Wasserkühlung oder luftgekühlte Systeme – wo liegt der Unterschied?

23.05.2014 |  Von  |  Allgemein
Keine Beiträge mehr verpassen? Hier zum Newsletter anmelden!
Wasserkühlung oder luftgekühlte Systeme – wo liegt der Unterschied?
Jetzt bewerten!

In Motorenbaukonzepten der bisherigen Generationen wurden Verbrennungsmotoren zum Zwecke der Kühlung entweder mit umströmender Luft (Fahrtwind) direkt oder per Kühlkreislauf unter der Verwendung von Wasser als primärem Kühlmittel gekühlt. Welche Vor- und Nachteile beide Ansätze haben, stellen wir im folgenden Beitrag dar.

Der Wasserkühlkreislauf bei Landfahrzeugen erfordert in der Regel einen zusätzlichen Wasserkühler zur Wärmeableitung im Betrieb. Bei Motoren für Wasserfahrzeuge saugt das System permanent Frischwasser an und gibt das erwärmte Wasser aus dem Motorkühlkreislauf wieder an das Gewässer ab. Alle Kühlsysteme dienen dem Management der Temperaturen im Motorbetrieb bei den Verbrennungsmotoren. Die Ableitung der Wärme erfolgt bei den Herstellern üblicherweise auch nach regionalen Kriterien. So sind zum Beispiel Fahrzeuge in den Tropen auch ohne Heizsysteme für den Innenraum erhältlich und haben oftmals auch grossflächigere Lamellenkühler eingebaut. Übliche Fahrzeuge für den Markt in der Schweiz sind wie für das übrige Zentraleuropa in der Regel ganzjahrestauglich konzipiert.



Friert Wasser nicht bei Minustemperaturen zu Eis?

Doch, dass tut es sogar recht sicher, es sei denn, der Gefrierpunkt des Wassers (0° C) wird durch einen Trick herabgesetzt. Eine sehr gebräuchliche Methode beim wassergekühlten Motor in Landfahrzeugen ist die Beimengung wasserlöslicher Substanzen, welche dem geschlossenen Wasserkreislauf zugesetzt werden. Das sind sogenannte Frostschutzmittel oder Gefrierschutzmittel. Grundsätzlich geeignet sind hierzu die Substanzen Glycerin, Ethylenglycol, Ethanol oder Methanol. Je nach dem Mischungsverhältnis mit dem Kühlwasser kann der Gefrierpunkt der Mischung sehr stark herabgesetzt werden.

Die Frostschutzsubstanzen haben noch andere Eigenschaften und Charakteristiken, sie sind auch nicht unbedingt ungefährlich oder unbedenklich für die Gesundheit und können auch brennbar sein. Während sich das Methanol beispielsweise hervorragend als Gefrierschutzzusatz für das Scheibenwischwasser eignet, sind die Eigenschaften des Ethylenglycols für ein Kühlsystem an Verbrennungsmotoren eher förderlich. Je nach dem Mischverhältnis mit Kühlwasser ist das Mittel bis unter –40° C frostsicher. Es ist das am weitesten verbreitete Frostschutzmittel in den heutigen Verbrennungsmotoren und hat zudem korrosionshemmende Eigenschaften. Ausserdem erhöht das Ethylenglykol als Zusatz den Siedepunkt des Wassers deutlich.

Eine besondere Aufmerksamkeit gilt im Motorkreislauf der Kühlflüssigkeit. (Bild: Andrey_Popov / Shutterstock.com)

Eine besondere Aufmerksamkeit gilt im Motorkreislauf der Kühlflüssigkeit. (Bild: Andrey_Popov / Shutterstock.com)




Wie mache ich meinen Fahrzeugmotor „winterfest“ oder „wintersicher“?

Neben dünnflüssigeren Schmierstoffen (Winterölen) gilt bei wassergekühlten Systemen der verwendeten Kühlflüssigkeit im Motorkreislauf eine besondere Aufmerksamkeit. Nur ein ausreichender Gefrierschutz schützt Ihren Motor nachhaltig vor Schäden. Eis hat durch seinen Ausdehnungscharakter beim Gefrieren eine sehr starke Sprengwirkung auf wasserführende Kühlkanäle im Motorblock und auch ausserhalb des Motors. Motorenkonstrukteure beugen dieser Gefahr zwar durch die Verwendung sogenannter Frostschutzstopfen am Motorblock vor, der Motor ist aber nach dem Verlust solcher Frostschutzstopfen nicht mehr ohne Werkstattdurchsicht und Stopfenersatz betriebsbereit.



Die Betriebsbereitschaft gewährleistet nur ein Gefrierschutz im entsprechenden Temperaturbereich. Eine Überprüfung der existierenden Kühlflüssigkeit ist unproblematisch und nimmt kaum Zeit in Anspruch. Garagen und Werkstätten bedienen sich dazu einer einfachen Dichtespindel. Wegen der höheren Dichte des Ethylenglycols zeigt die Dichtespindel das genaue Mischverhältnis zwischen Frostschutzmittel und dem Wasser an. Diese Überprüfung ist für erfahrene Autofahrer obligatorisch, wenn der eidgenössische Kalender die ersten Nachtfröste erlaubt.

Bei nur saisonal im warmen Halbjahr betriebenen Fahrzeugen ist auch ein komplettes Ablassen des Kühlwassers mit Ausblasen der Kühlkanäle ausreichend. Auch verschiedene Typen von Starterbatterien im Fahrzeug sind bei starkem Frost gefährdet. Sprechen Sie hierüber mit einem Garagenexperten oder demontieren Sie die Batterie bei vorübergehend stillgelegtem Fahrzeug und bewahren Sie sie frostgeschützt auf.



Wie verstehen sich die Vorteile einer Luftkühlung?

Die entstehende Wärme wird über die Kühlrippen des Motors abgeleitet. Bei Flugmotoren und Zweiradmotoren ist dieses natürliche Kühlvermögen oftmals ausreichend. Windleitsysteme und Zusatzlüfter spielten bei luftgekühlten Automotoren eine grosse und wichtige Rolle. Im Stillstand des Fahrzeuges wird allerdings nicht genügend Kühlluft bereitgestellt, und das konnte zu Überhitzungen des Motors führen. Nicht selten wurden zusätzliche Systeme zur Wärmeableitung erforderlich. Dazu gehören zum Beispiel auch die Motorölkühler an luftgekühlten Motoren. Weitere Vorteile der Luftkühlung sind die möglichen Einsparungen bei den Baukosten und beim Gewicht. Luftgekühlte Motoren gelten zudem als sehr winterfest.

Luftgekühlter R4-Motor einer Yamaha XJR 1300 (Bild: StealthFX, Wikimedia)

Luftgekühlter R4-Motor einer Yamaha XJR 1300 (Bild: StealthFX, Wikimedia)

Welche Vorteile hat die Wasserkühlung?

Der wassergekühlte Motor kann seine Abwärme zum Beispiel zur Beheizung des Innenraumes nutzen. Ein diesbezüglicher Wärmetauscher wird zu diesem Zwecke über Stellventile und ein Gebläse mit der Fahrzeugheizung im Betrieb damit beauftragt. Ein automatisches Thermostat im Kreislauf öffnet dieses bei erreichter Betriebstemperatur des Motors.

Wasserkanäle im Motorblock selbst eignen sich sehr gut zur Wärmeableitung. Eine Wasserpumpe sorgt im Normalfall für einen Zwangsumfluss des Kühlwassers. Das thermische Management des Verbrennungsmotors mit integrierter Wasserkühlung erlaubt auch mehrzylindrige Motorenbauweisen mit Hochleistungsmerkmalen auf eingeschränktem Raum.

Warum läuft mein Lüfter am Wasserkühler noch nach, wenn ich den Motor abstelle?

Im Stop-and-go-Verkehr heutiger Innenstädte führt die Verkehrssituation zu weniger kühlendem Fahrtwind und auch langsameren Durchschnittsgeschwindigkeiten. Das kann zu einem Anstieg der Motortemperatur führen. Auch nach flotter Fahrt hat sich gelegentlich sehr viel Abwärme gebildet, die nicht immer ausreichend abgeführt werden konnte. Eine Schutzeinrichtung der Motorenkonstrukteure lässt daher (unabhängig vom Motorbetrieb) den elektrisch betriebenen Lüfter noch eine Zeitspanne nachlaufen, um die Wärme unter der Motorhaube und im Motor wieder in normale Toleranzbereiche zu bringen. Diese Nachlaufzeit ist vom Fachbetrieb einstell- und justierbar. Der Stromverbrauch des Lüftermotors ist unbedenklich für Ihre Fahrzeugbatterie.



 

Oberstes Bild: Automechaniker wechselt die Wasserpumpe aus. (© sima / Shutterstock.com)


Ihr Kommentar zu:

Wasserkühlung oder luftgekühlte Systeme – wo liegt der Unterschied?

Für die Kommentare gilt die Netiquette! Erwünscht sind weder diskriminierende bzw. beleidigende Kommentare noch solche, die zur Platzierung von Werbelinks dienen. Die Agentur belmedia GmbH behält sich vor, Kommentare ggf. nicht zu veröffentlichen.