Jeder Verbrennungsmotor benötigt eine Kühlung, da ein erheblicher Teil der Verbrennungsenergie als Wärme abgegeben wird. Je leistungsfähiger der Motor, umso höher ist die thermische Belastung und umso aufwendiger muss die Kühlung sein. Die Standardkühlung bei Motorrädern war lange Zeit die Luftkühlung, bei der der größte Teil der Wärme über Zylinder und Zylinderkopf an die Umgebungsluft abgeführt wurde.
Die technisch gesehen beste Lösung ist die Wasserkühlung. Die bei der Verbrennung entstehende Wärme wird dabei von einer Kühlflüssigkeit abgeführt, die sich in einem geschlossenen Kühlkreislauf befindet und mithilfe einer Pumpe zwischen Motor und Kühler zirkuliert. Ein externer Behälter dient als Ausdehnungsgefäß und Vorratsbehälter. Da die thermisch besonders belasteten Bereiche um die Zündkerzen und Auslasskanäle so optimal gekühlt werden, kann man die Leistung erhöhen, ohne Überhitzungsschäden befürchten zu müssen.
Die Rolle des Ausgleichsbehälters
Der Ausgleichsbehälter dient als Sammelbecken für die sich durch Erwärmung ausdehnende Kühlflüssigkeit. Durch Erwärmung des Kühlmittels dehnt sich das aus und der Druck im System steigt. Durch den freien Bereich im Behälter steigt der Druck nicht so stark, wie ohne dieses Luftvolumen. Luft lässt sich stärker komprimieren. Wäre der Behälter gefüllt, würde der Druck schnell über 10 bar steigen und dann gibt irgendwas anderes nach (ZKD, Schläuche, Behälter, Froststopfen etc.)! So bleibt der Druck i.d.R.
Der Druck im Kühlsystem wird über ein Druckregelventil geregelt. Wenn das Wasser warm wird, dehnt es sich aus. Der Druck im Kühlsystem steigt dann auf 1-1,4 bar (je nach Hersteller), was durch das Druckregelventil, bzw. Wenn das Kühlsystem nun ausschließlich mit Wasser gefüllt ist, würde dabei Wasser verloren gehen, das würde durch das Druckregelventil raus laufen. Kühlt das Wasser wieder ab, zieht es Luft rein. Du hättest nun Luft im Kühlsystem wo sie nicht hin gehört, z.B. im Kühler oder im Zylinderkopf.
Früher hat man den Raum über dem Kühler genutzt, was heute bei vielen Autos wegen der Bauform nicht mehr geht. Der Raum müsste der höchste Punkt sein, die Autos sind dafür aber vorne wo der Kühler sitzt heute einfach zu flach, der Zylinderkopf sitzt idr. höher, deshalb verbaut man einen extra Ausgleichsbehälter in dem die Luft platz hat um raus und wieder rein zu kommen 🙂
Funktionsweise im Detail
Wenn man Wasser in eine Stahlkugel füllen würde, bis keine Luft mehr drin ist, diese fest zu schraubt und dann erhitzt, platzt das Gehäuse auf. Es wird regelrecht gesprengt. Wenn man 1/3 Luft drin lässt, wird oft nicht viel passieren bzw. es dauert erheblich länger! Beim abkühlen des Motors zieht sich das Wasser zusammen. Ohne den Vorrat im Behälter, würde sich ein starkes Vakuum bilden. Dies kann auch Schäden verursachen. Der Druck kommt erst durch Erwärmung, das Wasser braucht mehr Platz, also drückt's die verbliebene Luft zusammen.
Da ist der Kühler rappelvoll und es läßt dann das Ventil im Kühlerdeckel die Flüssigkeit je nach Druckverhältnissen raus, und bei Abkühlung saugt's wieder was rein. Beim (japanischen) System "druckloser Überlaufbehälter" hat das sehr wohl eine Regelfunktion!
Druck im Kühlsystem
Die Kühlsysteme sind geschlossene Kühlsysteme die bei Betriebstemperatur einen Überdruck bis etwa 1,2 bar aufweisen. Durch die Druckerhöhung steigt die Siedetemperatur des Kühlmittels auf etwa 115 - 130 Grad Celsius. Wenn das Kühlsystem durch Erwärmung des Kühlmittels den Betriebsdruck erreicht hat, öffnet ein federbelastetes Druckventil im Kühlerdeckel und überschüssiges Kühlmittel kann über einen Schlauch in den Ausgleichsbehälter entweichen. Der Systemdruck wird auf diese Art stabil gehalten.
Da beim Abkühlen des Systems die Dichte des Kühlmittels wieder abnimmt, würden durch den Druckabfall Schläuche und eventuell auch der Kühler zusammengedrückt werden. Die Flüssigkeit wird durch den sich im abkühlenden System bildenden Unterdruck angesaugt.
Das Ventil im Deckel ist in beide Richtungen wirkend. Das Überdruckventil ist eine Sicherheitsfunktion. Dies ist KEIN Regelglied! Die Druckregulierung erfolgt üblich über das Volumen, die Auslegung der Kühler und den Frostschutzgehalt. Die Frage war, warum gibt es den Behälter! Das gibt meine Aussage wieder.
Die Rolle des Thermostats
Vereinfacht beschrieben dient der Thermostat dazu zwischen grossen und kleinem Kühlkreislauf hin und her zu schalten damit der Motor möglichst schnell auf Temperatur kommt und dann nicht zu heiss wird, der Ausgleichsbehälter dient dazu die thermisch bedingte Volumenänderung des Kühlmittels auszugleichen.
Wartung des Kühlsystems
Laut Herstellerangabe soll das Kühlmittel in bestimmten Intervallen (meist alle zwei bis drei Jahre) getauscht werden. Es besteht aus einer Mischung destillierten Wassers, Frostschutz und korrosionshemmenden Additiven. Wer selber mischt oder fertiges Kühlmittel aus dem Handel bezieht, muss wissen, welche Art bei seiner Maschine verwendet wird (Handbuch/Forum). Es gibt silikathaltiges (meist grün/blau) und silikatfreies Kühlmittel (meist rot), die nicht gemischt werden sollten (Gefahr der Ausflockung).
Vor dem Kühlflüssigkeitswechsel sollte man unbedingt die Kühlwasserschläuche kontrollieren. Weisen sie Beschädigungen auf oder sehen arg porös aus, wäre jetzt der richtige Moment für einen Wechsel. An alten Motorrädern sind die Schläuche häufig mit den Anschlussstellen regelrecht verwachsen.
Für die Neubefüllung (Abweichungen je nach Bauart möglich) wird zuerst die Ablassschraube mit neuer Dichtung und vorgegebenem Drehmoment eingeschraubt. Dann füllt man den Kühler komplett mit Kühlflüssigkeit auf, startet den Motor (dadurch wird das System entlüftet) und füllt so lange vorsichtig nach, bis der Pegel nicht mehr absinkt.
Probleme und Lösungen
Bei zu starker Erwärmung des Kühlwassers, z. B. im Stadtverkehr, schaltet sich der elektrische Lüfter automatisch ab zirka 100 Grad zu. Wird der Motor erst relativ spät warm oder im Gegenteil schnell zu heiß, kann das eventuell an einem Defekt des Thermostats liegen. Je nach Bauart lässt es sich mehr oder weniger einfach entfernen, um dessen ordnungsgemäße Funktion zu testen.
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