¶ Die Ölpumpe verstehen: Funktion, Grenzen, Schwachstellen
Schematisch. Die Animation dazu steht weiter unten im Artikel.
¶ Das Wichtigste in Kürze
Eine Motorölpumpe ist eine von der Kurbelwelle angetriebene Verdrängerpumpe, die das Schmieröl durch den Motor umwälzt. Sie saugt das Öl über ein Sieb aus der Ölwanne an und schiebt es durch Ölfilter und Kanäle zu allen Lagern. Rotierende Kammern fördern je Umdrehung ein festes Ölvolumen, die Fördermenge steigt und fällt deshalb mit der Motordrehzahl. Angetrieben wird sie von der Kurbelwelle, direkt oder über Zahnräder, Kette oder Zahnriemen. Es gibt drei verbreitete Bauarten: die Außenzahnradpumpe, die Innenzahnradpumpe (Gerotor) und die Flügelzellenpumpe.
Die Pumpe erzeugt einen Volumenstrom, den Druck macht erst der Motor: Er entsteht, wenn dieser Volumenstrom gegen die engen Lagerspalte und Kanäle anläuft. Deshalb hat dieselbe Pumpe in zwei verschiedenen Motoren zwei verschiedene Druckverläufe, und deshalb ist der heiße Leerlauf ihr wunder Punkt: Niedrige Drehzahl, dünnes heißes Öl und gewachsene Spalte treffen dort zusammen. In den Messreihen von MMHP kann der Öldruck mit der Serienpumpe des 2.0 TDI im heißen Leerlauf auf 0,4 bis 0,5 bar abfallen, gemessen am Hauptölkanal bei einer Öltemperatur um 80 °C.
Nach oben begrenzt das Druckbegrenzungsventil (englisch Pressure Relief Valve) den Druck, ein federbelasteter Kolben, der überschüssiges Öl in die Ölwanne zurückleitet. Es arbeitet rein mechanisch, bei kaltem, zähem Öl regelmäßig, und ist seit Jahrzehnten bewährt. Solange es frei läuft, ist zu hoher Öldruck im Alltag kein Thema, zu niedriger dagegen schon.
Was eine Ölpumpe wirklich fürchtet, ist etwas Drittes: harte Partikel. Ihre Arbeitsspalte sind im Neuzustand nur wenige Hundertstelmillimeter weit, und sie sitzt im Kreislauf vor dem Ölfilter. Was neu im Motor entsteht, Abrieb oder Bruchstücke, erreicht sie deshalb, bevor ein Filter es zurückhalten kann. Vor ihr steht nur ein grobmaschiges Ansaugsieb.
Kurz geordnet: Die Schwachstelle der Auslegung ist der heiße Leerlauf. Ein plötzlicher Ausfall geht meist auf den Antrieb oder einen zugesetzten Ansaugweg zurück. Der schleichende Dauerschaden kommt von Partikeln.
So weit die Kurzfassung. Die Langfassung erklärt jeden dieser Punkte, dazu die Bauarten, das Druckbegrenzungsventil und geregelte Pumpen.
¶ Die Ölpumpe: ein Bauteil, das niemand sieht, bis es zu spät ist
Kein Bauteil im Motor arbeitet so unsichtbar wie die Ölpumpe. Sie hat keine Anzeige im Cockpit, kein Serviceintervall, keine Erwähnung im Bordbuch. Solange sie ihren Dienst tut, existiert sie für den Fahrer schlicht nicht. Dabei hängen alle Gleitlager des Motors an ihr: Kurbelwellen- und Pleuellager laufen im Betrieb nicht auf Metall, sondern auf einem hauchdünnen Ölfilm, der nur so lange trägt, wie ständig Öl nachgeliefert wird. Reißt die Lieferung ab, trägt der Film nicht mehr, und Metall berührt Metall bei Gleitgeschwindigkeiten von mehreren Metern pro Sekunde. Die Schadensuhr läuft dann in Sekunden, nicht in Kilometern.
Es lohnt sich deshalb, dieses unsichtbare Bauteil einmal gründlich anzuschauen. Nicht als Schnellkurs für die Werkstatt, sondern als Verständnisgrundlage: Was tut eine Ölpumpe eigentlich genau, wo liegen ihre konstruktiven Grenzen, und wovor muss man sie tatsächlich schützen?
¶ Der Weg des Öls: wo die Ölpumpe im Ölkreislauf sitzt
Der Ölkreislauf eines Pkw-Motors mit Nasssumpf, also mit dem Ölvorrat in der Ölwanne unter dem Motor, folgt fast immer derselben Reihenfolge. Das Öl schmiert dabei nicht nur, es kühlt auch und trägt Schmutz zum Filter.
- Ölwanne: Hier sammelt sich das Öl, das aus dem Motor zurückläuft.
- Ansaugrohr mit Sieb: Die Pumpe saugt das Öl knapp über dem Wannenboden an. Das Sieb hält nur grobe Teile zurück.
- Ölpumpe: Sie fördert das Öl auf die Druckseite. Direkt an ihr oder dahinter sitzt das Druckbegrenzungsventil.
- Ölfilter, oft mit Ölkühler: Hier wird das Öl bei jedem Umlauf fein gereinigt.
- Hauptölkanal: Eine lange Bohrung im Motorblock verteilt das Öl. Hier misst meist der Öldruckschalter oder Öldrucksensor.
- Verbraucher: Kurbelwellen- und Pleuellager, Nockenwellenlager, Hydrostößel (sie gleichen das Ventilspiel mit Öldruck aus), Kettenspanner (sie halten die Steuerkette mit Öldruck straff), Spritzdüsen, die die Kolben von unten mit Öl kühlen, je nach Motor der Turbolader und Nockenwellenversteller (sie verstellen die Steuerzeiten mit Öldruck).
- Rücklauf: Von allen Verbrauchern tropft und läuft das Öl drucklos zurück in die Ölwanne.
Die Bauteile der Ölpumpe selbst sind schnell aufgezählt: ein Gehäuse mit Deckel, das Förderwerk aus Zahnrädern, Rotoren oder Flügeln, die Antriebswelle mit Rad oder Mitnehmer, das Druckbegrenzungsventil und davor Ansaugrohr und Sieb. Mehr hat eine einfache Serienpumpe meist nicht, geregelte Pumpen haben zusätzlich einen Stellmechanismus mit Magnetventil.
¶ Das Verdrängerprinzip: die Pumpe kennt nur Volumen, keinen Druck
Alle Motorölpumpen arbeiten nach demselben Grundprinzip, dem der Verdrängerpumpe. Rotierende Kammern nehmen auf der Saugseite Öl auf, tragen es am Gehäuse entlang und geben es auf der Druckseite wieder ab. Pro Umdrehung wird dabei ein nahezu konstantes Volumen bewegt. Die Fördermenge folgt einer denkbar einfachen Beziehung: Volumen pro Umdrehung mal Drehzahl. Doppelte Drehzahl bedeutet doppelte Fördermenge, halbe Drehzahl halbe Fördermenge, eine schnurgerade Linie.
Schematisch, nicht maßstäblich. Über der nierenförmigen Saugöffnung (Saugniere) werden die Kammern zwischen den Rotoren größer und saugen Öl an, über der Drucköffnung (Druckniere) werden sie kleiner und schieben es hinaus. So fördert die Pumpe je Umdrehung ein festes Volumen.
An dieser Stelle räumen wir gleich mit dem hartnäckigsten Missverständnis auf: Die Pumpe gibt keinen Druck vor. Sie erzeugt einen Volumenstrom und baut nur so viel Druck auf, wie nötig ist, um ihn durch den Motor zu schieben. Druck entsteht also als Folge, nämlich dadurch, dass der Volumenstrom gegen einen Widerstand anläuft: die engen Lagerspalte, die Kanalquerschnitte, die Spritzdüsen der Kolbenkühlung. Je enger die Spalte und je zäher das Öl, desto höher der Druck bei gleicher Fördermenge. Je weiter die Spalte und je dünner das Öl, desto niedriger. Der Motor bestimmt den Druck, die Pumpe liefert nur die Menge. Wer diesen einen Satz verinnerlicht, versteht fast alles, was in unserem Wissensbereich über Messpositionen, bar-Versprechen und Motorunterschiede steht.
Aus demselben Grund taugt eine Fördermenge „in Litern pro Stunde“ wenig als Vergleichszahl. Eine Literangabe gilt immer nur für eine bestimmte Drehzahl, eine bestimmte Öltemperatur und einen bestimmten Gegendruck, sie ist ohne diese drei Angaben wertlos und mit ihnen unhandlich. Aussagekräftiger ist das Verhältnis zweier Pumpen zueinander, also ihre Verdrängung, das Volumen je Umdrehung. Rechnerisch fördert eine Pumpe mit 30 Prozent mehr Verdrängung bei jeder Drehzahl 30 Prozent mehr. Real verliert jede Pumpe etwas Öl intern durch ihre Spalte von der Druck- zurück zur Saugseite, und dieser Leckverlust ist bei heißem, dünnem Öl und niedriger Drehzahl am größten. Der reale Abstand zweier Pumpen weicht deshalb gerade im heißen Leerlauf vom rechnerischen ab.
¶ Ölpumpen-Bauarten: Zahnräder, Rotoren und Flügel
Verdrängerprinzip heißt nicht, dass alle Pumpen gleich aussehen. Im Motorenbau haben sich drei Bauarten etabliert, jede mit eigenem Charakter.
| Bauart | Aufbau | Stärken | Schwächen |
|---|---|---|---|
| Außenzahnradpumpe | zwei gleich große, außenverzahnte Räder | robust, unempfindlich gegen zähes Öl, einfacher Aufbau | pulsierende Förderung, hörbar |
| Innenzahnradpumpe (Gerotor/Duocentric) | außenverzahnter Innenrotor läuft exzentrisch im innenverzahnten Außenring | leise, geringe Pulsation, kompakt, passt um die Kurbelwelle herum | enge Spalte, empfindlich gegen harte Partikel |
| Flügelzellenpumpe | Rotor mit radial beweglichen Flügeln, exzentrisch in einem Ring (Hubring) | sehr gleichmäßige Förderung, als verstellbare Pumpe regelbar | zähes kaltes Öl mag sie am wenigsten |
Die Tabelle liest sich wie ein Steckbrief, aber der interessante Teil steht zwischen den Zeilen. Die Außenzahnradpumpe ist das Arbeitstier des klassischen Motorenbaus, sie verzeiht viel und fördert notfalls auch honigzähes Öl. Die Innenzahnradpumpe, oft nach ihrem Funktionsprinzip Gerotor oder nach einer verbreiteten Bauform Duocentric genannt, ist im modernen Pkw-Bau weit verbreitet, weil sie kompakt und leise ist und sich direkt auf die Kurbelwelle setzen lässt. Die Flügelzellenpumpe schließlich ist eine verbreitete Grundlage verstellbarer, „geregelter“ Ölpumpen, zu denen wir weiter unten kommen.
Der Gerotor verdient einen zweiten Blick, weil er im Pkw weit verbreitet ist und die Animation oben ihn zeigt. Sein Innenrotor hat genau einen Zahn weniger als der Außenrotor, bei fünf Zähnen innen also sechs außen. Beide drehen in dieselbe Richtung, der Außenrotor etwas langsamer, und weil ihre Achsen gegeneinander versetzt sind (exzentrisch), wächst jede Kammer zwischen ihnen bei jedem Umlauf auf ihre volle Größe und schrumpft wieder zusammen. Im Gehäuse liegen zwei nierenförmige Öffnungen, die Saugniere und die Druckniere. Über der Saugniere wächst die Kammer und saugt an, über der Druckniere schrumpft sie und schiebt aus.
Schematisch, animiert. Bei allen drei Bauarten wird eine Kammer auf der Saugseite gefüllt und auf der Druckseite geleert, je Umdrehung ein festes Volumen.
Im 2.0 TDI der Baureihe EA189 sitzt eine Duocentric-Innenzahnradpumpe, und zwar an einem Ort, der für die gesamte Schadenshistorie dieses Motors entscheidend wurde: im Ausgleichswellenmodul unter der Kurbelwelle, angetrieben über eine der Ausgleichswellen. Der Bauraum dort ist knapp, und die Pumpe ist entsprechend klein. Dazu kommt der mehrgliedrige Antriebsstrang mit dem Sechskant-Mitnehmer als letztem Glied, dessen Verschleiß die Pumpe schleichend vom Antrieb trennt. Diese Konstruktionsgeschichte haben wir im Artikel über das Ausgleichswellenmodul ausführlich aufgearbeitet. Für das Verständnis hier genügt: Die Serienpumpe dieses Motors hat wenig Reserve, und das zeigt sich am unteren Ende der Kennlinie.
¶ Wie die Ölpumpe angetrieben wird: direkt, über Zahnräder, Kette oder Riemen
Die Antriebskraft der Ölpumpe kommt von der Kurbelwelle, entweder direkt oder über Zahnräder, eine Kette oder einen Zahnriemen. Ältere Motoren nahmen den Antrieb auch von der Nocken- oder Verteilerwelle, die selbst von der Kurbelwelle getrieben wird, dann dreht die Pumpe nur mit halber Kurbelwellendrehzahl. Je nach Übersetzung dreht die Pumpe also langsamer, gleich schnell oder schneller als der Motor, und ihre Fördermenge folgt der Motordrehzahl immer im selben Verhältnis. Eine Pumpe ist nur so zuverlässig wie ihr Antrieb, und jede dieser Lösungen hat ihre eigene typische Schwachstelle.
Neuteil, eigenes Foto. Zahnradantrieb: Die Pumpe trägt ein breites Stirnrad, das in ein Gegenrad auf der Kurbelwelle greift.
Neuteil, eigenes Foto. Direktantrieb: Diese Pumpe sitzt im Stirndeckel, die Kurbelwelle läuft durch die Mittelbohrung und treibt den Innenrotor.
Neuteil, eigenes Foto. Wellenantrieb: Eine Antriebswelle treibt die Pumpe von oben, das Ansaugrohr hängt direkt daran.
| Antriebskonzept | Prinzip | Typische Schwachstelle |
|---|---|---|
| Direktantrieb | Innenrotor sitzt auf der Kurbelwelle, die Pumpe im Stirndeckel | großer Rotordurchmesser mit hoher Gleitgeschwindigkeit an den Zahnköpfen, die Übersetzung liegt fest |
| Zahnräder, Welle und Mitnehmer | Rädertrieb oder Antriebswelle, ein kurzer Sechskant- oder Vielzahn-Mitnehmer überträgt das Drehmoment | Verschleiß der Formschluss-Paarung, schleichend und unsichtbar |
| Kette | Rollen- oder Zahnkette, dauergeschmiert | Längung und Spannungsverlust, ohne Spanner progressiv |
| Zahnriemen im Ölbad | Riemen läuft direkt im Motoröl | chemische Zersetzung durch alterndes Öl |
Der EA189 mit Ausgleichswellenmodul schaltet gleich mehrere Übertragungsglieder hintereinander, einen mehrstufigen Rädertrieb durch das Modul plus den Sechskant-Mitnehmer, und der Mitnehmer ist eine der bekanntesten Schwachstellen dieser Motorengeneration, seine Anatomie füllt bei uns einen eigenen Artikel. Die EA288-Generation und der 1.6 TDI setzen auf den Ölbad-Riemen, dessen Tücken wir im Beitrag Zahnriemen im Öl seziert haben. Kettengetriebene Pumpen schließlich brauchen einen Spanner, warum, steht im Beitrag zum Kettenspanner.
Vorschau aus dem Beitrag zum Kettenspanner: dieselbe gelängte Kette, einmal mit, einmal ohne Spanner.
➜ Warum ein Kettentrieb ohne Spanner sich selbst zerstört
Die Lehre aus dieser kleinen Systematik: Wenn eine Ölpumpe plötzlich ausfällt, liegt es selten am Förderwerk selbst, sondern an ihrer Peripherie, am Antrieb davor, am Sieb darunter, an den Partikeln darin. Schleichend dagegen verliert jede Pumpe Fördermenge, und eine knapp bemessene merkt man davon zuerst im heißen Leerlauf. Bei jeder Beurteilung der Ölversorgung gehört deshalb das System betrachtet, nicht das Einzelteil.
¶ Die Kennlinie: stark, wo es leicht ist, schwach, wo es zählt
Tragen wir Fördermenge und Drehzahl in ein Diagramm ein, ergibt sich die erwähnte Gerade. Der Motor braucht aber keine Gerade. Sein Ölbedarf hängt von Last, Temperatur und Drehzahl ab, und die kritische Kombination ist nicht die, die man intuitiv erwartet.
Bei hoher Drehzahl fördert die Pumpe im Überfluss, mehr als der Motor je abnehmen kann. Das ist der unproblematische Teil der Kennlinie. Der problematische liegt am anderen Ende, im heißen Leerlauf, und dort wirken drei Effekte gleichzeitig gegen den Druck:
Erstens die Drehzahl. Im Leerlauf dreht der Motor mit einem Bruchteil seiner Nenndrehzahl, und die Fördermenge sinkt linear mit. Die Pumpe liefert dort konstruktionsbedingt ihr Minimum.
Zweitens die Viskosität. Heißes Öl ist dünnflüssig und entweicht durch jeden Lagerspalt um ein Vielfaches leichter als kaltes. Der Widerstand, gegen den die Pumpe arbeitet, bricht ein, und mit ihm der Druck.
Drittens der Verschleiß. Jedes gelaufene Lager hat größere Spalte als am ersten Tag. Größere Spalte wirken wie zusätzlich geöffnete Abflüsse im System. Ein Motor mit 250.000 Kilometern verliert im heißen Leerlauf spürbar mehr Öl durch seine Lager als derselbe Motor im Neuzustand, bei identischer Pumpe und identischem Öl.
Alle drei Effekte addieren sich in genau einem Betriebspunkt: heißer Motor, Leerlaufdrehzahl. Der Stau auf der Autobahnabfahrt nach zügiger Fahrt an einem Sommertag ist für den Öldruck einer der härtesten Momente des Tages, härter als die Volllast davor.
Wie viel Druck gehört sich im heißen Leerlauf? Die Antwort hat zwei Ebenen. Die allgemeine: Werkstatt- und Foren-Erfahrungswerte über viele Motorenfamilien hinweg bewegen sich für den warmen Leerlauf grob im Bereich von einem bis drei bar, mit erheblicher Streuung je nach Konstruktion, Öl und Verschleißzustand, und einzelne Hersteller spezifizieren für ihre Motoren Mindestwerte deutlich darunter. Ein verbindliches, öffentlich dokumentiertes VW-Sollkurven-Datenblatt für den 2.0 TDI sucht man dagegen vergeblich, die Werkskennfelder sind Teil der internen Applikationsunterlagen. Die spezifische Ebene sind die eigenen Messreihen von MMHP: Mit der Serienpumpe des 2.0 TDI kann der Druck im heißen Leerlauf auf Werte um 0,4 bis 0,5 bar abfallen, gemessen direkt am Hauptölkanal bei Betriebstemperatur mit einer Öltemperatur um 80 °C. Das liegt deutlich unter den allgemeinen Erfahrungsbereichen. Wie wir messen und warum ein einzelner Wert ohne Messstelle, Öltemperatur und Drehzahl wenig aussagt, beschreibt der Beitrag Wie wir Öldruck messen. Nach unserem eigenen Maßstab wären im heißen Leerlauf Werte in Richtung 2 bar wünschenswert, eine Herstellervorgabe ist das nicht. Zwischen diesen beiden Zahlen liegt der Spielraum, um den es bei jeder Pumpenauslegung für diesen Motor geht.
Merksatz: Eine Ölpumpe ist immer dort am schwächsten, wo der Motor sie am nötigsten braucht: bei heißem Öl und niedriger Drehzahl. Ihre Auslegung entscheidet sich nicht an der Spitze der Kennlinie, sondern an deren unterem Ende.
¶ Das Druckbegrenzungsventil: der stille Wächter
Wenn die Fördermenge linear mit der Drehzahl steigt, der Motor bei hoher Drehzahl aber gar nicht so viel Öl abnehmen kann, wohin dann mit dem Überschuss? Die Antwort ist ein Bauteil, das in der öffentlichen Diskussion praktisch nicht vorkommt, obwohl es in jedem Motor steckt und dort pausenlos Verantwortung trägt: das Druckbegrenzungsventil, englisch Pressure Relief Valve.
Sein Aufbau ist von entwaffnender Einfachheit. Ein Kolben, dahinter eine Feder, davor der Öldruck. Die Feder drückt den Kolben auf seinen Sitz und hält damit einen Rücklaufkanal zur Ölwanne verschlossen. Steigt der Druck über die Vorspannkraft der Feder, schiebt er den Kolben zurück, der Kanal öffnet sich, und der Überschuss fließt direkt und drucklos in die Ölwanne zurück. Sinkt der Druck, schließt die Feder das Ventil wieder. Kein Sensor, kein Steuergerät, keine Software. Der Regelkreis besteht aus einem Stück Stahl und einer Schraubenfeder, und er reagiert in dem Augenblick, in dem der Druck entsteht.
Bei welchem Druck das Ventil öffnet, legt der Hersteller über die Feder fest. Werkstatt- und Forenangaben für Pkw-Motoren bewegen sich in der Gegend von etwa 4,5 bis 7 bar, wobei diese Zahlen je nach Motor deutlich streuen und hier nur der Größenordnung dienen. Entscheidend ist das Prinzip: Oberhalb dieses Öffnungsdrucks steigt der Druck im Motor nur noch wenig, weil jeder zusätzliche Liter durch das Ventil abfließt. Ganz flach ist die Kurve allerdings nicht. Je weiter das Ventil öffnet, desto stärker ist die Feder gespannt, der Druck klettert mit der abgeleiteten Menge also noch ein Stück weiter. Wie weit, hängt davon ab, wie groß Ventil und Rücklauf für die Fördermenge der Pumpe bemessen sind. Und ein Kolben, der durch Schmutz oder Riefen klemmt, begrenzt gar nichts mehr. Das Ventil ist der eingebaute Deckel des Systems, aber nur, solange es frei läuft.
Nicht verwechseln sollte man dieses Ventil übrigens mit einem zweiten, viel kleineren Ventil im Ölkreislauf, dem Umgehungsventil am Ölfilter. Das öffnet schon bei geringen Differenzdrücken und hat eine ganz andere Aufgabe: Es stellt sicher, dass der Motor auch bei zugesetztem Filter oder zähem Kaltöl versorgt bleibt. Warum es das tut, was das über die Filterung im Alltag aussagt und wieso dieses unscheinbare Ventil in Verbindung mit Zahnriemenabrieb zur ernsten Sache wird, behandelt ein eigener Artikel: Zahnriemen im Öl.
Weil im Alltag drei Bauteile mit „Öldruck“ im Zusammenhang durcheinandergeraten, hier die Abgrenzung auf einen Blick:
| Bauteil | Sitzt | Aufgabe | Was es nicht tut |
|---|---|---|---|
| Druckbegrenzungsventil | an der Ölpumpe oder direkt dahinter | leitet überschüssiges Öl in die Ölwanne zurück und deckelt den Druck nach oben | hebt einen zu niedrigen Druck nicht an |
| Filter-Umgehungsventil | im Ölfilter oder Filtergehäuse | lässt Öl am Filterpapier vorbei, wenn der Filter zugesetzt oder das Öl zu zäh ist | regelt keinen Öldruck |
| Öldruckschalter oder Öldrucksensor | am Ölkanal hinter dem Filter | meldet dem Steuergerät, ob genug Druck anliegt | beeinflusst den Druck nicht, er misst nur |
Nur das dritte Bauteil bemerkt der Fahrer je selbst, über die rote Öldruckwarnleuchte. Was sie anzeigt und was nicht, erklärt der Beitrag Öldruckwarnleuchte.
Schematisch, nicht maßstäblich. Zwei Bauarten mit gleicher Aufgabe: Die Pumpe fördert Volumen, der Druck entsteht am Widerstand im Motor. Ab dem Öffnungsdruck schiebt der Druck Kolben oder Kugel gegen die Feder, überschüssiges Öl fließt drucklos in die Ölwanne, und der Druck steigt kaum noch.
¶ Geregelte Ölpumpen: was sie über das Prinzip verraten
Moderne Motoren treiben den Gedanken des Druckbegrenzungsventils einen Schritt weiter. Statt den Überschuss über ein Federventil abzublasen, verstellen sie gleich die Pumpe selbst. Eine geregelte Ölpumpe, auch volumenstromgeregelte oder bedarfsgeregelte Ölpumpe genannt, ändert ihr Fördervolumen je Umdrehung, statt immer das volle Volumen zu fördern. Zwei Wege sind verbreitet: Bei der Flügelzellenpumpe verschiebt eine Feder gegen den Öldruck den Hubring, in dem die Flügel laufen, und verkleinert so den Versatz zum Rotor und damit die Kammern. Bei der Außenzahnradpumpe wird eines der beiden Räder axial verschoben, sodass sich die Zähne nur noch auf einem Teil ihrer Breite überdecken. Angesteuert wird das über ein elektrisches Regelventil. Das Steuergerät vergleicht den gemessenen Öldruck mit einem Sollwert aus Drehzahl, Last und Temperatur und schaltet zwischen zwei Druckstufen um oder regelt stufenlos. Im VW-Konzern ist das seit über zehn Jahren Serie, etwa beim Benzinmotor EA888, dessen geregelte Pumpe mit genau einem solchen axial verschiebbaren Zahnrad arbeitet. Der Zweck ist schlicht Spritersparnis, denn Öl gegen ein Druckbegrenzungsventil zu fördern kostet Antriebsleistung.
Für unser Thema ist an diesem Exkurs vor allem eines interessant: Er zeigt, dass „die Pumpe fördert mehr, als der Motor braucht, und der Überschuss wird weggeregelt“ kein Sonderzustand ist, sondern das Grundprinzip jeder Ölversorgung seit Jahrzehnten. Die Frage ist nie, ob überschüssige Fördermenge abgeregelt wird, sondern nur wie. Der einfache Federkolben macht es seit Jahrzehnten robust und wartungsfrei, die Kennfeldregelung macht es sparsamer. Beide begrenzen den Druck nach oben auf das, was die Konstruktion vorsieht, solange die Mechanik frei arbeitet.
„Sparsamer“ heißt allerdings auch: Die Regelung senkt den Öldruck in bestimmten Betriebszuständen bewusst ab, obwohl die Pumpe mehr fördern könnte. Audi schreibt das in seinem Schulungsheft zur dritten Generation des EA888 offen hin. Unter den Neuerungen der Ölversorgung steht dort wörtlich „Oil pressure reduction in the low pressure stage“, also eine Absenkung des Öldrucks in der Niederdruckstufe. Aufschlussreich ist die Kehrseite im selben Heft: Fällt die geregelte Kolbenkühlung aus, gilt als Notlaufreaktion „The regulated oil pump has no low oil pressure stage“ (Audi of America, Self-Study Program 920243, 2013). Fällt die Kolbenkühlung aus, fährt der Hersteller selbst also mit vollem Druck. Der Zielkonflikt ist real: weniger Antriebsleistung gegen weniger Reserve in genau den Momenten, in denen der Druck ohnehin knapp ist.
Für den Alltag heißt das: Bei einem Kaltstart im Winter ist das Öl so zäh, dass oft schon die Leerlauf-Fördermenge den Öffnungsdruck erreicht. Das Druckbegrenzungsventil eines Serienmotors arbeitet also nicht theoretisch, sondern regelmäßig, jeden Winter, je nach Temperatur oft lange, mit der originalen Pumpe. Ob das Ventil auch die größere Menge einer stärkeren Pumpe abführt, ist dagegen eine Auslegungsfrage. Sie ist im Beitrag zur Förderleistung durchgerechnet.
¶ Partikel: was die Ölpumpe wirklich fürchtet
Über die eigentliche Bedrohung wird zu selten gesprochen. Eine Ölpumpe stirbt praktisch nie an zu hohem Druck. Sie stirbt meist an zwei Dingen: an einem sterbenden Antrieb, beim EA189 der bekannte Sechskant-Mitnehmer, oder an dem, was sie ansaugt.
Um zu verstehen, wie empfindlich eine Pumpe gegenüber Verunreinigung ist, muss man sich ihre inneren Abmessungen ansehen. Die folgenden Werte stammen aus Reparaturanleitungen verschiedener, teils älterer Motoren mit Zahnradpumpe. Sie zeigen die Größenordnung, für einen bestimmten Motor gilt allein dessen Werkstatthandbuch:
| Spiel | Wo | typischer Neuzustand | typische Verschleißgrenze |
|---|---|---|---|
| Zahnflankenspiel | zwischen den Zähnen der beiden Räder | ab ca. 0,03 bis 0,05 mm | ca. 0,08 bis 0,20 mm |
| Umfangsspiel | zwischen Zahnkopf und Gehäusewand | in den Unterlagen ohne Neuwert | max. ca. 0,18 mm |
| Axialspiel | zwischen Radstirnseite und Deckel | in den Unterlagen ohne Neuwert | ca. 0,10 bis 0,15 mm |
Beim Gerotor heißen die Messstellen etwas anders, das Prinzip ist dasselbe: Spiel zwischen den Zahnköpfen von Innen- und Außenrotor, Spiel zwischen Außenrotor und Gehäuse und Axialspiel zum Deckel.
Lesen Sie diese Tabelle einmal in Alltagsmaßstäben: Ein menschliches Haar misst grob 0,05 bis 0,08 Millimeter. Die Arbeitsspalte einer Ölpumpe liegen also in der Größenordnung eines Haares und teils deutlich darunter, im Bereich weniger Hundertstelmillimeter. Diese Enge ist kein Konstruktionsfehler, sie ist die Funktionsbedingung: Je kleiner die Spalte, desto weniger Öl leckt intern von der Druck- zur Saugseite zurück, desto besser der Wirkungsgrad der Pumpe.
Genau diese Enge macht die Pumpe aber verwundbar. Aus der Verschleißforschung ist bekannt, dass die gefährlichsten Partikel diejenigen sind, deren Größe ungefähr dem Spaltmaß entspricht: Sie passen gerade so in den Spalt, verklemmen sich dort und wirken wie ein Schneidwerkzeug zwischen den Flächen. Fachzeitschriften der industriellen Schmierungstechnik wie Machinery Lubrication berichten, dass Zahnradpaarungen in sauberem Öl ein Mehrfaches der Lebensdauer erreichen, die sie in verunreinigtem Öl schaffen. Jeder harte Partikel, der durch die Pumpe wandert, hinterlässt im Zweifel eine Riefe, und jede Riefe vergrößert die interne Leckage. Die Pumpe fördert dann bei gleicher Drehzahl real weniger, ein schleichender, von außen unsichtbarer Leistungsverlust.
Schematisch, stark vergrößert. Gefährlich ist das Teilchen, das gerade in den Spalt passt: Es klemmt und zieht eine Riefe, und jede Riefe lässt mehr Öl zur Saugseite zurücklecken.
Und jetzt kommt der Satz, der vielen Lesern neu sein dürfte: Die Ölpumpe sitzt vor dem Ölfilter. Die Reihenfolge im Kreislauf lautet Ölwanne, Ansaugsieb, Pumpe, und erst danach, auf der Druckseite, der Feinfilter. Das ist konstruktiv zwingend, denn die Pumpe muss das Öl ja erst durch den Filter drücken. Der größte Teil des Öls, das sie ansaugt, war beim letzten Umlauf schon im Filter. Was aber neu dazukommt, Abrieb, Späne, Bruchstücke oder zerfallendes Riemenmaterial, trifft auf dem Weg zur Pumpe nur auf ein grobmaschiges Metallsieb, das die dicksten Brocken zurückhält. Alles Feinere geht beim ersten Umlauf mitten durch das empfindlichste Förderorgan des Motors, bevor ein Filter es auffangen kann. Woher solche Partikel kommen, warum sich zersetzende Zahnriemen im Ölbad die tückischste Quelle sind und was passiert, wenn sich das Sieb selbst zusetzt, behandelt der Artikel Zahnriemen im Öl. Auch Bruchstücke einer gebrochenen Gleit- oder Spannschiene der Steuerkette können so bis ans Ansaugsieb gelangen, den Weg beschreibt der Beitrag zu den Gleit- und Spannschienen.
Vorschau aus dem Beitrag zur Messposition: Links unten saugt die Pumpe (1) über das Sieb aus der Wanne, erst danach folgt links darüber der Ölfilter (2).
➜ Die Reise eines Öltropfens, Station für Station
Für den Alltag folgt daraus wenig Aufwand mit großer Wirkung: Ölwechsel mit neuem Filter nach Vorgabe des Herstellers, das freigegebene Öl und ein Blick auf den Ölstand. Das hält nicht nur die Lager sauber, sondern auch die Pumpe.
Merksatz: Die reale Bedrohung für eine Ölpumpe ist nicht Druck, sondern Schmutz. Sie arbeitet mit Spalten von Hundertstelmillimetern, und was neu im Motor entsteht, erreicht sie vor dem Ölfilter.
¶ Saugseite und Kavitation: die zweite Schwachstelle
Neben Partikeln gibt es einen zweiten Feind, der ebenfalls kaum je öffentlich besprochen wird, und er sitzt dort, wo man ihn am wenigsten vermutet: nicht auf der Druckseite, sondern am Ansaugtrakt der Pumpe.
Neuteil, eigenes Foto. Unten der Saugkorb mit Sieb: Hier zieht die Pumpe das Öl aus der Wanne an.
Eine Verdrängerpumpe kann kräftig drücken, aber nur schwach saugen. Auf der Saugseite steht ihr lediglich der Unterschied zwischen dem Umgebungsdruck im Kurbelgehäuse und dem Unterdruck in ihren sich öffnenden Kammern zur Verfügung, also weniger als ein bar, ganz gleich, wie stark die Pumpe ist. Solange Sieb und Ansaugweg frei sind, genügt das vollkommen. Wird der Zulauf aber gedrosselt, durch ein sich zusetzendes Sieb, einen undichten Ansaugstutzen, der Falschluft zieht, oder schlicht durch honigzähes Öl bei extremer Kälte, kann das nachströmende Öl mit dem Tempo der Förderkammern nicht mehr mithalten. In den Kammern entsteht Unterdruck, und ab einem gewissen Punkt tritt die im Öl gelöste Luft als Blasen aus, bei sehr tiefem Unterdruck verdampfen auch leichte Bestandteile. Die Fachwelt nennt das Kavitation, bei der Luft genau genommen Gaskavitation.
Kavitation ist doppelt bösartig. Kurzfristig bricht die Förderung ein, denn eine Pumpe, die Blasen fördert, fördert entsprechend weniger Öl, der Druck im System fällt, oft begleitet von einem heulenden oder knatternden Pumpengeräusch. Langfristig zerstören die Blasen die Pumpe selbst: Sie kollabieren auf der Druckseite schlagartig, und jede dieser Mikro-Implosionen schlägt winzige Krater in die Oberflächen des Förderwerks, Materialerosion im Dauerbetrieb. Ein Motor kann also eine tadellose Pumpe, ein sauberes Öl und intakte Lager haben und trotzdem an Öldruckmangel leiden, nur weil auf der Saugseite ein Hindernis sitzt. Genau dieser Mechanismus steht hinter den Sieb-Verstopfungs-Schäden, die wir im Zahnriemen-Artikel beschreiben, und er gehört in jede ernsthafte Öldruck-Diagnose: Wer nur auf der Druckseite sucht, übersieht die Hälfte der Verdächtigen. Ein anderes Rasseln kennen viele Fahrer: das kurze Rasseln nach dem Kaltstart, solange der Kettenspanner der Steuerkette noch nicht wieder mit Öl gefüllt ist. Hält es länger an als früher, gehört es in die Werkstatt.
Vorschau aus dem Beitrag Zahnriemen im Öl: So sieht Kavitation aus, wenn das Sieb zugeht.
Wie Saugglocke, Sieb, Glockenhöhe und die Form der Ölwanne darüber entscheiden, ob die Pumpe überhaupt Öl statt Luft bekommt, beschreibt der Beitrag Ölwanne und Ansaugrohr: der unterschätzte erste Meter der Ölversorgung.
¶ Ölfilter und Öldruckwarnung: die Sicherheitsreserven
Zwei Fragen tauchen in diesem Zusammenhang immer wieder auf: Hält das Kunststoffgehäuse des Ölfilters höheren Öldruck aus? Und meldet die Motorelektronik einen Fehler, wenn der Öldruck steigt?
Zur ersten Frage lohnt ein Blick in die Prüfpraxis der Filterindustrie. Ölfilter für Motoren werden nach der Normreihe ISO 4548 geprüft. Teil 5 beschreibt eine Dauerprüfung mit wiederholten Druckstößen, Teil 6 eine Berstdruckprüfung. Die Reihe beschreibt Prüfverfahren, keine Bauvorgabe, und regelt nach unserem Kenntnisstand weder Druckbegrenzungsventile noch Kunststoffgehäuse. Welche Werte ein bestimmter Filter oder ein Filtergehäuse aus Kunststoff erreichen muss, legen Filter- und Fahrzeughersteller fest, ein öffentliches VW-Datenblatt dazu gibt es nicht. Für ein bestimmtes Bauteil gilt deshalb allein die Freigabe seines Herstellers.
Zur zweiten Frage: Die Öldrucküberwachung eines Pkw-Motors ist in der Regel eine Mindestdruck-Warnung. Sie schlägt an, wenn der Druck unter die hinterlegte Schwelle fällt, denn Mangel ist die reale Gefahr. Eine Warnung für zu hohen Öldruck ist uns beim 2.0 TDI nicht bekannt, nach oben begrenzt das Druckbegrenzungsventil. Wer nach einem Pumpentausch tatsächlich eine Öldruckwarnung sieht, hat kein Problem mit zu viel Druck, sondern eines der klassischen Einbau-Themen, die der Beitrag Öldruck nach einem Pumpentausch beschreibt.
¶ Woran man eine verschlissene Ölpumpe erkennt
Eine verschlissene Ölpumpe kündigt sich fast nie mit einem Geräusch an, sondern mit einem Muster im Öldruck. Die interne Leckage wächst mit dem Verschleiß und wirkt bei dünnem Öl am stärksten, also zeigt sie sich zuerst dort, wo dieser Artikel die Schwachstelle verortet hat: im heißen Leerlauf. Bei Drehzahl ist der Druck noch unauffällig, im Stand nach einer langen Fahrt fällt er immer weiter ab.
| Anzeichen | Was dahinterstecken kann | Was zuerst zu prüfen ist |
|---|---|---|
| Öldruckwarnleuchte flackert im heißen Leerlauf und erlischt beim Gasgeben | zu wenig Druck bei niedriger Drehzahl: verschlissene Pumpe, gewachsene Lagerspalte, verdünntes Öl | ernst nehmen: sofort Ölstand prüfen, nur noch so weit fahren wie nötig, hohe Last meiden und den Öldruck in einer Werkstatt mit einem Manometer messen lassen |
| Leuchte bleibt auch bei Drehzahl an | Förderung bricht ab: Antrieb defekt, Sieb zugesetzt, Pumpe saugt Luft | Motor sofort abstellen, nicht weiterfahren |
| heiseres, rasselndes Geräusch aus dem unteren Motorbereich | Kavitation auf der Saugseite | Ansaugsieb und Ansaugweg |
| Öldruck sinkt über Monate langsam ab | schleichende interne Leckage in Pumpe und Lagern | Messwerte unter gleichen Bedingungen vergleichen |
Das Muster allein beweist noch keine defekte Pumpe. Dieselben Anzeichen erzeugen ein zu niedriger Ölstand, verdünntes Öl, ein zugesetztes Sieb oder ein defekter Öldruckschalter, und die sind schneller geprüft als jede Pumpe. Wie man Diesel im Öl erkennt, steht im Beitrag Diesel im Motoröl erkennen, wie man Öldruckwerte überhaupt vergleichbar misst, im Beitrag Öldruck vorher und nachher messen.
Bei einer Frage gibt es dagegen keinen Spielraum: Leuchtet die Öldruckwarnung während der Fahrt dauerhaft, wird der Motor sofort abgestellt. Ohne Öldruck trägt der Schmierfilm in den Lagern nicht mehr, und der Schaden entsteht in Sekunden. Wie lange eine Ölpumpe hält, hängt vor allem an ihrer Umgebung. Mit sauberem Öl und intaktem Antrieb verschleißt sie langsam, und ein plötzlicher Ausfall geht meist auf den Antrieb oder auf etwas zurück, das sie angesaugt hat.
¶ Ölpumpe prüfen: was die Werkstatt misst
Zum praktischen Abschluss der Technik-Kapitel die Frage, die sich bei jedem geöffneten Motor stellt: Kann man den Zustand einer Ölpumpe eigentlich beurteilen? Man kann, aber nur zerlegt, und die Prüfung besteht im Kern aus drei Messungen mit der Fühlerlehre, deren Größenordnungen oben in der Spaltmaß-Tabelle stehen. Die Sollwerte für den eigenen Motor stehen im Werkstatthandbuch.
Gemessen wird erstens das Zahnflankenspiel zwischen den Förderrädern, zweitens das Umfangsspiel zwischen Rad und Gehäusewand und drittens das Axialspiel zwischen Radstirnseite und Deckel, klassisch mit Haarlineal und Fühlerlehre über die Gehäusefläche. Dazu kommt die Sichtprüfung der Laufflächen auf Riefen, also auf die Spuren durchgewanderter Partikel, und ein Blick auf das Druckbegrenzungsventil: Kolben herausnehmen, auf Riefen und Leichtgängigkeit prüfen, Feder auf freie Länge. Das ist keine Raketentechnik, aber es setzt voraus, dass die Pumpe auf dem Tisch liegt, und genau daran scheitert die Beurteilung im Alltag. Eine eingebaute Pumpe verrät ihren Zustand ausschließlich indirekt, über den Öldruck, und auch das erst, wenn der Verschleiß weit fortgeschritten ist, denn die interne Leckage wächst schleichend.
Links das Umfangsspiel zwischen Rad und Gehäusewand, rechts das Axialspiel mit Haarlineal über der Gehäusefläche.
Für die Praxis folgt daraus eine einfache Konsequenz, die wir im Instandsetzungs-Artikel noch einmal zuspitzen: Wenn ein Motor ohnehin offen ist, gehört die Pumpe entweder vermessen oder ersetzt. „Sah gut aus“ ist bei einem Bauteil, dessen Verschleiß sich in Hundertstelmillimetern abspielt, keine Prüfung, sondern eine Hoffnung.
¶ Ölpumpe ohne Ausgleichswellenmodul: der Umbau im Schnittbild
Zum Schluss ein Blick auf eine Ölpumpe, die wir selbst bauen, schematisch und ohne Maße. In der Zeichnung finden sich die Bausteine dieses Artikels wieder: links im Schnitt der Antrieb über ein Kettenrad, der Rotorsatz und ein Druckbegrenzungsventil mit Kugel und Feder, das überschüssiges Öl in die Ölwanne zurückleitet, rechts der drehende Gerotor über Saug- und Druckniere.
Schematisch, ohne Maße. Links der Schnitt durch die Pumpe mit dem Druckbegrenzungsventil, rechts der drehende Rotorsatz über Saug- und Druckniere.
Konstruktionsdaten veröffentlichen wir nicht: Verdrängungsvolumina, Auslegung des Förderwerks, Kennlinien und die Ergebnisse aus unseren Zerlegungen gelaufener Motoren bleiben im Haus.
¶ Siehe auch
- Ausgleichswellenmodul 2.0 TDI (EA189)
- Öldruck-Messposition: Warum ein einzelner Wert täuscht
- Öldruckwarnleuchte an? Was sie bedeutet und was nicht
- Ölwanne und Ansaugrohr
- Zahnriemen im Öl
- Ölpumpe Stufe 1 oder Stufe 2?
Transparenzhinweis: MMHP entwickelt und verkauft Umbau-Kits für die hier beschriebenen Motoren. Die allgemeinen technischen Angaben (Bauarten, Ventilfunktion, Spaltmaße, Prüfnormen) stammen aus Fach- und Werkstattliteratur und sind im Text als Größenordnungen gekennzeichnet, die Messwerte zum heißen Leerlauf aus den eigenen Messreihen von MMHP.