elektrische Pumpe nachrüsten DKW F5 - F8 

 

Es gibt zwei Möglichkeiten, dem Kühlsystem im DKW auf die Sprünge zu helfen, entweder mittels eines elektrischen Lüfters, oder mittels einer kleinen elektrischen Wasserpumpe.

 

Auf dieser Seite geht es um die Nachrüstung einer elektrischen Pumpe:

 

sie wirkt direkt, d.h. sie steigert den Massenstrom (=Fließgeschwindigkeit) im Kühlwasserkreislauf unmittelbar. Das Themosiphonprinzip funktioniert dadurch, dass das heiße Wasser im Motor leichter ist als das kältere Wasser im Kühler (sog. Wichte). Dadurch steigt es vom Motor in den Kühler auf, während das im Kühler vorhandene schwerere Wasser absinkt und in den Motor zurück fließt.

Wärmebild des Kühlers bei stehendem Fahrzeug und laufendem Motor: der obere Wassereintritt in den Kühler erreicht über 90°C und erscheint hellgelb, während der Kühler unten knapp unter 90°C hat.

Der Temperaturunterschied zwischen heißem und gekühltem Wasser ist dabei nicht groß und macht nur 5 bis 15 Grad aus. Entsprechend gering fällt der Wichteunterschied und damit die "Antriebskraft" des Kreislaufs aus.

 

Je mehr Abwärme der Motor liefert und je besser der Kühler kühlt, desto schneller zirkuliert das Kühlwasser: in gewissen Grenzen reguliert sich das System also von selbst. Außerhalb dieser Grenzen wird es aber instabil.

 

Im Winter kühlt der Kühler zu gut und der Motor wird nicht richtig warm, im Sommer reicht der Fahrtwind in bestimmten Situationen (Bergfahrt, Ampelstopps, Kolonnenverkehr) nicht aus, der Kühler kühlt nicht genug und das Wasser zirkuliert immer langsamer anstatt schneller - die Temperaturen steigen bis zum Siedepunkt an und das Kühlwasser kocht über.

 ...das Problem: 

 

Physikalisch betrachtet nimmt das Kühlwasser im heißen Zylinderblock und im Zylinderkopf Wärme auf, fließt hinauf in den Kühler und gibt diese Wärme dort an die Luft wieder ab. Dabei kann eine bestimmte Menge Wasser nur eine bestimmte Menge Wärme (=Energie) aufnehmen.

 

Wenn das System instabil wird, fließt das Wasser zu langsam und müsste beschleunigt werden.

 

Hier kann entweder ein elektrischer Lüfter helfen, der dafür sorgt, dass das Wasser im Kühler kälter und damit schwerer wird, sodass es dann schneller fließt, oder eine elektrische Pumpe bringt das Wasser direkt auf Trab. 

 ...die Lösung: 

von oben nach unten nimmt die Kühlwassertemperatur wenige Grad ab.

Eine elektrische Umwälzumpe wird - wie zu Hause bei der Zentralheizung - in den Kühlkreislauf eingefügt, bei Bedarf eingeschaltet und später wieder ausgeschaltet. Diese Pumpe bewirkt, dass das Wasser schneller fließt. Die Sache hört sich aber einfacher an als sie ist:

 

Im "normalen" Zustand stellt sich - wie oben beschrieben - eine gewisse Zirkulation von selbst ein und das System reguliert sich von selbst. Da die "Antriebskraft" auf Grund des Wichteunterschieds aber nur sehr klein ist, sind dicke Rohre und dicke Schläuche nötig, durch die das Wasser gut fließen kann und möglichst nicht behindert wird. Sobald in einen dieser dicken Schläuche eine Pumpe eingesetzt wird, behindert diese die natürliche Zirkulation.

 

Das heißt: die Pumpe selbst verschlimmert tendenziell die Problematik.

 Platzmangel: 

 

Obwohl es im Motorraum eines DKW oder IFA viel geräumiger zu geht als in den modernen Autos von heute, ist die Platzfrage nicht einfach zu klären:

 

Ideal wäre es, die Pumpe in dem dicken oberen Schlauch einzufügen, der vom Motor in den Kühler führt. Genau hier ist aber bei den meisten Wagen der Fühler des Fernthermometers eingebaut, und außerdem würde eine Pumpe hier die Optik sehr stören.

 

Hinzu kommt, dass eine handelsübliche Kühlwasserpumpe aus dem Automobilbereich  (z.B. von Webasto) ziemlich klein ist und den Querschnitt dieser Wasserleitung stark einengen würde. Das Thermosiphonprinzip würde die Pumpe nicht nur gelegentlich, sondern sehr viel häufiger brauchen. Keine gute Lösung!

 Zwei Rückwege: 

 

Auf dem Rückweg zum Motor fließt das Kühlwasser zweigleisig: rechts und links führt jeweils ein Schlauch zum Zylinderblock, der etwas kleiner im Durchmesser und genau so bemessen ist, dass die Querschnittsflächen beider Schläuche zusammen so groß ist, wie der Querschnitt des oberen Schlauchs allein.

 

An dieser Stelle würde dieselbe Pumpe zwar auch eine Verengung bedeuten, aber deutlich weniger gravierend, da jeder Schlauch für sich gesehen bereits kleiner im Durchmesser ist.

Diese Schläuche befinden sich außerdem weit unten im Motorraum, sodass der Einbau von einer oder zwei Pumpen optisch kaum auffallen würde. Auf der linken Seite (Kupplungsseite) findet sich auch genug Platz für den Einbau solch einer Pumpe, aber rechts führt der Abgaskrümmer sehr eng um den Wasserschlauch herum und lässt keinen Raum für irgendwelche Einbauten frei.

 

Im Infrarotbild oben ist genau im Fadenkreuz eine kleine Heizungspumpe zu sehen, die im linken Zweig des Kühlwasserrücklaufs zum Motor in den Gummischlauch eingefügt ist.

 Asymmetrischer Effekt: 

 

Im Infrarotbild rechts ist gut zu erkennen, das die Temperatur im Kühler nach unten links immer kälter wird, während sie rechts wärmer bleibt: die (ausgeschaltete) Pumpe behindert im linken Rücklauf die freie Strömung, und das Wasser fließt auf dieser Seite langsamer durch den Kühler, hat also mehr Zeit zum Abkühlen.

 

Auf der linken Seite strömt das Kühlwasser weniger schnell zum Motor zurück, d.h. es fließt eine kleinere Menge Wasser, die theoretisch auch weniger Wärme transportieren kann. Daher liegt zunächst die Vermutung nah, dass der linke Zylinder schlechter gekühlt wird und eher zur Überhitzung neigt.

 

In der Praxis wirkt sich dieser Effekt aber gar nicht so fatal aus:

linker Kühlwasserflansch
rechter Kühlwasserflansch

Auf den Wärmebildern oben sind die beiden Kühlwasserflansche links und rechts zu sehen, die allerdings nur ca. 1,5 Grad unterschiedlich warm sind: durch den linken Zweig fließt zwar weniger Kühlwasser zurück in den Motor, dafür ist dieses aber etwas kälter.

 Unterstützender Kühlbetrieb 

 

Wenn das Kühlsystem instabil wird, kann die Kühlleistung durch Einschalten der Pumpe sofort gesteigert werden. Da die Pumpe direkt im Wasserkreislauf aktiv wird, geht die Temperatur sehr schnell zurück - die Ventilatorlösung reagiert träger, weil sie indirekt wirkt.

 

Das zunächst noch kältere Wasser in der linken Kühlerhälfte wird schnell in den Motor gepumpt und steigert die Wärmeabfuhr unmittelbar. Tendenziell wird nun der linke Zylinder besser gekühlt, allerdings ist der Unterschied auch in diesem Fall nur gering.

 Verwendbare Pumpen 

 

Die ideale Pumpe aus dem Ersatzteilregal habe ich nicht gefunden.

 

Aber es gibt eine relativ gut geeignete Pumpe von Webasto als Ersatzteil unter der Bezeichnung U4846 oder U4847, z.B. mit der Nr. 9017986A. Zulauf und Auslauf sind in einem Winkel von 193° zueinander angeordnet und bilden damit fast eine Linie - die Abweichung von 13° kann mit dem Gummischlauch gut ausgeglichen werden. Durch ihre Anschlüsse mit nur 20mm engt sie den Fließquerschnitt aber empfindlich ein und lässt (wenn die Pumpe ausgeschaltet ist) nur 75% weniger(!) Kühlwasser durch.

 

Im eingeschalteten Zustand fördert diese Pumpe 700 kg/h und übernimmt damit allein in einem der beiden Rücklaufzweige fast die gesamte benötigte Förderleistung zur Kühlung des DKW-Motors bei Volllast.

 Bei Stillstand wird's brenzlig 

 

Die Lösung mit der elektrischen Pumpe arbeitet effektiv und wirkt sehr schnell. Ein weiterer Vorteil ist die geringe Leistungsaufnahme: mit 28 Watt genehmigt sich die Wasserpumpe deutlich weniger als ein Elektrolüfter und belastet das ohenhin schwächliche Bordnetz mit der Dynastart-Anlage nicht unnötig.

 

Leider sind diese Pumpen aber nur in 12V oder 24V erhältlich, eine 6V-Version gibt es nicht.

 

An die Grenzen kommt die elektrische Pumpe, wenn der Wagen steht und der Kühler keinen Fahrtwind mehr abkriegt: zwar hält sie den Wasserkreislauf in Schwung, aber die Wärme wird im Kühler nicht mehr abgeführt - irgendwann wird nur noch heißes Wasser im Kreis herum gepumpt und das Wasser kocht dann doch.

 Vergleich der Alternativen: 

 

Elektrolüfter

elektrische Pumpe

Wirkungsweise

indirekt

direkt

Reaktionszeit

träge

prompt

erhältlich in 6V oder 12V nur 12 V
Leistung 40 bis 120 W 28 W
Wirksamkeit am Berg mittel bis gut gut
Wirksamkeit im Stand sehr gut mittel
Einschränkung, wenn ausgeschaltet keine gering bis mittel

 

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elektrischen Kühlerventilator nachrüsten

 

elektrische Steuerung der Kühlwasserpumpe

 

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