MOTOr FaHrwErK SErviCE KOMpETEnz in pkw-parts TrainingSBrOSCHÜrE KÜHLSYSTEM

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1 Motor Fahrwerk Service Kompetenz in PKW-Parts TrainingSBROSCHÜRE KÜHLSYSTEM

2 Trainingsbroschüre Kühlsystem 2 1. ALLGEMEINES INHALTSVERZEICHNIS 1. Allgemeines 5. Aus- und Einbauhinweise Kühlkreislauf 5.1 Allgemeines Kühlsysteme 5.2 Steuertrieb 9 5. Nebenaggregatetrieb Wasserpumpe 5. Abdichtung Mechanischer Kühlerlüfter Schaufelrad Überprüfung Wasserpumpenlager Elektrischer Kühlerlüfter Abdichtung Überprüfung 11. Kühlmittel Kühler 11 Funktion und Aufbau.1 Zusammensetzung und Eigenschaften 6.2 Wartungstipps 6. Schadensbilder Kühlmittelspezifikationen 7. Überprüfung Unsachgemäße Verwendung von Dichtmitteln 1. Thermostat 8 6. Schäden durch ungeeignete Kühlmittel Überprüfung 6..1 Kavitationsschäden Korrosionsschäden 1 Funktion und Aufgaben Leckagen 6. Schäden durch Fremdkörperkontamination Überhitzungsschäden Mechanische Schäden Kühlkreislauf 1.2 Kühlsysteme Verbrennungsmotoren erzeugen im Volllastbetrieb Temperaturen von mehr als 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

3 Trainingsbroschüre Kühlsystem 5 2. WASSERPUMPE 2.1 Funktion und Aufbau 2. 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 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 1 Riemenscheibe 2 Lager Gehäuse Gleitringdichtung 5 Schaufelrad 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. 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.

4 Trainingsbroschüre Kühlsystem 6 7. KÜHLMITTEL.1 Zusammensetzung und Eigenschaften.2 Wartungstipps. Kühlmittelspezifikationen. 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 -0 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. % C Die Kühlmittel sind in der Regel nicht miteinander mischbar Modellabhängig muss daher unbedingt auf die Verwendung eines freigegebenen Kühlmittels geachtet werden. Hierzu gelten die jeweils aktuellen Herstellerangaben. -0 Beispiele Kühlmittelspezifikationen -50 Hersteller/Modell -60 Bauzeitraum Herstellerspezifikation VW TL77-C > VW TL77-D/F er, 5er, 7er, 8er > BMW N Mercedes-Benz > DBL /25.0 Peugeot/Citroen 199 -> B Toyota > TSK 2601 G-8A Audi 80, 90, 100 Audi Frostschutzwirkungsdiagramm A2, A, A, 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.

5 Trainingsbroschüre Kühlsystem 8 9. THERMOSTAT 5. AUS- UND EINBAUHINWEISE.1 Funktion und Aufgaben.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 0 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 Einbausituation Thermostat Spezielle Anweissungen des Fahrzeugherstellers beachten. 1 Thermostatgehäuse 2 Einbaulage Thermostat Motorblock ACHTUNG Nach allen Eingriffen am Kühlkreislauf unbedingt das Kühlsystem entlüften. Modellabhängig sind besondere Verfahren zur Entlüftung des Kühlsystems anzuwenden. Wasserpumpe im Steuertrieb

6 Trainingsbroschüre Kühlsystem Nebenaggregatetrieb 5. 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 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 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.

7 Trainingsbroschüre Kühlsystem 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 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 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

8 Trainingsbroschüre Kühlsystem Schäden durch ungeeignete Kühlmittel 6..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 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. 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

9 75/022 R291/1.0/6.2009/MA-D Egon von Ruville GmbH Billbrookdeich Hamburg Deutschland Tel.: +9 (0)0 7-0 Fax: +9 (0)