Trockensumpfschmierung: Warum Rennwagen sie brauchen

Der Öldruck fällt für eine halbe Sekunde auf null. Genau in dem Moment, in dem der Motor bei 7500 Umdrehungen unter Volllast durch eine schnelle Linkskurve gezogen wird. Danach klingt der Vierzylinder anders. Das ist der Klassiker beim Nasssumpfmotor auf der Rennstrecke, und es ist der Grund, warum praktisch jedes ernsthafte Rennfahrzeug eine Trockensumpfschmierung fährt.

Der Unterschied ist schnell erzählt: Beim Nasssumpf sitzt das Öl in der Ölwanne unter der Kurbelwelle, eine Pumpe saugt es dort über ein Sieb an. Beim Trockensumpf lebt das Öl in einem separaten Behälter, meist ein hoher, schmaler Tank irgendwo im Motorraum. Die Ölwanne ist flach und dient nur noch als Sammelstelle. Mehrere Saugstufen ziehen das Öl dort permanent ab, eine Druckstufe schickt es aus dem Tank zurück in den Motor. Deshalb heißt es Trockensumpf: Unten soll möglichst nichts stehen bleiben.

Was in der Kurve wirklich passiert

Ein Straßenauto zieht selten mehr als 1 g Querbeschleunigung. Ein Rennwagen mit Slicks und Abtrieb liegt deutlich darüber, und das über mehrere Sekunden am Stück. Öl ist eine Flüssigkeit und verhält sich entsprechend: Es klettert an der Innenwand der Ölwanne hoch, weg vom Ölsieb. Die Pumpe zieht Luft.

Beim Bremsen dasselbe Spiel, nur nach vorn. Und wenn das Auto über einen Curb springt oder eine Kuppe nimmt, schwappt das Öl beim Aufsetzen erst nach oben, dann hart zurück. Jeder dieser Momente ist ein potenzieller Öldruckabriss.

Die Folgen sind nicht dramatisch inszeniert, sondern schlicht: Pleuellager laufen im Mischreibungsbereich, Lagerschalen bekommen Riefen, im schlimmsten Fall schmilzt eine Lagerschale und das Pleuel geht durch den Block. Häufiger ist der schleichende Fall. Der Motor hält die Saison, aber beim Zerlegen sieht man an den Lagerschalen genau, was passiert ist. Wer sein Öldruck-Logging auswertet, findet die Einbrüche exakt an denselben Kurven wieder, Runde für Runde.

Der Trockensumpf löst das an der Wurzel. Der Ölvorrat liegt nicht mehr in einem flachen, breiten Becken, sondern in einem hohen Tank, der von unten entnimmt. Selbst wenn die Ölsäule im Tank schräg steht, bleibt der Entnahmepunkt geflutet. Ein Schwallblech oder eine Zyklonkammer im Tank hält das Ganze zusätzlich ruhig.

Panscherverluste: der zweite, unterschätzte Grund

Bei einem Nasssumpfmotor rotiert die Kurbelwelle wenige Zentimeter über dem Ölspiegel. Bei hohen Drehzahlen reißt sie das Öl mit, es entsteht ein Ölnebel, und die Gegengewichte pflügen durch das, was von unten hochgeschleudert wird. Diese Panscherverluste kosten Leistung, und zwar nicht symbolisch. Bei hochdrehenden Motoren reden wir über eine Größenordnung, die man auf dem Prüfstand klar sieht.

Der Trockensumpf zieht die Wanne leer. Die Kurbelwelle dreht in Luft statt in Öl-Luft-Gemisch. Dazu kommt der eigentliche Trick: Weil die Saugstufen zusammen deutlich mehr Volumen fördern, als der Motor an Öl abgibt, ziehen sie auch Luft ab. Im Kurbelgehäuse entsteht Unterdruck.

Dieser Unterdruck ist kein Nebeneffekt, sondern ein Ziel. Er reduziert die Ventilationsverluste unter den Kolben, verbessert die Kolbenringabdichtung, weil die Ringe stärker an die Zylinderwand gedrückt werden, und senkt den Blow-by-Anteil, der im Kurbelgehäuse landet. Motorenbauer arbeiten typischerweise mit einem definierten Unterdruckfenster und messen es im Betrieb mit. Zu wenig bringt nichts. Zu viel kann Dichtungen nach innen ziehen und die Ölversorgung der Kolbenbolzen oder Nockenwellen stören, je nach Konstruktion.

Der Aufbau: mehr Stufen, als man denkt

Eine Trockensumpfpumpe ist ein Stufenblock, meist Zahnradpumpen auf einer gemeinsamen Welle, angetrieben über Zahnriemen oder Kette von der Kurbelwelle. Die Verteilung sieht bei einem typischen Vierzylinder-Rennmotor etwa so aus:

• Eine Druckstufe: saugt aus dem Öltank, drückt über Filter und Ölkühler in den Hauptölkanal.
• Zwei bis vier Saugstufen: ziehen aus der flachen Wanne, oft an unterschiedlichen Stellen vorn und hinten, damit bei Längsbeschleunigung immer eine Stufe im Öl liegt.
• Optionale Stufen: für den Zylinderkopf, für das Turbolader-Rücklauföl, teilweise für das Getriebe.

Bei V-Motoren steigt die Zahl schnell, weil beide Zylinderbänke entlüftet werden wollen. Vier bis sechs Stufen sind da normal. Das Öl aus den Saugstufen ist stark aufgeschäumt, es geht deshalb zurück in den Tank und nicht direkt zur Druckstufe. Im Tank trennt sich Luft vom Öl, oben entlüftet ein Catch Tank, unten entnimmt die Druckstufe blasenfreies Öl.

Genau das ist der Punkt, der beim Eigenbau am häufigsten schiefgeht: ein zu kleiner oder zu flacher Tank. Wenn das Öl nicht genug Zeit zum Entschäumen hat, pumpt die Druckstufe Schaum. Schaum ist kompressibel und trägt keine Last. Der Öldruck sieht am Manometer vielleicht noch passabel aus, der Schmierfilm im Lager ist trotzdem weg.

Was der Trockensumpf sonst noch ermöglicht

Die tiefe Ölwanne fällt weg. Damit lässt sich der Motor mehrere Zentimeter tiefer und oft auch weiter hinten einbauen. Niedrigerer Schwerpunkt, bessere Massenverteilung, mehr Freiheit für den Unterboden und den Diffusor. Bei Mittelmotor-Rennwagen ist das oft das eigentliche Verkaufsargument, noch vor der Schmiersicherheit.

Der Öltank lässt sich dort platzieren, wo Platz und Gewicht sinnvoll sind. Das Ölvolumen wird meist größer als beim Nasssumpf, was der Öltemperatur hilft. Und der Ölkreislauf wird kontrollierbar: Man kann Öldruck, Öltemperatur und Kurbelgehäusedruck an definierten Stellen messen und über die Steuerung überwachen.

Dazu kommt ein Punkt, der bei Langstrecke zählt: Der Ölstand lässt sich am Tank prüfen und nachfüllen, ohne unter das Auto zu kriechen. Bei laufendem Motor, weil nur dann der Pegel im Tank aussagekräftig ist. Der Ölstand wird bei Trockensumpfsystemen im warmen Leerlauf gemessen, nicht im Stillstand, weil sonst ein Teil des Öls noch im Motor liegt.

Trockensumpf gegen Nasssumpf: die ehrliche Gegenüberstellung

Die Empfehlung dazu ist unspektakulär: Für ein Straßenauto, das ein paar Trackdays im Jahr sieht, ist der Trockensumpf der falsche Weg. Zu teuer, zu viele neue Fehlerquellen, zu viel Aufwand für den Gewinn. Wer regelmäßig auf die Strecke geht, löst 90 Prozent des Problems mit einer Ölwanne mit vernünftigen Schwallblechen und Rückschlagklappen, einem Ölkühler und, wenn nötig, einem Ölthermostat plus Accusump als Puffer.

Der Trockensumpf wird ab dem Punkt richtig, an dem der Wagen dauerhaft im Rennbetrieb läuft, mit Slicks, Aero und einem Motor, den man am Limit dreht. Also dann, wenn du ohnehin Zeit und Geld in Motorenrevisionen steckst. Halbe Lösungen sind hier teuer: eine Trockensumpfpumpe mit unterdimensioniertem Tank oder falsch gelegten Leitungen ist schlechter als ein gut gemachter Nasssumpf.

Warum manche Straßensportwagen ihn trotzdem haben

Ab Werk findet man Trockensumpfsysteme vor allem dort, wo Motorbauhöhe und Rennstreckentauglichkeit zusammenkommen: bei Mittelmotor-Sportwagen, bei den Boxermotoren aus Zuffenhausen, bei Hochdrehzahl-V8 und V10 in Supersportwagen. Teilweise sind es Semi-Trockensumpf-Lösungen, also integrierte Systeme mit Saugstufen und Tank im Motorblock, die den Bauraum sparen, ohne den vollen Aufwand eines echten Rennsystems zu treiben.

Der Grund ist bei diesen Autos derselbe wie im Rennsport, nur mit anderer Gewichtung: Ein Serienfahrzeug muss auch dann funktionieren, wenn der Kunde es auf der Nordschleife über Curbs prügelt und dabei die Garantie behalten will. Ein Öldruckabriss bei 20 Grad Öltemperatur mehr als vorgesehen ist ein Serienschaden, kein Einzelfall.

Die Stellen, an denen es in der Praxis scheitert

Die meisten Trockensumpf-Probleme sind keine Konstruktionsfehler, sondern Montagefehler. Vier Punkte tauchen immer wieder auf.

Der Antrieb. Zahnriemen für die Pumpe brauchen die richtige Spannung und eine saubere Flucht der Scheiben. Läuft der Riemen schief, wandert er, franst aus und reißt. Danach hat der Motor genau null Öldruck, und zwar sofort. Wer eine Trockensumpfpumpe verbaut, kontrolliert Riemen und Spanner in festen Intervallen und tauscht vorbeugend, nicht bei Verschleißanzeichen.

Die Leitungsführung. Saugleitungen sind Unterdruckleitungen. Sie müssen groß dimensioniert sein, dürfen keine engen Radien haben und keine Stelle, an der sich Luft sammelt. Verwendet man auf der Saugseite dünne Schläuche, kavitiert die Pumpe. Auf der Druckseite ist der Querschnitt weniger kritisch, dafür der Berstdruck.

Die Entlüftung. Der Öltank braucht eine Entlüftung mit ausreichendem Querschnitt, sonst baut sich im Tank Druck auf und das Öl wird durch jede Dichtung gedrückt, die nachgibt. Die Entlüftung führt in einen Catch Tank, nicht ins Freie und nicht auf die Strecke.

Die Ölmenge. Zu wenig Öl im System heißt Luftansaugung, zu viel heißt, dass der Tank überläuft und der Motor das Öl über die Entlüftung ausbläst. Die richtige Menge findet man nur im warmen Betrieb, mit laufendem Motor, nach der Kontrolle bei Betriebstemperatur. Herstellerangaben zu Füllmengen gelten bei Trockensumpfsystemen nur zusammen mit der Messprozedur.

Und noch etwas, das gern vergessen wird: Die Vorschmierung. Ein frisch aufgebauter oder länger stehender Trockensumpfmotor braucht Öldruck, bevor er das erste Mal dreht. Entweder über eine externe Vorschmierpumpe oder durch Drehen des Motors ohne Zündung, bis am Manometer Druck steht. Die ersten Sekunden ohne Schmierfilm kosten mehr Lagermaterial als eine ganze Renndistanz.