¶ Steuerkette rasselt beim Kaltstart: Spanner oder Versteller?
Neuteil, eigenes Foto. Hydraulischer Kettenspanner zum Einschrauben. Um ihn geht es in diesem Beitrag vor allem.
¶ Das Wichtigste in Kürze
Wenn die Steuerkette beim Kaltstart rasselt, ist meist der Kettenspanner der Grund, manchmal der Nockenwellenversteller und nur selten die Kette oder eine gebrochene Schiene. Der hydraulische Spanner hält die Kette mit Motoröl gespannt. Über Nacht, ohne Öldruck, gibt er ein Stück nach. Beim Start hat die Kette dann für einen Moment Spiel und schlägt, bis die Ölpumpe den Spanner wieder gefüllt hat. Das dauert in den Unterlagen der Hersteller eine bis fünf Sekunden.
Das ist kein Werkstattgerücht. Fünf Autohersteller haben dieses Geräusch in eigenen Werkstattanweisungen beschrieben. Zwei davon schreiben ausdrücklich, dass es keinen Schaden anrichtet, ein dritter, dass es Sicherheit, Leistung und Abgas nicht beeinträchtigt. Einer der Hersteller schreibt wörtlich: „The noises do not lead to damage."
Bei manchen Motoren rasselt gar nicht der Spanner, sondern der Nockenwellenversteller. Zwei Hersteller haben das Problem mit neuen Verstellern gelöst, nicht mit einer neuen Kette. Bei einem dritten saß ein Teil der Lösung in der Ölzuleitung im Zylinderkopf. Wer gegen das Rasseln einen kompletten Kettensatz einbaut, kann deshalb am falschen Teil arbeiten.
Ein dickeres Öl ist keine Lösung. Keiner der fünf Hersteller hat das Rasseln mit einem anderen Öl behoben, alle haben Bauteile getauscht.
Aufmerksam sollten Sie werden, wenn das Rasseln länger dauert als früher, wenn es anhält, bis der Motor warm wird, wenn es auch bei warmem Motor oder im Leerlauf auftritt oder wenn die Motorkontrollleuchte dazukommt. Dann gehört der Motor in die Werkstatt, bei Warnleuchte sofort.
Kälte schadet der Kette übrigens tatsächlich, und gemessen ist das vor allem über das Öl. In einer Messreihe verschliss eine Kette im kalten Dauerbetrieb zehnmal so stark wie warm, weil sich Wasser, Säure und Kraftstoff aus den Verbrennungsgasen im Öl sammeln. Dagegen hilft ein gutes, rechtzeitig gewechseltes Öl, nicht ein leiserer Start.
Das war die kurze Antwort. Wer verstehen will, warum ein Spanner über Nacht nachgibt, woran man ihn vom Nockenwellenversteller unterscheidet und was die Hersteller in ihren Werkstattunterlagen dazu schreiben, findet ab hier die Langfassung: mit den Originalzitaten, einer Tabelle zum Einordnen des Geräuschs und den Stellen, an denen die Quellen enden.
¶ Kaltstart-Rasseln: ein Geräusch, das die Hersteller selbst beschreiben
Ein Wintermorgen, das Auto stand die ganze Nacht draußen. Der Motor springt an, und für zwei, drei Sekunden rasselt es vorn am Motor, als liefe eine lose Fahrradkette über ein Blech. Dann ist es still, und der Motor läuft wie immer. Am nächsten Morgen dasselbe.
Wer dieses Geräusch zum ersten Mal hört, denkt an einen Motorschaden. Wer im Internet danach sucht, findet beides: Beruhigung und Weltuntergang, oft im selben Forumsbeitrag. Dabei muss man hier nicht raten. Die Hersteller selbst haben das Geräusch untersucht und ihren Werkstätten beschrieben, woher es kommt und was zu tun ist. Diese Werkstattanweisungen heißen Technical Service Bulletins, kurz TSB. In den USA müssen die Hersteller sie der Verkehrssicherheitsbehörde NHTSA übermitteln, und von dort sind sie öffentlich abrufbar. Wir haben die folgenden fünf im Original gelesen.
| Hersteller | Motor | Dokument | Wann und wie lange | Ursache laut Hersteller | Abhilfe laut Hersteller |
|---|---|---|---|---|---|
| Mercedes-Benz | M276, M278, M157 | LI05.10-P-056435, 16.07.2013 | nach dem Start „for several seconds" | Sekundärkettenspanner, bis der Öldruck steht | optimierte Spanner und Rückschlagventile im Zylinderkopf |
| Audi | V6 3.0 TFSI | TSB 2039995/1, 03.03.2015 | etwa 1 bis 3 Sekunden nach dem ersten Start des Tages | „one of the upper chain tensioners" | „Improved chain tensioner" |
| Kia | Lambda II 3.3 (Cadenza, Sorento) | ENG 148, Revision 3, 31.08.2016 | kurz nach dem Start, „after a cold soak" | Kettenspanner | Spanner mit feinerer Rasterung (1,5 mm), teils zusammen mit dem Einlassversteller |
| Ford | 3.5 EcoBoost (F-150, 2011 bis 2015) | TSB 18-2305, 24.10.2018 | 2 bis 5 Sekunden nach mindestens 6 Stunden Standzeit | nicht einzeln genannt | alle vier Nockenwellenversteller und die Primärkette tauschen, ein Spannersatz steht mit in der Teileliste |
| Toyota | 1AR-FE, 2AR-FE | T-SB-0041-13, 15.03.2013 | etwa eine Sekunde nach dem Kaltstart | nicht genannt | Einlass-Nockenwellenversteller tauschen |
Der Begriff „cold soak", der in mehreren Dokumenten steht, meint ein Auto, das lange genug gestanden hat, um vollständig abzukühlen. Die Werkstattanweisung zum EcoBoost nennt dafür sechs Stunden oder mehr.
An dieser Tabelle fallen drei Dinge auf. Erstens die Dauer. In keinem der Dokumente rasselt es länger als fünf Sekunden. Das ist die Größenordnung, um die es in diesem Beitrag geht. Zweitens die Ursache. Bei den ersten drei Dokumenten war es der Spanner, bei den letzten beiden der Nockenwellenversteller. Dasselbe Geräusch, zwei verschiedene Bauteile. Drittens die Abhilfe. Nicht ein einziger Hersteller hat das Problem mit einem anderen Öl gelöst, und nur beim EcoBoost wurde dabei die Kette mitgetauscht. Überall sonst waren es Spanner, Versteller oder die Ölzuleitung.
Wir gehen die Kandidaten der Reihe nach durch, zuerst den häufigsten.
¶ Der hydraulische Kettenspanner: warum er über Nacht etwas nachgibt
Ein Kettenspanner drückt über eine Spannschiene gegen die lockere Seite der Steuerkette und hält sie gespannt. In vielen Motoren ist das ein hydraulischer Spanner, also ein Kolben in einem Zylinder, dahinter eine Feder und eine Kammer mit Motoröl. Wie er im Einzelnen aufgebaut ist und welche Bauarten es gibt, haben wir in unserem Beitrag zum Kettenspanner beschrieben. Hier interessiert nur, warum er über Nacht nachgibt.
Neuteil, eigenes Foto. Ein Einschraubspanner. Kolben, Feder und Rückschlagventil sitzen im Gehäuse, von außen sieht man nur den Kolben.
¶ Der Leckspalt ist der Dämpfer, und er arbeitet auch im Stand
Zwischen Kolben und Zylinder gibt es einen winzigen Spalt, ein paar Hundertstelmillimeter breit. Man könnte ihn für eine Ungenauigkeit halten. Er ist aber das wichtigste Funktionsteil des Spanners. Das Fachbuch „Kettensteuertriebe" von Peter Bauer, erschienen 2013 mit fachlicher Unterstützung des Kettenherstellers iwis, beschreibt es so: „Die notwendige Dämpfungsarbeit erfolgt durch eine laminare Leckspaltströmung, die sich aus dem zwischen Bohrungs- und Kolbenaußendurchmesser vorhandenen Spiel ergibt."
Wenn die Kette gegen die Schiene schlägt, muss das Öl aus der Kammer durch diesen engen Spalt. Das geht nur langsam, und genau dadurch wird der Stoß geschluckt. Wie stark der Spalt wirkt, hat eine Forschergruppe um Feng 2023 in einer Simulation berechnet und am Prüfstand bestätigt, mit einer Abweichung von unter 8,3 Prozent zwischen Rechnung und Messung. Die Bedingungen waren eine Anregung mit 100 Hz und 0,2 mm Hub, 0,4 MPa Öldruck, 100 °C Öltemperatur und 0,1 Prozent Luft im Öl.
| Leckspalt | größte Dämpfungskraft |
|---|---|
| 0,045 mm | 621 N |
| 0,035 mm | 1.086 N |
| 0,025 mm | 1.942 N |
Quelle: Feng et al., Chinese Journal of Mechanical Engineering 36:122, 2023. Bedingungen siehe Text.
Zwei Hundertstelmillimeter weniger Spalt, und die Dämpfungskraft wird gut dreimal so groß. Man sieht daran, wie fein ein Spanner abgestimmt ist. Die Autoren schreiben, der Spalt müsse passend zur höchsten Spannung der lockeren Kettenseite gewählt werden, für einen stabilen Kettentrieb und wenig Geräusch. Dass ein engerer Spalt deshalb nicht einfach besser ist, ist unsere Einschätzung, nicht die der Autoren.
Der Haken liegt auf der Hand. Ein Spalt, durch den im Betrieb Öl gedrückt wird, lässt auch im Stand Öl heraus. Solange der Motor läuft, pumpt die Ölpumpe nach. Steht er, fehlt der Nachschub, und die Feder allein hält den Kolben. Drückt die Kette mit ihrem Gewicht und ihrer Restspannung dagegen, weicht der Kolben langsam zurück.
¶ Warum das Öl im Stand abläuft: ein bekanntes Problem
Das ist keine Theorie von uns, sondern in der Branche seit Jahrzehnten beschrieben. Der amerikanische Zulieferer Eaton schreibt in einer 1993 angemeldeten Patentschrift über hydraulische Spanner (US 5,304,099): „When the engine is shut down and no oil pressure is present in the tensioner, the output member can retract, allowing the chain to slacken, resulting in noise and vibration on start-up until sufficient hydraulic pressure is built up to again maintain the predetermined chain tension." Wenn der Motor abgestellt ist und kein Öldruck im Spanner anliegt, kann der Kolben zurückweichen. Die Kette wird locker, und beim Start gibt es Geräusch und Vibration, bis wieder genug Druck aufgebaut ist.
Deutlicher noch wird iwis selbst, einer der großen Kettenlieferanten der europäischen Autoindustrie. In einem Gebrauchsmuster von 2007 (DE 20 2007 002 456 U1) heißt es über Spanner mit ungeregelter Entlüftung, also Drosselkanälen ohne vorgeschaltetes Rückschlagventil, sie hätten „das Problem, dass das Hydraulikmittel im statischen Zustand, d. h. bei Stillstand des Verbrennungsmotors, über die Drosselkanäle ausläuft und bei einer erneuten dynamischen Inbetriebnahme die hydraulische Dämpfungsfunktion nicht sofort gegeben ist."
Das Auslaufen ist also keine Absicht der Konstrukteure, sondern ein Nebeneffekt, den sie hinnehmen, weil der Spalt für die Dämpfung gebraucht wird. Es gibt noch weitere Wege, auf denen die Kammer im Stand Öl verliert oder Luft zieht. Der Spanner hat ein Rückschlagventil im Zulauf, das Öl hinein-, aber nicht wieder herauslassen soll. Ist es nicht ganz dicht, läuft die Kammer schneller leer. Und läuft der Zulaufkanal im Motor leer, kommt beim Start zuerst Luft beim Spanner an. Luft lässt sich zusammendrücken, sie dämpft kaum. Bauer beschreibt deshalb eine Entlüftungsbohrung an der Kolbenstirn, über die „Luft, die sich möglicherweise im Hochdruckraum ansammelt", entweichen kann.
Genau an diesen Stellen setzt die Werkstattanweisung zu den Motoren M276, M278 und M157 an: „Correctly installed check valves and optimized secondary chain tensioners will minimize oil drainage from tensioners." Richtig eingebaute Rückschlagventile und optimierte Spanner verringern den Ölabfluss aus den Spannern. Die zusätzlichen Rückschlagventile kommen dabei nicht in den Spanner, sondern in die Ölzulauföffnung im Zylinderkopf. Nach unserer Lesart sollen sie den Kanal davor gefüllt halten.
Eine vierte Stellschraube legt die Werkstattanweisung zum Lambda-V6 offen, als einzige mit einer technischen Angabe. Viele Spanner tragen eine Rastersperre, eine Zahnreihe am Kolben mit einer Klinke, die den Kolben mechanisch daran hindert, zu weit zurückzuweichen. Bauer nennt sie „Rastersperre zur Begrenzung des Rückhubs". Über den verbesserten Spanner heißt es dort: „New tensioner design with finer pitch on teeth (1.5mm)". Warum die feinere Teilung hilft, erklärt der Hersteller nicht. Unsere Lesart ist, dass die nächste Raste bei feinerer Teilung früher greift, der Kolben also im Stand weniger weit zurückfallen kann. Bemerkenswert ist, dass der neue Spanner nur für eine der beiden Zylinderbänke vorgeschrieben ist. Gleicher Motor, gleiches Öl, gleiche Standzeit, und doch rasselte offenbar nur eine Seite. Einbaulage und Ölweg zählen also mit.
Schematisch, nicht maßstäblich, auch die Zeitachse. Im Motor dauern Phase 2 und 3 zusammen meist eine bis wenige Sekunden.
¶ Öldruck nach dem Start: wie schnell sich der Spanner wieder füllt
Wie lange das Rasseln dauert, hängt daran, wie schnell Öl mit Druck am Spanner ankommt. Die Werkstattanweisung zu M276, M278 und M157 beschreibt diesen Ablauf in einem Satz: „Secondary timing chains might produce a rattling sound during engine start up until the engine oil pressure builds up. Once there is sufficient oil pressure created in secondary chain tensioners, they provide operating tensions to timing chains and the rattling stops." Bis der Öldruck steht, kann die Kette rasseln. Sobald genug Druck im Spanner ist, spannt er die Kette, und das Rasseln hört auf.
Damit reicht das Kaltstart-Rasseln in die Ölversorgung, einen Teil des Motors, der gern vergessen wird. Nach dem Anspringen muss die Ölpumpe das Öl erst aus der Wanne ansaugen und durch Filter und Kanäle drücken, bevor es überall mit Druck ansteht. Wie lange das an der Öldruckwarnleuchte dauert und was diese ersten Sekunden für die Lager bedeuten, steht in unserem Beitrag zur Öldruckwarnleuchte. Der Spanner ist dabei einer von vielen Abnehmern, und oft sitzt er am Ende einer langen Bohrung weit oben im Motor. Er bekommt sein Öl, wenn der Druck bis dorthin durchgestanden ist.
Dazu passt eine zweite Zahl aus der Arbeit von Feng. Bei gleichem Spalt von 0,035 mm lag die größte Dämpfungskraft bei 80 °C Öltemperatur bei 1.634 N, bei 100 °C bei 1.086 N und bei 120 °C bei 793 N. Zwischen 80 und 120 °C halbiert sich die Dämpfung ungefähr. Die Öltemperatur wirkt also in derselben Größenordnung wie der Spalt selbst. Das gilt für den laufenden Motor. Wie sich kaltes, zähes Öl auf die Füllzeit nach dem Start auswirkt, haben wir in keiner Quelle gemessen gefunden.
Naheliegend ist ein Gedanke, den wir ausdrücklich als These kennzeichnen. Dazu haben wir gründlich recherchiert und keinen Beleg gefunden. Es ist eine These, und wir bewerten sie so: Ein Motor, dessen Ölversorgung nach dem Start schneller Druck aufbaut, füllt auch den Spanner schneller, und das Rasselfenster wird kürzer. Mechanisch halten wir das für plausibel, weil der Spanner am Öldruck hängt. Gemessen hat es unseres Wissens niemand, auch wir nicht. Und selbst wenn es so ist, folgt daraus nur ein kürzeres Geräusch. Ob das die Lebensdauer der Kette messbar verlängert, hat niemand untersucht. Größer ist nach den Messungen im übernächsten Abschnitt der Einfluss des Öls. Was die Fördermenge einer Ölpumpe allgemein bestimmt, steht in unserem Beitrag Warum mehr Förderleistung die bessere Wahl ist.
¶ Nockenwellenversteller: wenn gar nicht der Spanner rasselt
Zwei der fünf Hersteller haben dasselbe Geräusch beschrieben und einen anderen Schuldigen gefunden: den Nockenwellenversteller. Das ist das Bauteil am Ende der Nockenwelle, an dem das Kettenrad sitzt. Es verdreht die Nockenwelle im Betrieb gegenüber dem Kettenrad, um die Ventilzeiten an Drehzahl und Last anzupassen. Die meisten Versteller arbeiten, wie der Spanner, mit Motoröl als Stellmittel. Viele werden beim Abstellen in einer Grundstellung verriegelt. In der Werkstattanweisung zu 1AR-FE und 2AR-FE ist ein solcher Sperrstift sogar Teil der Reparaturanleitung.
Eigenes Foto. Ein Nockenwellenversteller zerlegt: im Gehäuse mit dem Kettenzahnkranz liegen die Kammern, in die der Rotor mit seinen Flügeln greift. Das Öl in den Kammern verdreht den Rotor und damit die Nockenwelle.
Für diese Vierzylinder beschreibt der Hersteller ein „brief knock/rattle noise from the engine compartment for approximately one second" nach dem Kaltstart, also ein kurzes Klopfen oder Rasseln von etwa einer Sekunde. Die Abhilfe ist der Tausch des Einlass-Nockenwellenverstellers gegen ein geändertes Teil. Eine Ursache nennt das Dokument nicht. In Foren wird eine zu enge Ölbohrung im alten Versteller genannt. In der Werkstattanweisung selbst steht das nicht, wir haben es deshalb nicht übernommen.
Die Werkstattanweisung zum 3,5-Liter-EcoBoost im F-150 beschreibt ein Ticken oder Rasseln von zwei bis fünf Sekunden nach mindestens sechs Stunden Standzeit. Die Werkstatt soll alle vier Versteller und die Primärkette tauschen. Für die spätere Motorgeneration hat der Hersteller 2021 sogar ein Kundenprogramm (21N03) aufgelegt, das die Garantie auf die Versteller verlängert. Darin steht, das Geräusch könne „as a rattle when starting the engine after the vehicle was turned off for an extended period of time" auftreten, also als Rasseln beim Start nach längerer Standzeit.
Auch die Werkstattanweisung zu M276, M278 und M157 rechnet mit dieser Möglichkeit. Die Fassung von 2013 verlangte, einen Fall mit Tonaufnahme an die Fachabteilung zu melden, wenn das Geräusch nach dem Einbau von Ventilen und neuen Spannern noch da ist. Die Fassung von 2019 sagt es direkt: „Other causes not related to secondary chain tensioners are also possible and not described in this LI." Andere Ursachen als die Spanner sind also möglich.
Warum ein Versteller beim Start rasselt, erklären beide Dokumente nicht. Unsere Einordnung ist, dass hier dieselbe Mechanik wirkt wie beim Spanner. Ein Bauteil, das mit Öldruck arbeitet, ist in den ersten Sekunden noch nicht gefüllt und hat Spiel. Für den Halter ist die Unterscheidung wichtig, weil sie über die Reparatur entscheidet. Nach Gehör lässt sich das kaum trennen. Beide sitzen vorn am Motor, beide rasseln kurz nach dem Kaltstart. Das kann nur eine Werkstatt klären, die den Motor und seine bekannten Schwachstellen kennt.
¶ Schadet das Rasseln? Was die Hersteller sagen und was Kälte wirklich kostet
Die wichtigste Frage für die meisten Leser ist nicht, woher das Geräusch kommt, sondern ob es schadet. Hier sind die Hersteller erstaunlich klar.
¶ Drei Hersteller, eine Richtung
Zum V6 3.0 TFSI heißt es: „The noises do not lead to damage." Zu M276, M278 und M157: „No consequential damage is to be expected." Und im Programm 21N03 zu den Verstellern des 3.5 EcoBoost: „A cam phaser that has developed an undesirable noise does not affect the vehicle safety, performance, or emissions." Die letzte Aussage ist enger gefasst. Sie spricht nicht von Schaden, sondern davon, dass Sicherheit, Leistung und Abgas nicht beeinträchtigt sind.
Drei Hersteller, drei Motoren, eine Richtung. Keiner der drei beschreibt das kurze Rasseln nach dem Kaltstart als Gefahr. Sie haben es trotzdem abgestellt, mit neuen Teilen und auf eigene Kosten, weil Kunden sich zu Recht an einem Motor stören, der jeden Morgen klingt, als wäre etwas lose.
Zwei Einschränkungen gehören dazu. Diese Aussagen gelten für die genannten Motoren und für das beschriebene Bild, also für wenige Sekunden nach langer Standzeit an einem sonst intakten Motor. Ein Rasseln, das länger wird oder auch warm auftritt, ist ein anderes Bild. Und ein Hersteller hat naturgemäß ein Interesse daran, einen Mangel als harmlos einzustufen. Dass drei unabhängige Hersteller in dieselbe Richtung gehen, spricht aus unserer Sicht trotzdem dafür, dass sie recht haben. Harmlos bleibt es aber nur, weil es nach wenigen Sekunden endet. Danach steht der Spanner wieder unter Druck und hält die Kette für den Rest der Fahrt ruhig. Auf eine Kette, die ohne Spanner dauernd Spiel hat, lassen sich diese Aussagen nicht übertragen. Und die Messungen im nächsten Abschnitt passen dazu.
¶ Kaltbetrieb verschleißt die Kette, gemessen über das Öl
Trotzdem wäre es falsch zu sagen, Kälte sei der Kette egal. Das Gegenteil ist gemessen, nur auf einem anderen Weg, als man denkt.
Eine Übersichtsarbeit der Széchenyi-István-Universität im ungarischen Győr (Paulovics und Kollegen, FME Transactions 50, 2022) fasst Messungen von Schwarze und Kollegen zusammen. Sie ließen einen Ottomotor 500 Stunden lang auf dem Prüfstand laufen, einmal kalt mit 20 bis 50 °C Öltemperatur, einmal warm mit 110 bis 140 °C, und maßen den Verschleiß der Kettenbolzen mit einem radioaktiven Markierungsverfahren. Im Kaltbetrieb verschliss die Kette insgesamt zehnmal so stark wie im Warmbetrieb, auf dieselbe Strecke umgerechnet sogar etwa dreißigmal so stark. Das ist der Gesamtverschleiß, gemessen über die radioaktive Markierung. Die Oberflächenanalyse danach zeigt eine zweite Größe, die mittlere Verschleißtiefe der Bolzen nach 500 Stunden: 3 µm warm, 15 µm kalt.
Wichtig ist, was „kalt" hier heißt. Der Motor lief die ganze Zeit mit kühlem Öl, wie auf ständiger Kurzstrecke. Es ging nicht um den Startmoment. Und die Ursache war chemisch. Die Autoren schreiben, dass bei niedrigen Temperaturen „water, acids (sulfuric and nitric acids), and fuel condense from the blow-by gases", also Wasser, Schwefel- und Salpetersäure und Kraftstoff aus den Gasen im Kurbelgehäuse auskondensieren. Säure und Wasser greifen die Oberflächen an, Kraftstoff verdünnt das Öl. Als die Forscher diese Gase so weit wie möglich aus dem Kurbelgehäuse absaugten, halbierte sich der Kaltverschleiß von 15 auf 7 µm. Am Warmwert änderte sich nichts.
Eine zweite Messung aus derselben Arbeit zeigt, wie stark der Ölzustand wirkt. Mit zwei frischen Ölen lag die Verschleißrate der Kettenhülsen bei 0,5 bis 0,8 Nanometern pro Stunde. Mit einem 0W-30, das schon 200 Stunden gelaufen war, waren es 7,2 bis 11,2 Nanometer pro Stunde, mehr als das Zehnfache.
Für das Kaltstart-Rasseln heißt das zweierlei. Den Schlag in den ersten Sekunden haben diese Messungen nicht untersucht. Dass er nur Sekunden dauert, liegt am Spanner, der sich füllt und die Kette danach wieder ruhig hält. Eine Kette, die dauerhaft ohne Spannung läuft, ist ein anderer Fall. Was die Kette in der Kälte wirklich kostet, ist die Zeit, in der der Motor nicht warm wird, und das Öl, das dabei altert. Beides ist ein Grund, bei viel Kurzstrecke das Öl eher früher als später zu wechseln. Warum Kurzstrecke dem Öl so zusetzt, steht in unserem Beitrag zur Ölverdünnung. Einschränkend gilt, dass die Versuche an einem Benziner liefen. Für einen Diesel halten wir die Übertragung für plausibel, belegt ist sie nicht.
Eine Stelle gibt es, an der der Startschlag trotzdem eine Rolle spielen könnte, und neben der Kette betrifft das vor allem die Schiene. Kunststoff wird mit den Jahren im heißen Öl spröder, und bei Kälte ist er ohnehin weniger zäh. In unserem Beitrag über Gleit- und Spannschienen haben wir daraus die These abgeleitet, dass Dauerwärme die Schiene altert und der Kaltstart es aufdeckt. Auch das ist eine These, kein Messergebnis.
¶ Kaltstart-Rasseln deuten: kurz, lang, warm oder dauernd
Das Geräusch selbst verrät mehr, als man denkt. Entscheidend sind drei Fragen: Wann tritt es auf, wie lange dauert es, und kommt noch etwas dazu? Die folgende Tabelle ordnet die typischen Bilder ein. Sie ersetzt keine Diagnose, sie hilft beim Einordnen und beim Gespräch mit der Werkstatt.
| Was Sie hören | Wahrscheinlich | Was tun |
|---|---|---|
| Kurzes Rasseln nur beim ersten Start nach langer Standzeit, nach wenigen Sekunden weg | Spanner oder Versteller füllen sich mit Öl, wie in den Herstellerunterlagen beschrieben | beobachten, ab und zu die Dauer in Sekunden notieren |
| Wie oben, aber es dauert länger als früher, wird über Wochen länger oder bleibt, bis der Motor etwas warm ist | Spanner hält schlechter, Versteller verschleißt, die Kette ist gelängt oder eine Spannschiene ist gebrochen | Werkstatttermin einplanen, Spanner, Versteller und Kettenlängung prüfen lassen |
| Rasseln auch bei warmem Motor, im Leerlauf oder beim Gasgeben | Das Spannsystem hält die Kette auch mit Öldruck nicht mehr ruhig | zeitnah prüfen lassen |
| Dauerndes Rasseln oder Schlagen, dazu Motorkontrollleuchte oder Fehler zur Nockenwellenstellung | Kette deutlich gelängt oder Spanner am Ende, die Steuerzeiten können sich verschieben | nicht weiterfahren, prüfen lassen |
Die Tabelle ist keine Zeitachse. Das erste Bild kann ein Motor sein Leben lang haben, ohne dass je mehr daraus wird. Ernst wird es erst, wenn sich das Bild verändert, und genau dort lohnt es sich hinzuhören. Wer die Dauer ab und zu mitzählt, merkt eine Veränderung früh. Die unteren beiden Zeilen haben mit dem normalen Kaltstart-Rasseln nichts mehr zu tun.
Warum eine gelängte Kette das Rasseln verlängern kann, erklären wir uns mechanisch. Die Kette wird mit den Jahren länger, weil ihre Gelenke verschleißen. Der Spanner nimmt das zusätzliche Spiel auf, indem sein Kolben weiter herausfährt. Irgendwann steht er so weit draußen, dass ihm Weg und Rastreserve fehlen, und dann schlägt eine lange Kette beim Start mehr als eine kurze. Die Verschiebung der Steuerzeiten, die mit der Längung kommt, kann der Spanner ohnehin nicht ausgleichen. Die Übersichtsarbeit von Paulovics sagt das ausdrücklich: „The tensioner can only reduce vibrations." Um gelängte Ketten geht es in keinem der fünf Herstellerdokumente.
Es gibt aber einen dokumentierten Fall, in dem das Rasseln nach dem Kaltstart ein echter Schaden ist, und er betrifft die Schiene. Nissan beschreibt in seiner Werkstattzeitschrift TechNews (Sommer 2016) für die V6-Motoren der Baureihe VQ eine gebrochene Spannschiene. Der Kunststoff bricht oben und rutscht auf dem Metallrahmen nach unten. Der Spannerkolben fährt dann ganz aus, bis er auf den Rahmen trifft, und der Hersteller schreibt: „The tensioner was not designed to extend this far". Erkennbar sei der Schaden an „a hard rattle on startup, typically after cold soak", einem harten Rasseln beim Start nach langer Standzeit. Und weiter: „Usually, the noise will go away once the engine warms up a bit, but not always." Meist verschwindet es, wenn der Motor etwas warm wird, aber nicht immer. Die Zeitschrift warnt, dass solche Schäden den Motor zerstören können, wenn sie nicht rechtzeitig repariert werden.
Der Unterschied zum harmlosen Bild liegt also nicht im Zeitpunkt, sondern in der Dauer. Ein paar Sekunden bis zum Öldruck sind das, was die Hersteller beschreiben. Ein Rasseln, das anhält, bis der Motor warm wird, passt nicht mehr dazu. Was eine gebrochene Schiene sonst anrichtet, bis hin zu Brocken im Ansaugsieb der Ölpumpe, steht in unserem Beitrag über Gleit- und Spannschienen. Wie sich eine Kette längt und woran man das misst, steht in unserem Beitrag zur Steuerkette und ihrer Längung. In unserem Beitrag zum Kettenspanner findet sich eine ähnliche Tabelle zu Spannergeräuschen, beide sind aufeinander abgestimmt.
Orientierung, keine Diagnose. Die Dauerangaben stammen aus den Werkstattanweisungen in der Tabelle oben.
¶ Was der Werkstatt hilft
Ein Geräusch zu beschreiben ist schwer, und am Termin ist der Motor oft warm und still. Die Hersteller wissen das. Die Anweisung zum V6 3.0 TFSI verlangt, das Geräusch zuerst beim Kaltstart selbst zu hören. Die zum EcoBoost lässt prüfen, ob der Kunde genau dieses Bild beschreibt, zwei bis fünf Sekunden nach mindestens sechs Stunden Standzeit. Die zu M276, M278 und M157 verlangte 2013 bei hartnäckigen Fällen eine Tonaufnahme.
Daraus ergibt sich, was Sie vorbereiten können. Nehmen Sie das Geräusch beim ersten Start des Tages mit dem Telefon auf, mit geöffneter Motorhaube, wenn das gefahrlos geht. Notieren Sie, wie lange das Auto vorher stand, wie kalt es draußen war und wie viele Sekunden das Rasseln dauerte. Achten Sie darauf, ob es vorn am Motor sitzt, wo meist der Steuertrieb liegt, oder eher hinten. Beim V6 3.0 TFSI etwa sitzt es an der Rückseite des Motors, wo dort die Ketten laufen. Und schreiben Sie dazu, seit wann Sie es hören und ob es sich verändert hat. Mit diesen Angaben kann eine Werkstatt den Termin so legen, dass sie das Geräusch selbst hört, statt es nach Ihrer Beschreibung zu erraten.
¶ Öl und Rasseln: was das Öl beeinflusst und was nicht
Der Spanner arbeitet mit Motoröl. Es liegt deshalb nahe, beim Öl nach einer Lösung zu suchen, und in Foren wird oft ein dickeres Öl empfohlen. Wir halten davon nichts, aus drei Gründen.
Der erste steht in der Tabelle am Anfang. Keiner der fünf Hersteller hat das Rasseln mit einem anderen Öl behoben. Alle haben Bauteile getauscht. Wenn ein anderes Öl gereicht hätte, wäre das für die Hersteller die mit Abstand billigste Lösung gewesen.
Der zweite ist die Freigabe. Welches Öl in einen Motor gehört, legt der Hersteller mit einer Norm und einer Viskositätsklasse fest, und diese Angaben sind auf seine Ölwege, seine Lager und seine Spanner abgestimmt. Ein Öl außerhalb der Freigabe verändert Dinge, die niemand für diesen Motor geprüft hat. Wie man eine Freigabe liest und warum ein 0W-30 im warmen Motor nicht dünner ist als ein 5W-30, erklären wir im Beitrag Welches Öl?.
Der dritte ist grundsätzlicher. Ein dickeres Öl kann ein Geräusch überdecken, dessen Ursache weiterbesteht. Wird das Rasseln leiser, weil ein zäheres Öl langsamer aus dem Spanner sickert, ist das Symptom weg und der Befund, der sich vielleicht verändert hat, auch. Das halten wir für die schlechtere Lage.
Was das Öl tatsächlich beeinflusst, ist der Verschleiß, und dort kommt es auf den Zustand an. Die Messung mit frischem und gealtertem Öl im vorigen Abschnitt zeigt einen Faktor über zehn. Ein Öl mit der richtigen Freigabe, im vorgeschriebenen Intervall gewechselt und bei viel Kurzstrecke eher früher, ist deshalb das Beste, was ein Halter für seine Kette tun kann. Gegen das Kaltstart-Rasseln selbst ist es kein Heilmittel, und wir versprechen das auch nicht.
¶ Spanner, Versteller oder Kette: was eine Reparatur leisten kann
Wenn das Rasseln stört oder länger wird, stellt sich die Frage nach der Reparatur. Die Herstellerunterlagen zeigen, dass es darauf keine allgemeine Antwort gibt, sondern nur eine je Motor.
Neuteil, eigenes Foto. Kettenspanner eines V6-Motors. Ein verbesserter Spanner war bei mehreren Herstellern die Lösung gegen das Kaltstart-Rasseln.
Ein verbesserter Spanner war die Lösung beim V6 3.0 TFSI, beim Lambda-V6 und zum Teil bei M276, M278 und M157. Zum V6 3.0 TFSI heißt es als „Production Solution", also als Änderung in der Serie: „Improved chain tensioner." In der Werkstatt werden beide oberen Spanner gegen die geänderte Ausführung getauscht. Hersteller verbessern Spanner also nachträglich.
Ein Rückschlagventil im Ölweg war der zweite Teil der Lösung bei M276, M278 und M157. Es sitzt im Zylinderkopf, nicht im Spanner, und muss nach Vermessung der Bohrung passend ausgewählt und mit einem Sonderwerkzeug eingesetzt werden. Bei diesen Motoren reichte ein neuer Spanner allein nicht. Je nach Motornummer verlangt der Hersteller beides, nur die Ventile oder nur die Spanner. Die Fassung derselben Werkstattanweisung vom Dezember 2019 ist bereits Version 14 und trägt den Vermerk „Cause revised. Remedy revised.", Ursache und Abhilfe wurden überarbeitet. Auch der Hersteller brauchte also mehrere Anläufe.
Neue Nockenwellenversteller waren die Lösung beim EcoBoost und bei 1AR-FE und 2AR-FE. Dort bringt ein neuer Spanner oder eine neue Kette gegen das Kaltstart-Rasseln nichts, weil das Geräusch woanders entsteht.
Eine neue Schiene ist fällig, wenn eine gebrochen ist, wie im Beispiel der VQ-Motoren. Dann gehört aus unserer Sicht der ganze Satz dazu, denn eine gebrochene Schiene hat die Kette schon eine Weile schlagen lassen.
Eine neue Kette allein war bei keinem der fünf Hersteller die Antwort auf das kurze Kaltstart-Rasseln. Beim EcoBoost wurde die Primärkette zusammen mit den Verstellern getauscht, die Hauptarbeit liegt dort aber bei den Verstellern. Eine neue Kette wird nötig, wenn die alte gelängt ist, und das ist ein anderes Bild als das kurze Rasseln am Morgen. Es zeigt sich meist daran, dass das Geräusch länger wird, auch warm auftritt oder die Motorsteuerung einen Fehler zur Nockenwellenstellung meldet.
Für einen Kettensatz folgt daraus eine einfache Regel. Ein Satz hilft gegen das Kaltstart-Rasseln nur, wenn die Ursache in seinen Teilen steckt, also im Spanner oder in der gelängten Kette, und wenn er die geänderte Ausführung des Spanners enthält, falls der Hersteller eine nachgeschoben hat. Kommt das Geräusch vom Versteller oder vom Ölweg im Zylinderkopf, ist er das falsche Teil. Worauf man beim Kauf eines Satzes achten kann, beschreiben wir im Beitrag Steuerkettensatz kaufen. Wie Kette, Spanner, Schienen und Räder im Steuertrieb zusammenspielen, zeigt die Übersicht zum Steuerkettentrieb.
¶ Was niemand gemessen hat
Zum Schluss sammeln wir, wo die Quellen enden, damit niemand es für geklärt hält.
- Über welchen Weg ein Spanner über Nacht wie viel Öl verliert, durch den Spalt, das Rückschlagventil, den Zulaufkanal oder durch Schwerkraft, hängt am einzelnen Motor. Eine Messung, die das aufteilt, haben wir nicht gefunden.
- Eine genormte Prüfung, wie schnell ein Kettenspanner im Stand nachgibt, haben wir ebenfalls nicht gefunden. Wer damit werben wollte, müsste sein Prüfverfahren selbst festlegen und offenlegen.
- Wie stark die Ölviskosität bei Kälte die Füllzeit des Spanners verlängert, ist unseres Wissens nicht veröffentlicht.
- Ob ein schnellerer Druckaufbau nach dem Start das Rasseln messbar verkürzt, ist unsere These, nicht gemessen.
- Für viele bekannte Kettenmotoren, etwa die BMW-Diesel N47, haben wir keine öffentliche Werkstattanweisung zum Kaltstart-Rasseln gefunden. Was dort im Netz steht, stammt aus Foren und Werkstatterfahrung.
- Die Verschleißmessungen im kalten Dauerbetrieb liefen an einem Ottomotor. Ob sie für Diesel genauso gelten, ist offen.
Wenn Sie zu einer dieser Fragen Messwerte oder eigene Befunde haben, schreiben Sie uns über den Support. Wir ergänzen diesen Beitrag, sobald es neue Belege gibt.
¶ Siehe auch
- Der Steuerkettentrieb: Aufbau, Verschleiß, Ölversorgung
- Gleit- und Spannschienen: welcher Kunststoff drinsteckt und was Hitze aus ihm macht
- Die Steuerkette: Bauarten, Längung und warum das Öl der größte Hebel ist
- Warum unser Kettenumbau einen Kettenspanner hat
- Die Öldruckwarnleuchte: was sie sagt und was nicht
- Welches Öl? Warum wir keine pauschale Empfehlung geben