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|Der Kühlwasserkreislauf am Beispiel eines BMW-Boxermotors.|
Wo geheizt wird...
Nur rund ein Drittel der Energie, die bei der Verbrennung im Benzinmotor entsteht, wird auch in Bewegung umgesetzt. Aus dem Rest entsteht Wärme, die aus dem Motor abgeführt werden muss. Davon entfallen etwa 30 Prozent auf den Abgaswärmestrom, und die verbleibenden rund 40 Prozent müssen durch sonstige Kühlung abgeführt werden.
Die Motorkühlung ist in erster Linie nötig, da gewisse Werkstoffe (zum Beispiel an Kolben, Zylindern oder am Zylinderkopf) nicht unbegrenzt hitzebeständig sind. Ein nicht gekühlter Kolben würde sich etwa im Zylinder festfressen, weil er sich bei der Erwärmung ausdehnt. Die Verbrennungsgase im Zylinder erhitzen sich kurzfristig immerhin auf bis 2500 Grad Celsius. Eine ausreichende Kühlung bringt aber noch weitere Vorteile mit sich: Sie verbessert die Füllung des Zylinders mit Gemisch, vermindert die Klopfneigung bei Ottomotoren (siehe dazu Text zu Kraftstoff), ermöglicht eine höhere Verdichtung, steigert die Leistung bei günstigerem Kraftstoffverbrauch, und sie sorgt für gleichmässigere Betriebstemperaturen. Eine ausreichende Kühlung bedeutet bei Zylindern aus Aluminiumlegierungen, dass die Zylinderwände im Zylinderkopfbereich Temperaturen von 250 bis 300 Grad nicht überschreiten (Festigkeitsgrenze von Aluminiumlegierungen).
Die ausschliessliche Luftkühlung via Kühlrippen findet man heute nur noch bei Enduro-Motorrädern oder Motoren mit einer Leistung von weniger als 100 PS pro 1000 Kubikzentimeter Hubraum. Diese Kühlungsart hat den Vorteil, dass sie besonders wenig Platz beansprucht und an sich völlig störungsfrei ist. Ihre Effizienz hängt in erster Linie von der richtigen Ausgestaltung der Kühlrippen ab. Als Faustregel gilt: Kühlrippen sollten maximal 50 Millimeter lang sein, und ihr Abstand sollte acht Millimeter nicht unterschreiten. Zudem sollten sie möglichst dünn ausfallen – drei Millimeter am Rippengrund gilt als ideal.
Die Leistung der Luftkühlung kann gesteigert werden, wenn sie mit einer inneren Ölkühlung kombiniert wird. Zylinder und Zylinderkopf geben dabei die Wärme nach wie vor über Kühlrippen ab, aber der Brennraum selbst wird durch gezielte Ölzufuhr gekühlt. Im Ventilstegbereich kann die Temperatur so um rund 20 Prozent gesenkt werden.
Am leistungsstärksten ist klar die Wasserkühlung, die heute als geschlossenes System mit einem Überdruck von 1,2 bis 1,5 bar konzipiert wird. Dies ermöglicht es, in Kombination mit der richtigen Kühlmittelkonzentration (Wasser-Glykol-Gemisch) die Siedetemperatur der Flüssigkeit auf über 120 Grad zu steigern. Ein enormer Vorteil bei Motoren mit grosser Leistung, insbesondere bei extremer Belastung und hohen Aussentemperaturen.
Pro Minute werden bei Motorrädern im Schnitt etwa 75 bis 100 Liter Kühlflüssigkeit, angetrieben durch eine Pumpe, umgewälzt. Bei wassergekühlten Motoren sind die zu kühlenden Bestandteile – in der Regel Zylinderblock und Zylinderkopf – doppelwandig ausgeführt und von Kühlkanälen durchzogen. Im separat angebrachten Kühler wird die aufgenommene Wärme wieder abgegeben. Ein Ventilator unterstützt bei Bedarf den Luftdurchsatz – etwa bei langsamer Fahrt.