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Kühlmittel bei Fahrzeugmotoren

Funktionen und Technologieunterschiede

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Informationen zum Produkt

Wie funktioniert die Kühlung bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor? Welches Mischverhältnis ist ideal und kann man das Kühlwasser auch als Frostschutzmittel für den Kühlkreislauf verwenden? Warum ist ein regelmäßiger Austausch von Kühlmittel wichtig? Welche Kühlmitteltechnologien es gibt und welchen Einfluss die Kühlung auf die Motortemperatur hat, wird in diesem Artikel beschrieben.

Die Kühlflüssigkeit ist das Transportmedium, mit dem die Abwärme des Motors zum Motorkühler oder Heizungskühler transportiert wird. Spezielle Zusammensetzungen der Kühlflüssigkeiten tragen wesentlich zur einwandfreien Funktion des Kühlsystems bei. Die Kühlflüssigkeit besteht bei flüssigkeitsgekühlten Fahrzeugmotoren – bis auf wenige Ausnahmen, z. B. Ölkühlung – aus einer Mischung aus Wasser und Kühlmittel.

Von der Funktion und Aufgabe her ist die richtige Kühlflüssigkeit genauso wichtig wie das Motorenöl. Falsche Spezifikationen, ein ungeeignetes Mischungsverhältnis oder ein unregelmäßiger Austausch der Kühlflüssigkeit bzw. eine Überalterung der Kühlflüssigkeit, führen zu Korrosion und frühzeitigem Ausfall der Wasserpumpe und anderen Motorenbauteilen. Die im Kühlmittel enthaltenen Additive wirken als Alterungsstabilisatoren, Korrosionsschutz, Schaumverhinderer, Reinigungsmittel und Beschichtungswerkstoff. Alle Zusatzstoffe sichern die vorschriftsmäßige Funktion und Beschaffenheit der Kühlflüssigkeit bis zum nächsten Wechsel.

Einige der wichtigsten Funktionen bzw. Sachverhalte bezüglich des Kühlmittels werden nachfolgend erläutert.

Achtung
Häufig wird die Meinung vertreten, dass Kühlmittel auf Glykolbasis nur als Gefrierschutz dient. Die Gefrierschutzfunktion ist jedoch nur eine von vielen Anforderungen. Kühlmittel ist generell notwendig, um das Kühlsystem vor Korrosion zu schützen.

Gefrierschutzfunktion des Kühlmittels

Der Hauptbestandteil des Kühlmittels ist Monoethylenglykol. Es verfügt über einen sehr niedrigen Gefrierpunkt. Die im Kühlsystem verwendete Kühlflüssigkeit besteht aus einer Mischung aus reinem Kühlmittel und Wasser, die nach Vorschrift des Motorenherstellers in einem bestimmten Verhältnis hergestellt werden muss. Ein häufig verwendetes Mischungsverhältnis ist 50:50.

Auch in Gebieten, in denen sehr tiefe Frosttemperaturen möglich sind, darf das Kühlmittel nicht unverdünnt angewendet werden. Wenn dem Kühlmittel zu wenig Wasser beigemischt oder es unverdünnt verwendet wird, kehrt sich ab einer gewissen Temperatur der Frostschutzeffekt wieder um. Die Kühlflüssigkeit kann dann trotz der hohen Kühlmittelkonzentration schon bei weniger als –15 °C einfrieren.
Gefrierkurve in Abhängigkeit vom Mischungsverhältnis der Kühlflüssigkeit | Kolbenschmidt | Pierburg | Motorservice
Gefrierkurve in Abhängigkeit vom Mischungsverhältnis der Kühlflüssigkeit

Wärmeaufnahmekapazität des Kühlmittels

Reines Kühlmittel hat eine geringere Wärmeaufnahmekapazität als normales Wasser. Das bedeutet, dass eine Mischung aus Kühlmittel und Wasser bei gleichem Volumen, weniger Wärme zum Kühler transportieren kann als reines Wasser. Der Motorenhersteller hat diese verminderte Wärmeaufnahmekapazität des Kühlmittels bei der Auslegung des Kühlsystems mit berücksichtigt. Die Umlaufgeschwindigkeit der Wasserpumpe, die Größe des Kühlers und die Kühlflüssigkeitsmenge wurden entsprechend angepasst. Wenn der Kühlflüssigkeit Kühlmittel beigemischt und der Fahrzeugkühler ausreichend dimensioniert ist, ist der Motor selbst in heißen Gebieten vor einer Überhitzung geschützt.*

Motoren, die unzulässig mit reinem Wasser betrieben werden, erreichen unter Umständen nie die richtige Betriebstemperatur, weil das Kühlsystem damit überdimensioniert ist. Auf diesen Sachverhalt wird im Kapitel Schäden und Ausfallursachen noch näher eingegangen.

Erhöhung des Siedepunkts

Der Siedepunkt der Kühlflüssigkeit erhöht sich mit steigendem Kühlmittelanteil. Reines Wasser hat bei dem auf Meereshöhe herrschenden Luftdruck einen Siedepunkt von 100 °C. Bei reinem Kühlmittel auf Basis von Monoethylenglykol liegt der Siedepunkt bei über 160 °C. Der Kühlmittelanteil hat somit einen wesentlichen Einfluss auf den Siedepunkt der Kühlflüssigkeit. Das bedeutet, dass die Kühlflüssigkeit je nach Kühlmittelanteil erst bei viel höheren Temperaturen den Siedepunkt erreicht. Dies dient als Sicherheitsreserve, um Kavitation an den Motorbauteilen zu verhindern. Der Überdruck im Kühlsystem (ca. 1 bar) erhöht den Siedepunkt noch weiter.

In der Grafik sind die Dampfdruckkurven einiger Glykol-Wassergemischen dargestellt. Die resultierenden Siedepunkte, z. B. bei Kühlsystemvordruck von 1 bar und bei diversen Mischungsverhältnissen, können an den jeweiligen Schnittpunkten abgelesen werden.


* Bei Gebrauchtfahrzeugen (NKW), die aus gemäßigten Breitengraden in heiße Klimazonen verkauft werden, muss ggf. die Größe des Fahrzeugkühlers nach Herstellervorschrift angepasst werden, um ein Überhitzen des Motors zu vermeiden. Der Betrieb des Kühlsystems mit reinem Wasser und/ oder mit ausgebautem Thermostat kann das Überhitzen des Motors nicht wirksam verhindern.
Dampfdruckkurven von Glycol-Wassergemischen | Kolbenschmidt | Pierburg | Motorservice
Dampfdruckkurven von Glycol-Wassergemischen

Korrosionsschutz

Der Schutz des Kühlsystems vor Korrosion ist die wichtigste Aufgabe des Kühlmittels, die sich vor allem auf die Langlebigkeit des gesamten Motors auswirkt. Durch fehlende, korrosionshemmende Substanzen in der Kühlflüssigkeit, kommt es durch ggf. vorhandene Salze und Säuren in der Kühlflüssigkeit dazu, dass Bauteile chemisch angegriffen werden (Korrosion). Dies führt langfristig zur Zerstörung von Motorbauteilen. Vor allem
Aluminiumkorrosion ist ein häufiges Problem in Kühlsystemen. Der im Wasser enthaltene Sauerstoff oxidiert zudem mit Eisenwerkstoffen und belastet die Kühlflüssigkeit durch Feststoffe (Rost). Die relativ harten Rostpartikel führen zu raschem Verschleiß an der Gleitringdichtung der Wasserpumpe.

Um der Korrosion entgegen zu wirken, ist das Kühlmittel alkalisch eingestellt. Der pH-Wert liegt ungefähr bei 8. Dies bewirkt eine Pufferwirkung gegenüber Säuren, die in das Kühlsystem gelangen. Die Pufferwirkung verringert sich mit der Zeit. Salzhaltiges Wasser, Regenwasser, Rückstände von Kühlerentkalkungsmitteln oder Verbrennungsgase, die in die Kühlflüssigkeit gelangen, können das Säure- Basen-Verhältnis in den sauren Bereich verschieben. Reines (destilliertes) Wasser verfügt über einen pH-Wert von 7 und verhält sich damit neutral.

Die Grafik veranschaulicht, in welchem pH-Wert-Bereich sich die verschiedenen Beispielflüssigkeiten bewegen.
pH-Wert-Tabelle | Kolbenschmidt | Pierburg | Motorservice
pH-Wert-Tabelle

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