Alles, was Sie über Kühlmittel wissen müssen

Funktion

Beginnen wir mit der Grundfunktion: Ein Kühlmittel muss – wie der Name schon sagt – kühlen. Im Idealfall würde die gesamte Energie, die beim Verbrennen von Kraftstoff entsteht, in Bewegung umgesetzt. Tatsächlich wird jedoch ein großer Teil der Energie in Wärme umgewandelt. Auch Elektrofahrzeuge und Hybride mit großen Batteriepaketen erzeugen beim Fahren (Entladen) und beim Laden erhebliche Wärme. Diese Systeme funktionieren nicht mehr, wenn sie überhitzen – deshalb gibt es ein Kühlsystem.

Neben der Ableitung von Wärme erfüllt Kühlmittel noch weitere Aufgaben:

• Schutz vor Einfrieren;
• Anhebung des Siedepunkts über die Betriebstemperatur hinaus;
• Korrosionsschutz für Metalle im Kühlsystem;
• Hemmung von Schaumbildung.

Grundlagen

Die Hauptaufgabe des Kühlmittels ist es, überschüssige Wärme zur Kühleranlage zu transportieren, wo sie an die Umgebungsluft abgegeben wird. Wasser eignet sich hervorragend zur Wärmeaufnahme und -abgabe, hat jedoch zwei große Nachteile: Es friert bei 0 °C und siedet bei 100 °C. Zudem greifen die im (Trink-)Wasser enthaltenen Mineralien und Salze die Materialien im Kühlsystem an.

Um diese Nachteile zu kompensieren, wird Glykol als Basis verwendet – in der Regel Monoethylenglykol (MEG). Seltener kommt auch Monopropylenglykol (MPG) zum Einsatz, allerdings ist dessen Wärmeleitfähigkeit für Verbrennungsmotoren meist unzureichend. MPG ist weniger giftig und wird daher häufiger in der Lebensmittelindustrie verwendet. Eine dritte Variante sind glycerinbasierte Kühlmittel, auch bekannt unter der G13-Spezifikation. Glycerin ist umweltfreundlicher als MEG, aber für diesen Zweck schwerer verfügbar, da es auch als Rohstoff für Kosmetika verwendet wird. Es entsteht als Nebenprodukt bei der Biodieselherstellung oder stammt aus pflanzlichen Quellen.

Zusammensetzung

Ein gebrauchsfertiges Kühlmittel besteht aus mehreren Komponenten. Neben Monoethylenglykol (MEG) sind Additive erforderlich, um dem Kühlmittel die gewünschten Eigenschaften zu verleihen. Die Mischung aus MEG und Additiven wird als Frostschutzmittel (Konzentrat) bezeichnet. Dieses Frostschutzmittel muss vor der Anwendung mit entmineralisiertem oder enthärtetem Wasser verdünnt werden.

Bei entmineralisiertem Wasser wurden Mineralien wie Kalk und Salze entfernt. Kalkablagerungen behindern den Wärmetransport, Salze können Metalle im System angreifen und Korrosion verursachen.

Erst nach dem Verdünnen des Frostschutzmittels mit Wasser erhält man ein gebrauchsfertiges Kühlmittel, auch „Ready-Mix“ genannt. Das Mischverhältnis bestimmt den Temperaturbereich des Kühlmittels. Ein 50/50-Mix (50 % Konzentrat, 50 % Wasser) schützt bis -36 °C, ein 40/60-Mix schützt bis -26 °C. Höhere Konzentrationen bringen keinen erweiterten Temperaturbereich. Eine zu niedrige Konzentration hingegen reduziert den Korrosionsschutz erheblich. Bitte beachten Sie die nachfolgende Grafik:

Additive

Um dem Kühlmittel die gewünschten Eigenschaften zu verleihen, sind chemische Additive notwendig. Diese werden unter anderem hinzugefügt, um Korrosion, Kavitation (die Bildung und Zerstörung kleiner Luftblasen, die Schäden an der Wasserpumpe verursachen können), Ablagerungen und Schlamm (unlösliche Materialrückstände) zu verhindern.

Um eine Vergiftung durch das Verschlucken von Kühlmittel zu verhindern, wird stets ein Bitterstoff hinzugefügt. Das bedeutet, dass Hunde im Falle eines unerwarteten Kühlmittellecks die Flüssigkeit meiden. Auch Kinder trinken das Kühlmittel dadurch nicht. Sowohl Menschen als auch Tiere werden nach der Aufnahme schwer krank.

Die Farbe des Kühlmittels wird durch einen Farbstoff bestimmt. Das bedeutet, dass man sich heute keinesfalls mehr auf die Farbe oder frühere Erfahrungen bei der Auswahl eines geeigneten Produkts verlassen kann. Mit anderen Worten: Die Qualität eines Kühlmittels lässt sich nicht an seiner Farbe erkennen.

Darüber hinaus enthält das Kühlmittel Stabilisatoren gegen Ausfällungen (Ablagerung von Silikatmineralien), Dispergatoren für die Toleranz gegenüber hartem Wasser, einen pH-Puffer zur Aufrechterhaltung des Säuregrads und Entschäumer, um zu verhindern, dass beim Pumpen zu viel Luft in der Flüssigkeit eingeschlossen wird.

IAT (Inorganic Acid Technology)

IAT ist auch als konventionelles oder „altmodisches“ Kühlmittel bekannt. Es hat ein kurzes Wechselintervall (alle zwei Jahre) und ist häufig grün oder blau gefärbt.

Um die zuvor genannten Anforderungen zu erfüllen, enthält dieses Kühlmittel anorganische (mineralische) Inhibitoren wie Silikate, Nitrate, Amine, Phosphate und/oder Borate. Dieses Kühlmittel funktioniert, indem es eine kleine schützende „Decke“ aufbaut, die das Metall im System schützt. Die mineralischen Inhibitoren, die diesen Effekt ermöglichen, werden im Einsatz verbraucht, was bedeutet, dass nach einer gewissen Zeit keine Kapazität mehr vorhanden ist, um diese Schutzschicht zu reparieren. Das macht das System etwas anfälliger.

Der Vorteil dieses Kühlmittels ist, dass es schnell wirkt, allerdings liegt der Nachteil darin, dass die chemische Wirkung relativ schnell nachlässt. Die gebildete Schutzschicht wirkt zudem als Isolator und verringert somit die Wärmeübertragung ein Stück weit.

OAT (Organic Acid Technology)

Ein OAT-Kühlmittel basiert auf Glykol (MEG oder MPG) mit organischen Inhibitoren, die aus Carboxylaten bestehen. Es enthält 0 % anorganische (mineralische) Inhibitoren. Organische Inhibitoren wirken selektiv: Anstatt wie bei IAT eine Schutzschicht im gesamten System aufzubauen, reagieren die Inhibitoren chemisch nur an den Stellen, an denen Korrosionsschäden beginnen.

Daher ist der Additivverbrauch im Vergleich zu einem IAT wesentlich geringer. Aus diesem Grund ist auch das Wechselintervall eines OAT deutlich länger (Long-Life).

Der Nachteil liegt darin, dass der Schutz immer reaktiv ist, also erst einsetzt, wenn die Oberfläche bereits beginnt zu korrodieren und die Chemie aktiv wird.

HOAT (Hybrid Organic Acid Technology)

Bei vielen Leichtmetallen ist diese kleine Form der Korrosion, wie sie bei einem OAT auftreten kann, nicht erwünscht. Aus diesem Grund wurde ein Hybrid-Kühlmittel entwickelt, bei dem sowohl mineralische Inhibitoren aus einem IAT als auch organische Inhibitoren aus einem OAT zum Einsatz kommen. Die Basis bildet ein OAT mit kleinen Mengen an Silikat, Borat, Molybdat oder Nitrat, je nach Anwendung. Dieses Kühlmittel kombiniert die Long-Life-Wirkung (OAT) mit dem schnellen Schutz (IAT) der beiden zuvor beschriebenen Varianten.

Lobrid

Lobrid-Kühlmittel gehören zur neuesten Generation von Kühlmitteln, bei denen der Hybrid-Effekt eines HOAT noch besser auf die jeweilige Anwendung abgestimmt ist. Der Anteil an mineralischen Inhibitoren wurde reduziert, während mehr organische Inhibitoren verwendet werden – daher der Name, der sich aus „Low“ und „Hybrid“ zusammensetzt. Die eingesetzten mineralischen Inhibitoren sind häufig Teil der Produktbezeichnung, zum Beispiel: Si-OAT und P-OAT (Silikat- bzw. Phosphat-OAT) oder eine Kombination daraus: PSi-OAT.

Batterieelektrische Fahrzeuge und Kühlung

Wärmemanagement ist bei batterieelektrischen Fahrzeugen (BEVs) von zentraler Bedeutung – sei es für die Batterien, den Elektromotor oder die leistungsstarken Steuerungskomponenten. Hierbei unterscheiden wir zwei Kühlvarianten:

• Konventionelle Kühlung des Batteriepakets
• Batterien, die in Flüssigkeit getaucht sind (Immersionskühlung)

Batterien verlieren an Leistung, wenn sie zu heiß werden – oder zu kalt. Bei Kälte laden sie zudem nicht. Derzeit dominiert noch das Konzept der extern gekühlten Batteriepakete, bei denen klassische MEG-basierte Kühlmittel zum Einsatz kommen. Beispiele hierfür sind der Tesla Model S, Audi eTron, Mercedes-Benz EQC oder der BMW i3.

Ein zentrales Thema in der Fahrzeugentwicklung ist das Schnellladen. Diese Technologie erzeugt hohe Temperaturen. Es gibt bereits Fahrzeuge mit Ladegeschwindigkeiten von bis zu 960 km/h (umgerechnet), und es werden sogar bald über 1.400 km/h angekündigt. Solche Geschwindigkeiten sind nur mit Immersionskühlung realisierbar, da nur diese die Temperaturen ausreichend regulieren kann. Die dafür eingesetzten Flüssigkeiten ähneln Transformatorenölen, besitzen aber eine deutlich geringere Viskosität und werden auch als Thermalfluids oder dielektrische Flüssigkeiten bezeichnet.

Thermalfluids unterscheiden sich grundlegend von Kühlmitteln für Verbrennungsmotoren. Sie benötigen einen hohen Flammpunkt, müssen flammenhemmend und nicht leitfähig sein.

Anwendung

Nachdem wir die Unterschiede und Entwicklungen kennengelernt haben, stellt sich die Frage: Warum gibt es so viele verschiedene Kühlmittel? Theoretisch wäre die beste Lösung, in allen Kühlsystemen ein einziges, langzeitstabiles Kühlmittel mit maximalem Schutz einzusetzen. In der Praxis ist das jedoch nicht möglich. Es gibt viele unterschiedliche OEMs (Fahrzeughersteller) mit unterschiedlichen Vorstellungen zu Motoren und Materialeinsatz. Die Anforderungen an ein freigegebenes Kühlmittel werden von den OEMs in Spezifikationen definiert, und das eingesetzte Produkt muss zu einer der oben beschriebenen Technologien passen.

Deshalb empfehlen wir: Nutzen Sie den Eurol Ölberater. Dieses Tool hilft Ihnen dabei, das richtige Kühlmittel oder die passende Flüssigkeit für Ihre Anwendung zu finden.

Wenn Sie weitere Fragen haben, kontaktieren Sie uns gerne - unsere Spezialisten helfen Ihnen gerne weiter.