden.

Aufbau und Funktion

Hydrostößel haben viele der klassischen Elemente zur Einstellung des Ventilspiels (Stellschrauben, Einstellscheiben, Plättchen definierter Dicke) überflüssig gemacht. Das früher bereits bei geringfügiger Abnutzung notwendige Prüfen und Nachstellen des Spiels entfällt, wodurch die Wartungskosten gesenkt wurden. Die Ventiltriebe arbeiten somit fast spielfrei, was den betriebsbedingten Verschleiß zusätzlich mindert und sich zudem günstig auf Laufruhe und Wirkungsgrad der Motoren auswirkt, weil das Ventilspiel und damit die Steuerzeiten (Öffnungszeiten von Einlass- und Auslassventil) für alle Zylinder gleichermaßen zu jedem Zeitpunkt besser eingehalten werden.

Heute geht der Trend auch wieder zurück zu einem mechanischen Ventilspielausgleich. Durch moderne Maschinen mit geringsten Fertigungstoleranzen und bessere Materialien sind mechanische Ventilstößel nahezu wartungsfrei. Z.B. hat Ford seine Zetec 16V-Motoren mit Einführung des Focus 1999 wieder auf mechanische Tassenstößel mit Einstellplättchen umgerüstet. Der Hersteller sieht eine Überprüfung des Ventilspiels erstmals bei 150.000 km vor. Allerdings ist der Verschleiß zu diesem Zeitpunkt noch so gering, dass zusätzliche Einstellplättchen zum Ausgleich meist nicht nötig sind. Gründe für die Rückrüstung war u.a. Tatsache, dass die Hydrostößel wesentlich schneller verschleißen als sich die mechanischen Stößel abnutzen. Zudem erlauben mechanische Stößel höhere Drehzahlen, exaktere Ventilsteuerzeiten und sind weniger abhängig von der verwendeten Ölsorte.

Hydrostößel kommen – vorzugsweise als Tassenstößel – oft in Kombination mit Ventiltrieben zum Einsatz, die auf Kipp- und Schlepphebel verzichten. Im Ventiltrieb mit Kipp- oder Schlepphebel sind stattdessen meist die Widerlager der Hebel als hydraulische Spielausgleichselemente (Abstützelemente) ausgeführt, was zu Bezeichnungen wie „Hydrolifter“ führt; jedoch können auch bei Verwendung von Kipphebeln Hydrostößel vorgesehen werden (Beispiel: Ford CVH, Opel CIH).

Funktionsprinzip

Das Funktionsprinzip ist immer gleich: Ein Druckbolzen wird mit geringem Spiel in einer becherförmigen Hülse geführt und bildet mit ihr den Arbeitsraum. Eine Spielausgleichsfeder (Schraubendruckfeder) im Inneren beaufschlagt den Bolzen, so dass der Hebel bzw. der Stößelkörper (beim Tassenstößel) immer spielfrei am Nocken anliegt. Im Druckbolzen befindet sich eine kleine Bohrung, die bei auflaufendem Nocken von einem Kugelventil (Rückschlagventil) verschlossen wird. Dadurch entsteht im mit Öl gefüllten Arbeitsraum zwischen Bolzen und Führungshülse eine hydraulisch starre Verbindung. Das gesamte Element verhält sich wie ein starrer Körper und drückt auf den Ventilschaft (beim Tassenstößel) beziehungsweise auf den Hebel. Beim Ablaufen des Nockens drückt die Ausgleichsfeder den Druckbolzen nach oben. Im sich dadurch vergrößernden Arbeitsraum entsteht eine Sogwirkung, das Kugelventil öffnet und durch die Bolzenbohrung strömt Öl aus dem darüber liegenden Vorrats- oder Füllraum nach, bis der Bolzen wieder spielfrei anliegt. Im Betrieb auftretende Temperaturänderungen können bei den Bauteilen des Ventiltriebs geringe Größenänderungen (Wärmeausdehnung) verursachen. Diese werden ausgeglichen durch den so genannten Ringspalt, der durch den etwas kleineren Durchmesser des Druckbolzens mit der Führungshülse gebildet wird. Durch ihn kann überschüssiges Öl in geringen Mengen austreten. Als Hydraulikflüssigkeit dient das Motoröl, das ohnehin über die Druckumlaufschmierung dem Ventiltrieb zugeführt wird.

Besonderheiten

Bei Motoren mit hydraulischen Stößeln ist es wichtig, die vorgeschriebene Spezifikation, insbesondere die Viskosität des Motoröls und die Ölwechselintervalle genau einzuhalten, da anderenfalls Störungen in der Ventilsteuerung auftreten können, was in der Folge zu Leistungsverlusten und Motorschäden führen kann. Beim Start nach längerem Stillstand des Motors können typische Klappergeräusche auftreten, wenn die Hydrostößel teilweise „leergelaufen“ sind. Die Geräusche verschwinden in der Regel nach wenigen Sekunden, sobald die Stößel wieder vollständig mit Öl gefüllt sind. Deshalb wurden auslaufsichere Hydrostößel entwickelt, die zuerst bei BMW zum Einsatz kamen.

Literatur

• Richard van Basshuysen, Fred Schäfer: Handbuch Verbrennungsmotor Grundlagen, Komponenten, Systeme, Perspektiven. 3. Auflage, Friedrich Vieweg & Sohn Verlag/GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden, 2005, ISBN 3-528-23933-6
• Peter Gerigk, Detlev Bruhn, Dietmar Danner: Kraftfahrzeugtechnik. 3. Auflage, Westermann Schulbuchverlag GmbH, Braunschweig, 2000, ISBN 3-14-221500-X