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Kühlmittel

Glossar

Bezug zum Kraftfahrzeug

Lüfter, Kühler, Wasserkühlung, Luftkühlung
Maschine, Motor
Motorkühlung, Korrosionsschutz

 

Allgemeine Beschreibung

Kühlmittel sind im Kraftfahrzeugbereich ein notwendiger Betriebsstoff, da nur ca. 30% der im Kraftstoff enthaltenen chemischen Energie in Bewegungsenergie durch den Verbrennungsprozess im Motor umgewandelt werden können. Der Rest der Energie wird zum größten Teil in Wärmeenergie umgewandelt. Diese Wärmeenergie muss vom Motor weggeführt werden, um ihn vor Überhitzungen zu schützen. Im Kraftfahrzeugbereich werden in erster Linie zwei verschiedene Kühlmittel eingesetzt. Beide Arten der Kühlung erfordern besondere Konstruktionsmerkmale:

  • Luft

    Die Zylinder sind so wenig ummantelt wie möglich. Darüber hinaus sind die zu kühlenden Stellen mit Kühlrippen versehen, um eine Oberflächenvergrößerung zu realisieren. Handelt es sich um sehr komplexe Maschinen, werden zusätzliche Gebläse eingesetzt, die die Kühlluft zu den zu kühlenden Stellen transportiert. Durch die Beschleunigung der Luft durch das Gebläses wird die Luft zusätzlich vorgekühlt, so dass der Kühleffekt noch größer wird.
  • Mit Zusätzen gemischtes Wasser

    Die Zylinder und auch Teile der Einspritzanlage werden hier mit einer Ummantelung versehen, in der sich das Kühlmittel befindet. Um einen stetigen Kühlprozess und eine gleichmäßige Erwärmung des Kühlmittels zu erreichen, wird eine Kühlmittelpumpe eingesetzt. In modernen Fahrzeugen handelt es sich hierbei um ein geschlossenes System, das mit einem Druck von ca. 1bar betrieben wird. So entfällt das regelmäßige Nachfüllen des Systems und der Siedepunkt des Kühlmittels wird so auf 120°C heraufgesetzt. Hinzu kommen Nebenkomponenten wie zum Beispiel der Lüfter und der Kühler.

 

Funktionsbeschreibung

  • Luftkühlung

    Bei der Luftkühlung wird Umgebungsluft von einem verhältnismäßig großen Gebläse angesaugt und über entsprechende Luftführungen zu den kühlenden Stellen transportiert. Problematisch bei dieser Technik sind in heutigen Zeiten mehrere Punkte. Durch die starke Abhängigkeit von Motortemperatur und Umgebungsluft kann der Motor nicht in jeder Situation auf dem gleichen Temperaturniveau gehalten werden. Dadurch kann die Verbrennung negativ beeinflusst werden und somit die heute strengen Abgasnormen nicht mehr eingehalten werden. Durch die zwingend fehlende Ummantelung des Motors entsteht eine weitaus größere Geräuschkulisse, die unter Umständen den Geräuschemissionsgrenzen nicht mehr gerecht wird. Das mitunter groß ausgelegte Gebläse benötigt relativ viel Energie, um die notwendigen Luftmassen zu bewegen; hier wird ein wesentlich höherer Energieaufwand nötig, als es bei einer Kühlmittelpumpe der Fall ist. Auf der anderen Seite hat die Luftkühlung den Vorteil, dass sehr hohe und sehr niedrige Temperaturen zunächst als unproblematisch zu betrachten sind.

  • Flüssigkeitskühlung

    Bei der Flüssigkeitskühlung wird das Kühlmittel in einem geschlossenen System gehalten. In der Regel ist es in zwei Kreise unterteilt. Der erste Kreis besitzt kaum Kühlmöglichkeiten und beinhaltet zum einen den gesamten Motor mit allen Nebenaggregaten und die Heizung. Der zweite, große Kreis beinhaltet den Kühler, den Lüfter und die Zu- und Ableitungen. Getrennt sind die beiden Kreise durch das Thermostat. Das Thermostat ist entweder auf einen festen Wert definiert, an dem beide Kreise miteinander verbunden werden oder es handelt sich um ein Kennfeldthermostat, das einen variablen Schwellwert hat, der von dem Betriebszustand des Motors abhängig und somit von einem Steuergerät gesteuert wird.

    Die Trennung der beiden Kreise ist notwendig, damit der Motor möglichst schnell seine Betriebstemperatur erreicht und durch das Zu- und Wegschalten des zweiten Kreises konstant hält. Die Heizung befindet sich im ersten Kreislauf, um einerseits ein gewisses Maß an Komfort zu schaffen und andererseits hier eine Möglichkeit zu schaffen, für den Fall dass das Thermostat defekt ist und somit keine Kühlung mehr über den normalen Weg möglich ist.

    Im Kraftfahrzeugbereich eingesetztes Kühlmittel besteht zu einem Teil aus Wasser, in der Regel Leitungswasser, und zu einem Teil aus Kühlmittelzusatz. Dieser Zusatz sorgt zum Einen dafür, dass das Wasser bei niedrigen Temperaturen nicht einfriert und zum Anderen enthält es Mittel zum Korrosionsschutz. Ein Einfrieren des Kühlmittels hätte eine Volumenausdehnung zur Folge, die die beteiligten Komponenten, unter Umständen stark, beschädigen kann. Korrosionsschutz ist wichtig, damit die metallhaltigen Werkstoffe der beteiligten Komponenten nicht zersetzt werden.

 

Das Kühlmittel durchfließt die Ummantelung des Motors und der Nebenkomponenten und nimmt so Wärmeenergie auf. Durch die permanente Bewegung durch die Kühlmittelpumpe kann immer kühleres Kühlmittel an die zu kühlenden Stellen des Motors gelangen. Im Wasser wird die Wärmeenergie gespeichert und so transportfähig gemacht. Durchfließt das Kühlmittel den Kühler, trifft es auf eine sehr große, durch entsprechende Einrichtung deutlich kühler gehaltene, Oberfläche, so dass die Wärmeenergie an die Umgebungsluft über den Kühler abgegeben wird. Der Lüfter unterstützt diesen Prozess bei Bedarf.

 

 

 
 
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