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Motor | Fahrwerk | Service
Kompetenz in PKW-Parts
TrainingSBROSCHÜRE
KÜHLSYSTEM
Trainingsbroschüre Kühlsystem 2 | 3
1. ALLGEMEINES
INHALTSVERZEICHNIS
1.Allgemeines
3
5.
Aus- und Einbauhinweise
9
1.1Kühlkreislauf
3
5.1Allgemeines
9
1.2Kühlsysteme
3
5.2Steuertrieb
9
5.3Nebenaggregatetrieb
10
2.Wasserpumpe
4
5.4Abdichtung
10
2.1
4
5.5 Mechanischer Kühlerlüfter
10
2.2Schaufelrad
4
5.5.1Überprüfung
10
2.3Wasserpumpenlager
5
5.6 Elektrischer Kühlerlüfter
11
2.4Abdichtung
5
5.6.1Überprüfung
11
3.Kühlmittel
6
5.7Kühler
11
Funktion und Aufbau
3.1
Zusammensetzung und Eigenschaften 6
3.2Wartungstipps
6.Schadensbilder
12
6
12
3.3Kühlmittelspezifikationen
7
3.4Überprüfung
7
6.2 Unsachgemäße Verwendung
von Dichtmitteln
13
4.Thermostat
8
6.3 Schäden durch ungeeignete
Kühlmittel
14
4.1
8
4.2Überprüfung
6.3.1Kavitationsschäden
14
6.3.2Korrosionsschäden
14
Funktion und Aufgaben
8
6.1Leckagen
6.4 Schäden durch
Fremdkörperkontamination
14
6.5Überhitzungsschäden
15
6.6 Mechanische Schäden
15
1.1 Kühlkreislauf
1.2 Kühlsysteme
Verbrennungsmotoren erzeugen im Volllastbetrieb Temperaturen von mehr als 2.000 °C. Um Antrieb und benachbarte
Aggregate vor den Belastungen durch diese extreme Wärme zu schützen, ist eine effiziente Kühlung erforderlich. Hier
hat sich die Flüssigkeitskühlung bewährt.
Die meisten Kühlsysteme in modernen Fahrzeugen
besitzen ein elektrisches System zur Regelung des Kühlluftdurchsatzes. Über einen Thermoschalter wird bei
Überschreiten der Betriebstemperatur des Motors ein
elektrischer Ventilator eingeschaltet.
Während früher ausschließlich Wasser zur Kühlung verwendet wurde, kommt mittlerweile eine Mischung aus Wasser
und einem Kühlmittel zum Einsatz.
Dabei durchläuft das Kühlmittel ein komplexes System,
das aus einem kleinen und einem großen Kreislauf besteht.
Während der Motor warmläuft, kreist die Kühlflüssigkeit
nur durch den Motor selbst (kleiner Kühlkreislauf). Ist die
notwendige Betriebstemperatur erreicht, öffnet sich der
Zugang zum Kühler – und die Temperatur des Kühlmittels
wird durch die Außenluft gesenkt (großer Kühlkreislauf).
Zu den wichtigsten Einzelkomponenten des Kühlsystems
gehören die Pumpe, die das Kühlmittel durchs System
treibt, der Thermostat, der den Übergang vom kleinen zum
großen Kreislauf regelt, und natürlich das Kühlmittel selbst.
Diese Komponenten werden auf den folgenden Seiten
behandelt.
Kühlsystem mit elektrischem Kühlerlüfter
In Fahrzeugen mit längs eingebautem Motor wird der
Antrieb des Kühlerlüfters neben dem elektrischen Antrieb
oftmals auch mechanisch mittels eines Keilriemens oder
eines Keilrippenriemen-Antriebes übernommen. Beim
mechanischen Antrieb wird das Lüfterrad über eine
Viscokupplung mit der Riemenscheibe verbunden.
Bei Erwärmung stellt die Viscokupplung eine drehfeste
Verbindung zwischen Riemenscheibe und Lüfterrad her,
während sich das Lüfterrad bei Abkühlung lose gegen
die Riemenscheibe drehen kann.
Kühlkreislauf
Kühlsystem mit mechanischem Lüfter und Verkupplung
Trainingsbroschüre Kühlsystem 4 | 5
2. WASSERPUMPE
2.1 Funktion und Aufbau
2.3 Wasserpumpenlager
Die Wasserpumpe sorgt für eine ausreichende Zirkulation
des Kühlmittels im Kühlkreislauf. Dadurch ist die gleichmäßige Wärmeableitung aus dem Motor und die Versorgung des Heizkreislaufes mit ausreichend warmem
Kühlmittel gewährleistet.
Die Wasserpumpenlagerung wird entsprechend den
Vorgaben des Fahrzeugherstellers ausgelegt. Ausschlaggebend sind hier vor allem die Kräfte, Beschleunigungen
und zu realisierenden Drehzahlen im Riementrieb. Es gibt
verschiedene Bauarten.
Wasserpumpe mit profilierter Riemenscheibe
Wasserpumpe ohne Riemenscheibe
2.2 Schaufelrad
1
3
2
5
Dichtungsvarianten
Das Schaufelrad ist eine der Hauptkomponenten einer
Wasserpumpe. Durch entsprechende Planung und Konstruktion wird eine hohe Leistung und Effizienz erreicht –
und das Risiko von Kavitation verringert.
Wasserpumpenlager mit Kugel/Kugellager
1Riemenscheibe
2Lager
3Gehäuse
4Gleitringdichtung
5Schaufelrad
4
Wasserpumpe, detailliert
Die Wasserpumpe kann im Nebenaggregatetrieb oder im
Steuertrieb integriert sein. Im Nebenaggregatetrieb wird sie
mittels Keilriemen oder Keilrippenriemen angetrieben.
Je nach Anwendungsfall ist die Pumpe mit oder
ohne Riemenscheibe bestückt. Diese kann profiliert oder
flach ausgeführt sein, je nachdem ob die Front aoder der
Rücken des Riemens über die Rolle läuft.
In den Steuertrieb integrierte Wasserpumpen haben
entweder eine flache oder eine dem Zahnriemenprofil
angepasste Riemenscheibe. Auch hier spielt die Antriebsseite des Zahnriemens eine entscheidende Rolle.
Offenes Kunststoff-Schaufelrad
Auch das Material, das bei der Herstellung der Schaufeln
zum Einsatz kommt, beeinflusst die Leistungsfähigkeit
einer Pumpe.
Bis vor einigen Jahren wurden für Schaufelräder überwie­
gend Gusseisen und Stahl verwendet. Aus technischen
Gründen geht der Trend heute zu Kunststoffen (PPS, XTEL).
Durch die Ausführung wird das Gewicht des Schaufelrades
verringert, somit die Lagerbelastung minimiert und dem
Auftreten von Kavitation vorgebeugt.
Wasserpumpenlager mit Kugel/Rollenlager
Wo welches Lager verbaut wird, ist abhängig von den
Belastungen im jeweiligen Riementrieb. Ein entscheidender
Punkt für die Haltbarkeit und Langlebigkeit einer Wasserpumpe ist die Verwendung hochwertiger Lager bei der
Herstellung.
2.4 Abdichtung
Die Abdichtung zwischen Motorgehäuse und Wasserpumpe erfolgt entweder durch eine Papierdichtung, einen
O-Ring oder in vielen Fällen auch durch eine Dichtmasse
aus Silikon.
Bei Papier- und O-Ring-Abdichtung ist auf die Verwendung
von Dichtmasse zu verzichten, da die Abdichtung allein
über die Dichtungen erfolgt. Bei Motoren, in denen serienmäßig Silikondichtmasse verwendet wird, ist der sparsame
Einsatz von Dichtmasse zwingend erforderlich. Zudem ist
die Beachtung der Herstellervorschriften unabdingbar.
Ein dünner Film aus Dichtmasse ist für die Abdichtung völlig ausreichend. Wird zu viel Dichtmasse verwendet, kann
sich der überschüssige Teil lösen und in das Kühlsystem
geraten. In der Folge können Kühler und Heizungswärmetauscher verstopfen oder die antriebsseitige Abdichtung
kann beschädigt werden.
Die Abdichtung der Antriebswelle geschieht mittels Gleitringdichtung, die als Axialdichtring ausgeführt ist.
Die durch eine Druckfeder gegeneinandergedrückten
Gleitpartner aus Silikoncarbid und Hartcarbon dichten das
Kühlsystem zur Atmosphäre hin ab. Die Verwendung eines
herkömmlichen Radialdichtringes ist aufgrund des Druckes
im Kühlsystem nicht möglich.
Das Kühlmittel dient der Schmierung und Kühlung der
Gleitringdichtung.
Trainingsbroschüre Kühlsystem 6 | 7
3. KÜHLMITTEL
3.1 Zusammensetzung und Eigenschaften
3.2 Wartungstipps
3.3 Kühlmittelspezifikationen
3.4 Überprüfung
Kühlmittel besteht aus Wasser sowie speziellen Kühlkonzentraten. Die optimale Mischung liegt in der Regel bei 1 : 1.
Heutige Kühlkonzentrate bestehen zur Frostschutzwirkung
aus Äthylenglykol und diversen Zusatzstoffen zur Vorbeugung von Korrosion und Kalkablagerungen.
Ein regelmäßiger Wechsel des Kühlmittels mit Spülung
des Kühlsystems beugt Verschlammung vor. Dabei sind die
Wechselintervalle und die Spezifikation der Fahrzeughersteller zu beachten. In der Regel empfiehlt sich ein Austausch
alle 2 Jahre.
Die Anforderungen an das Kühlmittel haben sich im Hinblick
auf Korrosions- und Elektrolyseverhalten im Laufe der Zeit
durch den zunehmenden Einsatz von Leichtmetallen im
Motorenbau verändert. Eine Vielzahl von Metalllegierungen
und Polymeren in modernen Motoren erfordert ein breites
Spektrum unterschiedlicher Kühlmittel mit angepassten
Eigenschaften.
Der richtige Frostschutzmittelgehalt kann mit einem Frostschutzprüfer ohne großen Aufwand ermittelt werden. Die
Anzeige sollte um -40 °C liegen – dann ist das Mischungsverhältnis ca. 1 : 1. Die Frostschutzwirkung nimmt mit der
Alterung des Kühlkonzentrates nicht ab – sie ist lediglich
abhängig vom Mischungsverhältnis.
Somit gilt Folgendes: Frostschutz = Rostschutz
Ein zu geringer Gehalt an Kühlkonzentrat führt im Kühlsystem auch zu Kalkablagerungen und Korrosion. Durch
sich lösende Kalk- und Rostpartikel können Kühler und
Schläuche verstopfen. Auch die Gleitringdichtung der
Wasserpumpe kann in Mitleidenschaft gezogen werden,
da sie direkt vom Kühlmittel umspült wird.
Zudem tragen Kühlkonzentrate wirkungsvoll dazu bei,
Beschädigungen des Schaufelrades und Motorüberhitzungen zu vermeiden. Denn durch die Verwendung von
Kühlkonzentraten wird die Oberflächenspannung des
Wassers herabgesetzt und das Kavitationsrisiko auf ein
Minimum reduziert.
%0 10 20 30 40 50 60 7080 90
˚C
Die Kühlmittel sind in der Regel nicht miteinander mischbar.
-10
-20
-30
Modellabhängig muss daher unbedingt auf die Verwendung
eines freigegebenen Kühlmittels geachtet werden. Hierzu
gelten die jeweils aktuellen Herstellerangaben.
-40
Beispiele Kühlmittelspezifikationen
-50
Hersteller/Modell
-60
Bauzeitraum
Herstellerspezifikation
1981 – 1996
VW TL774-C
1996 – ->
VW TL774-D/F
3er, 5er, 7er, 8er
1975 – ->
BMW N 600 69.0
Mercedes-Benz
1976 – ->
DBL 7700.20/325.0
Peugeot/Citroen
1993 – ->
B 71 5110
Toyota
1978 – ->
TSK 2601 G-8A
Audi
80, 90, 100
Audi
Frostschutzwirkungsdiagramm
A2, A3, A4, A6
BMW
Weiterhin wird durch die günstige spezifische Dichte des
Kühlmittelkonzentrates der Siedepunkt des Gemisches
erhöht. Dies erlaubt den Betrieb des Motors unter höheren
Temperaturen – der Wirkungsgrad steigt.
Bei der Verwendung von Kühlmittelkonzentraten sind
unbedingt die Herstellervorschriften zu beachten.
Frostschutzprüfung mit Ruville-Frostschutzprüfer 10/006
Die gleichzeitige Verwendung unterschiedlicher Kühlmittel
kann zu einer bräunlichen Verfärbung der Kühlmittel führen.
Sie entsteht durch eine chemische Reaktion zwischen Kühlkonzentraten, die nicht miteinander mischbar sind. In der
Folge kann sich durch diese Reaktion im Kühlkreislauf eine
Art Gel bilden, das die Kühlleistung erheblich beeinträchtigt.
Trainingsbroschüre Kühlsystem 8 | 9
4. THERMOSTAT
5. AUS- UND
EINBAUHINWEISE
4.1 Funktion und Aufgaben
4.2 Überprüfung
5.1 Allgemeines
5.2 Steuertrieb
Der Thermostat regelt den Kühlmittelstrom zwischen dem
kleinen und dem großen Kühlkreislauf. Mit zunehmender
Temperatur öffnet der Thermostat einen Querschnitt, durch
den das Kühlmittel in den Kühler einströmen kann. Somit
wird z. B. bei niedrigen Außentemperaturen eine schnellere
Erwärmung des Kühlmittels im Motor erreicht, wodurch Motorlauf und Kraftstoffverbrauch positiv beeinflusst werden.
Der Thermostat kann überprüft werden, indem er einfach
in heißes Wasser gelegt wird. Wenn sich der Ventilquerschnitt im heißen Wasser öffnet und sich bei Raumtemperatur wieder schließt, ist der Thermostat in Ordnung.
• Bei Montage der Wasserpumpe grundsätzlich eine neue
Dichtung verwenden.
Falls sich die Wasserpumpe im Steuertrieb befindet, empfiehlt es sich, sie im Rahmen der Zahnriemenwechselintervalle auch auszutauschen. Eine vorherige Rücksprache mit
dem Kunden ist jedoch unerlässlich.
• Bei der Verwendung von Kühlkonzentraten und Dichtmitteln Herstellerfreigaben beachten.
Aufgrund der Einbaulage des Thermostaten bei einigen Motoren ist es ratsam, diesen beim Wechsel des Zahnriemens
mit auszutauschen.
In jedem Fall sind beim Tausch der Wasserpumpe alle in
den Riementrieb integrierten Bauteile genauestens auf ihren
Zustand zu kontrollieren.
• Leitungswasser zur Befüllung nur verwenden, wenn es als
„kalkarm“ bezeichnet werden kann, oder mit destilliertem
Wasser mischen.
Daher liefert Ruville für 40 V6-Motoren aus dem Hause
VW/Audi den Thermostaten als zusätzliches Bauteil
im Wasserpumpen-Kit. Bei diesen Motoren liegt der
Thermostat auf der rechten Zylinderbank direkt hinter
dem Zahnriemen.
• Auf optimales Mischungsverhältnis Wasser/Kühlkonzentrat von ca. 1 : 1 achten.
• Vorgeschriebene Anzugsdrehmomente bei der Montage
nicht überschreiten.
• Antriebsriemenspannung der Wasserpumpe korrekt
einstellen. Ein zu stark gespannter Riemen kann zum vorzeitigen Lagerschaden in der Pumpe führen. Ein zu locker
gespannter Riemen kann sehr leicht durchrutschen.
1
2
4
3
Einbausituation Thermostat
• Spezielle Anweissungen des Fahrzeugherstellers beachten.
1Thermostatgehäuse
2Einbaulage
3Thermostat
4Motorblock
ACHTUNG
Nach allen Eingriffen am Kühlkreislauf unbedingt das Kühlsystem
entlüften. Modellabhängig sind besondere Verfahren zur Entlüftung
des Kühlsystems anzuwenden.
Wasserpumpe im Steuertrieb
Trainingsbroschüre Kühlsystem 10 | 11
5.3 Nebenaggregatetrieb
5.4 Abdichtung
5.6 Elektrischer Kühlerlüfter
5.7 Kühler
Wasserpumpen mit Antrieb im Nebenaggregatetrieb
erfordern besondere Beachtung der Spann- und Umlenkelemente im Riementrieb. Beim Austausch der Wasserpumpe ist unbedingt auf den Zustand dieser Teile zu
achten. Verschlissene Teile müssen ausgewechselt werden.
Bei O-Ring-Abdichtungen am besten Silikonöl als
Gleitmittel zur Montage verwenden. Auf die Verwendung
von Dichtmassen ist zu verzichten.
Bei Fahrzeugen mit elektrischem Kühlerlüfter sollte die
Funktion von Ventilator und Thermoschalter überprüft
werden.
Verschmutzte Kühler oder Kühlergitter verringern den
Luftdurchsatz durch den Kühler und verschlechtern die
Kühlleistung.
5.6.1 Überprüfung
Daher müssen äußerlich durch Staub oder Laub verschmutzte Kühlerlamellen gesäubert werden.
Bei herkömmlichen Motoren ohne elektronisch unterstützte
Kühlerlüftersteuerung ist eine Überprüfung der Lüfterfunktion relativ einfach möglich. Da dies bei laufendem Motor
geschieht, ist allerdings äußerste Vorsicht geboten.
Wasserpumpe mit O-Ring-Abdichtung
5.5 Mechanischer Kühlerlüfter
Bei Fahrzeugen mit Viscolüftern sollte die Funktion der Viscokupplung überprüft werden.
Zur Überprüfung wird der Stecker am Thermoschalter bei
laufendem Motor überbrückt. Springt der Lüfter an, sind
die Stromversorgung und der Lüftermotor in Ordnung. Der
Fehler ist im Thermoschalter selbst zu suchen. Springt der
Lüfter nicht an, ist eine Prüfung der Verkabelung und des
Lüftermotors durchzuführen, um den Fehler zu lokalisieren.
ACHTUNG, KURZSCHLUSSGEFAHR!
Unbedingt die herstellerspezifischen Gegebenheiten beachten.
Diese Überprüfung ist bei zahlreichen Fahrzeugtypen in dieser Form
nicht möglich.
5.5.1 Überprüfung
Wasserpumpe im Nebenaggregatetrieb
Hierzu bei kaltem Motor die freie Drehbarkeit des Lüfterrades gegen die Viscokupplung prüfen. Es darf ein geringer
Drehwiderstand zu spüren sein. Nach mindestens 5 km
Probefahrt, wenn die Betriebstemperatur erreicht ist, die
Drehbarkeit erneut prüfen. Das Lüfterrad sollte jetzt nahezu
drehfest gegen die Viscokupplung blockiert sein.
ACHTUNG, UNFALLGEFAHR!
Bei dieser Überprüfung unbedingt Motor abstellen
und Zündschlüssel abziehen.
Thermoschalter für Kühlerlüfter (Beispiel)
Elektrischer Kühlerventilator
Bei Eingriffen in das Kühlsystem sollte – insbesondere
bei Verschmutzung des Kühlmittels – der Kühler gründlich
gespült werden.
In jedem Falle sind beim Tausch der Wasserpumpe alle in
den Riementrieb integrierten Bauteile genauestens auf ihren
Zustand zu kontrollieren.
Trainingsbroschüre Kühlsystem 12 | 13
6. SCHADENSBILDER
6.1 Leckagen
Auch unter normalen Betriebsbedingungen kann an
der Gleitringdichtung in geringen Mengen Flüssigkeit
bzw. Dampf austreten.
Bis zu 12 g Kühlmittel je 10.000 km sind unbedenklich.
Eventuell auftretende Austrittsspuren geben keinen Anlass
zur Reklamation.
6.2 Unsachgemäße Verwendung von Dichtmitteln
Leckagen an der Wasserpumpe können
verursacht werden durch:
•normalen Verschleiß, in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen nach ca. 50.000 – 100.000 km.
•Verunreinigung des Kühlsystems, z. B. durch Rost, Ablagerungen, Gummi- oder Kunststoffpartikel, die in die
Gleitringdichtung eindringen können
Die unsachgemäße Verwendung von Dichtmitteln führt
häufig zu Ausfällen der Wasserpumpe. Insbesondere das
Aufbringen zu großer Mengen Dichtmasse führt zum Dichtmasseneintritt in das Kühlsystem. Mitgespülte Dichtmasse
kann in die Gleitringdichtung eindringen und die Abdichtung
beeinträchtigen. Kühlmittelaustritt im Bereich des Wasserpumpenlagers ist die Folge. Das Lager wird zerstört.
Verstopft Dichtmasse die Entlüftungsbohrung der
Pumpe, staut sich der Kühlmitteldampf im Pumpengehäuse. Dann besteht die Gefahr, dass er durch
das Pumpenlager entweicht.
Auch hier ist eine Zerstörung des Lagers die Folge.
•Verwendung von ungeeigneten Flüssigkeiten zur Befüllung des Kühlsystems oder einer Flüssigkeit mit einem
falschen Mischungsverhältnis, meist mit zu hohem Leitungswasseranteil (Verkalkung)
•Überdruck im Kühlsystem bedingt durch defekte Überdruckventile, die sich in der Kühlerverschlusskappe befinden
Kühlmittel-Austrittsspuren
Dichtmasseneintritt in die Radialdichtung
Mit Dichtmasse verstopfte Entlüftungsbohrung
•defekte Zylinderkopfdichtungen, durch die unter Druck
stehende Verbrennungsgase in das Kühlsystem gelangen
Trainingsbroschüre Kühlsystem 14 | 15
6.3 Schäden durch ungeeignete Kühlmittel
6.3.2 Korrosionsschäden
6.5 Überhitzungsschäden
6.6 Mechanische Schäden
Neben Leckagen (siehe 6.1) kann die Verwendung
ungeeigneter Kühlflüssigkeiten weitere Schäden
verursachen.
Korrosions- und Verkalkungsschäden entstehen
vor allem, wenn die Kühlflüssigkeit zu viel mineralhaltiges
Wasser enthält.
Hervorgerufen werden Überhitzungsschäden meist
durch Defekte an Thermostaten oder Kühlerventilatoren –
bei älteren Fahrzeugen auch durch defekte Viscokupplungen. Eine defekte Viscokupplung bewirkt zu
geringe Wärmeableitung am Kühler durch mangelnden
Luftdurchsatz.
Werden Anzugsdrehmomente nicht eingehalten oder
wird die Riemenspannung zu hoch eingestellt, können an
der Pumpe schwerwiegende Schäden entstehen.
6.3.1 Kavitationsschäden
Kavitation ist ein physikalischer Effekt, der durch
Strömungen und die daraus resultierenden Druckveränderungen entsteht. Durch starke Strömung von Flüssigkeit
können sich Vakuumblasen bilden, die dann z. B. an einer
Gehäusewand wieder kollabieren. Dadurch wird die Flüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit gegen die Gehäusewand
geschleudert. Das stetige Auftreffen der Flüssigkeit trägt
dann das Material der Gehäusewand ab.
Wasserpumpe mit Korrosions-Verkalkungsschaden
Lageraußenring mit überlastungsbedingter
Beschädigung der Laufbahnen
6.4 Schäden durch Fremdkörperkontamination
Der Einsatz geeigneter Werkzeuge und Hilfsmittel bei
Reparaturen ist unerlässlich. Kugel- und Rollenlager sind
äußerst schlagempfindlich. Lagerlaufbahnen dürfen bei
Montagearbeiten nicht belastet werden.
Fremdkörperkontamination ist eine der häufigsten Schadensursachen im Kühlkreislauf. Hervorgerufen wird sie durch
abrasive (also oberflächenangreifende) Substanzen wie
Rost, Kalk oder Schleifmittel. So können z. B. bei Reparaturen
am Motor oder der Verwendung verschmutzten Wassers
Schleifkörper oder andere Teilchen in den Kühlmittelstrom
gelangen und erhebliche Schäden verursachen.
Viscokupplung
Schaufelrad mit Kavitationsschaden
Wasserpumpe mit Hammermarken
an Riemenscheibenflansch und Gehäuse
Wasserpumpe mit Abrasionsschaden
75/022 R291/1.0/6.2009/MA-D
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