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Die Kühlung

Manche mögens heiß, andere lieber kühler. Mustang-Motoren, speziell die V8 unter ihnen gehören konstruktionsbedingt aufgrund der relativ geringen Ölumlaufmenge im hochtourigen Bereich eher zu den wärmeren Gesellen, soll heißen - auf Dauer wenig standhaft bei Vollgas. Wer also gerne etwas schneller mit seinem V8 fährt oder das eine oder andere Teil zu mehr Power überredet hat, sollte sich auch Gedanken über die Kühlung machen. Dafür, aber auch zur Schadensdiagnose soll dieser Artikel beitragen.

Was heißt überhaupt heiß?
Verbrennungsgase erreichen bis zu 4500 °Fahrenheit bzw. 2480°Celsius. Der größte Anteil daran wird durch den Auspuff abgeleitet, ein Teil durch das Öl und etwas Kühlung erfährt der Brennraum noch durch das neu einströmende "kühle" Gemisch aus Benzin/Luft. Es muß jedoch noch erhebliche Kühlleistung erbracht werden, um die Zylinderwände auf ca. 400-500°F (200-260°C) herunterzubringen.Dazu dienen u.a. auch die entsprechenden eingegossenen Kühlkreisläufe im Block, die an den kritischen Stellen des Motors vorbeiführen.

Für moderne Autos ist ein Kühlwasser-Temperaturbereich von 210-220°F ( 99 - 104°C) völlig normal (für Mustangs 1964-1973 = 160-190°F /71° -88°C) und aufgrund der besseren Verbrennung von Hydrocarbon sogar in dieser Höhe gewünscht. Hohe Temperaturen dagegen können im Motor auch Selbstentzündung verursachen. Pro 10° höhere Kühlflüssigkeits-Temperatur erhöht sich die Detonationsneigung um 1° Zündverstellung. Mit anderen Worten: ein heißerer Motor "klopft" eher als ein kühler. Die heißesten Brüder unter uns, die Hot Rodder, weisen deshalb darauf hin, daß es nicht sinnvoll ist, mit einer "glühenden" Maschine im Leerlauf Vollgas zu geben. Hot Rodder bevorzugen bei ihren Wettbewerben heißes Öl und eine kühle Ansaugspinne.

Bei der Kühlung muß man zwischen zwei Kühlmedien im Motorraum unterscheiden, der Luftkühlung und der Wasserkühlung. Niemand sollte behaupten, sein Mustang hätte keine Luftkühlung.

Entscheidend: Der Luftstrom
Beim Classic Mustang (64-73) wurden fast ausschließlich sogenannte mechanische Saug-Systeme eingesetzt, also hinter dem Kühler eingesetzte Lüfterflügel, die - vom Motor selbst angetrieben - die Luft durch die Kühlerrippen "durchziehen". Wir wollen uns daher hierauf beschränken.

Je weiter der Flügel vom Kühler entfernt ist, desto uneffektiver wird er. Idealerweise sollte er zwischen 1 und 2" (also ca. 25-50mm) entfernt sein.Da dies nicht bei allen Mustang-Motoren eingehalten werden konnte, werden hier oft sogenannte Fan Shrouds, also Luftleitgebilde am Kühler befestigt, die eine Art Wind-Tunnel bilden. Wer also im Stop-and-Go-Betrieb mit seinem Mustang Kühlprobleme hat, kann bereits durch die relativ einfache und unauffällige Montage eines Fan Shrouds mehr Kühlung erreichen. Optimal wird die Ansaugleistung, wenn die Kühlerseite des Leitgebildes die gesamte Kühlerfläche umfaßt und auf der Ventilatorseite der Flügel 13mm hineinreicht und einen Abstand von ca. 18mm außen zur Ringöffnung hat. Weniger ist hier natürlich noch besser, aber dann gibts meist Probleme mit den Motor-/Fahrwerksbewegungen. Nach einer anderen Empfehlung sollte der Flügel zur Hälfte in den Luftleitkasten hineinreichen.

Für die Beseitigung von Hochgeschwindigkeits-Kühlproblemen ist der Einsatz eines Fan Shrouds nicht angeraten. Hier könnte eher ein weiterer Trick helfen, der aus der Chevy-Szene bekannt ist. Ein am Kühler unten montiertes Leitblech, daß relativ gerade nach unten weist, sorgt für ein gewisses Vakuum hinter dem Kühler, saugt also warme Luft nach unten ab. Zudem wird beim Stillstand dadurch verhindert, daß die angewärmte Luft vorne in den Kühler wieder eintritt. Dies trifft übrigens auch auf die Abdichtung oberhalb des Kühlers zu. Manche Mustangs (z.B. 67er) verfügten hier über eine am Grill montierte Gummilippe als Abdichtung zur Motorhaube hin. Diese kann manchem helfen, anderen eher höhere Temperaturen bringen, je nachdem welches Problem diese haben. Ausprobieren hilft.

Mehr Lüfterflügel sorgen auch für mehr Luftstrom (im Stillstand), bei High-Speed können sie je nach Flügelstellung aber auch zu einer Art Scheibe werden, so daß die vom Fahrtwind durchgepreßte Luft nicht schnell genug abgeführt werden kann. Man muß also je nach Kühlproblem verfahren.

Wer im Stand Überhitzungsprobleme hat, kann also auf einen mehrflügeligen Ventilator umsteigen. Je nach Fahrzeugausstattung mit Servohilfen oder Klimaanlage wurden ohnehin im Mustang verschiedene Ventilatoren bei gleichem Motor eingebaut.

Elektrische Lüfter
Generell sind motorbetriebene Lüfter leistungsfähiger als elektrische, aber sie kosten auch mehr PS.

Außer, wenn der Motor abgestellt wird - logisch. Nach dem Abstellen neigen Motoren nunmal zum Aufheizen. Wer also mit seinem Pony die Zeitung ausfährt und alle 2 Minuten den Motor ausstellt oder öfter im Stau steht, sollte sich doch einen elektrischen Lüfter einbauen. Grundsätzlich sollten elektr. Lüfter hinter dem Kühler montiert sein. Dort sind sie in jedem Fall 10% effektiver als vor dem Kühler montiert. Natürlich empfiehlt es sich einen thermostatisch geregelten Elektro-Lüfter zu verwenden, keinen billigen Dauerläufer.

Achtung. Performance Lüfter können bis zu 20Ampere (z.B. Flex-a-Lite Doppellüfter) aus der Bordanlage ziehen. Die entsprechende separate Absicherung und Adaption der elektrischen Anlage ist dabei angeraten.

Die Lüfterart
Nicht nur bei den elektrischen Lüftern gibt es die unterschiedlichsten Flügelformen, moderne Kühler mit hoher Rippendichte (16-20Fins pro Inch) sollten eher flachere Flügelwinkel verwenden (elektrisch betrieben), Classic Car Kühler mit niedriger Rippendichte (10-14 Fins pro Inch) steilere Flügelwinkel (motorbetrieben). Aber auch hier geht Probieren über Studieren. Flexible Lüfterflügel stellen sich bei höheren Drehzahlen auf und sorgen so für weniger PS-Verlust, wenn der Luftstrom ohnehin sichergestellt ist. Ab 40Meilen ist der Lüfter ohnehin sinnlos. Ein Lüfter mit schmalen Flügeln und unverbauter Mitte ist effektiver als einer mit breiten und großem zentrischem Teil.

Lüfter mit viskoser Flüssigkeitskupplung sind meist auch thermostatisch geregelt, d.h. bei kaltem Motor oder hoher Fahrgeschwindigkeit läuft der Lüfter langsamer, bei heißem Motor und niedriger Drehzahl eben mit entsprechendem Durchtrieb.

Fazit für die Luftkühlung: Ohne Eingriff in den Motor lassen sich also harmlose Kühl- oder Hitzeprobleme bereits kurieren. Wichtig ist es jedoch, die Ursache genauer zu wissen. Zunächst sollte daher tatsächlich überprüft werden, inwieweit die Original-Austattung des Fahrzeuges in Bezug auf Kühlergröße und -art, Lüfter, Windleitbleche oder sogar Motor-/Getriebetyp verändert wurde und ggf. leliglich eine Nachbesserung für den Luftstrom ausreicht.

Ein Satz zu den Keilriemenscheiben - auch Pulleys genannt:: Der von der Kurbelwelle über die untere Scheibe angetriebene Lüfter und die Wasserpumpe werden in der Standardversion ab Werk normalerweise mit höherer Umdrehungszahl angetrieben als diese selbst. Dies wird durch das Übersetzungsverhältnis der Scheiben gewährleistet. Bei Rennwagen werden üblicherweise die Übersetzungsverhältnisse geändert, um ein paar PS zu sparen.Mehr als 30% Underdrive sollten es aber nicht sein, das verringert die Fließgeschwindigkeit zu extrem. Dies ist allerdings für im normalen Straßenverkehr bewegte Fahrzeuge ohnehin nicht empfohlen, da sie sonst leicht im Stop-and-Go überhitzen. Wer viel und gerne im Stau steht, kann aber durch ein entsprechendes Ensemble (größere Scheibe unten, kleinere oben (sofern erhältlich und Platz da) für mehr Durchsatz im Leerlauf sorgen.

Der "Wasser"-Kühlkreislauf
Die Wasserpumpe drückt bei geöffnetem Thermostat das Kühlwasser am oberen Stutzen in den Kühler und saugt es am unteren Kühlerstutzen wieder ab. Darum muß der untere Kühlerschlauch auch innen einen Federkern haben, da beim Hochdrehen sonst der Schlauch kollabieren kann. Frühe Mustangs hatten diesen Federkern zunächst nicht integriert!

Von der Wasserpumpe aus wird das Kühlwasser durch den Block und die Zylinderköpfe wieder Richtung Thermostat gefördert. Bei geschlossenem Thermostat wird der Kühler eben ausgeklammert. Entfernte Thermostate führen also zu längerer Aufwärmphase, damit schlechterer Verbrennung und weniger Leistung in der Aufwärmphase.

Wasser kocht bei 212°Fahrenheit.(logisch 100°C). Unter Druck erhöht sich der Siedepunkt. Pro 1 pound um 3,25°F oder auf deutsch - pro 0,1 bar um 3,4°C. Neue Kühlersysteme verkraften oft um die 3 bar, unsere Oldies meist aber nur bis zu max. 2 bar.

Das Beimischen der Kühlflüssigkeit erhöht den Siedepunkt des Wassers, verringert aber die Wärmeabfuhr. Es sollte daher niemals das Verhältnis über 50:50 (Kühlflüssigkeit/Wasser) gehalten werden, da dadurch auch die Arbeits-Temperatur ansteigen kann. Vielleicht solltet Ihr dochmal das Verhältnis bei Euch checken (lassen). Im Kühler, versteht sich.

Thermostat
Das Thermostat sorgt dafür, daß der Motor schneller seine optimale Betriebstemperatur erreicht. Wenn der Motor zu "kalt" arbeitet, arbeitet er uneffektiv und hat mehr Verschleiß. Eine Änderung ist normalerweise nicht sinnvoll. Mit einem enstprechenden höheren Thermostat-Temperaturöffnungspunkt verschiebt man eigentlich nur die Arbeitstemperatur nach oben, was vielleicht sinnvoll ist für lange Nachtfahrten in Norwegen. Bei Verwendung eines niedrigeren Temperatur-Öffnungspunktes kann man eben bei "heißen" Motoren und viel Stop and Go für früheren Kühleinsatz sorgen. Nicht mehr und nicht weniger. Die Ursachen für Überkochen behebt ein anderer Thermostat aber nicht. In den 60er Jahren waren noch Thermostate mit 160 oder 180°F (71-82°C) üblich, 190°F (88°C) -Thermostate waren und sind optional erhältlich. In der Regel sollte man beim Original-Thermostat bleiben, man hat sich was dabei gedacht.

Defekte Thermostate öffnen eben meist nicht mehr und sorgen für einen "Heiß"-Kreislauf.
Prüfung: Kaltes Pony anschmeißen mit offenem Kühlerverschluß (ggf. mit Thermometer prüfen!), warten bis betriebswarm oder eben kurz vor heiß, Kühler anfassen, wenn kalt, oberen Schlauch anfassen. Wenn beide kalt (relativ), Thermostat defekt, wenn Schlauch heiß und Kühler kalt (unten), Kühler verstopft!

Die Wasserpumpe
Die Wasserpumpe saugt das Wasser aus dem Kühler und drückt es in den Block. Normalerweise sollte diese bei V8-Motoren auf beiden Seiten gleiche Fließgeschwindigkeiten erzielen, aufgrund des Schaufelrad-Designs ist dies oft aber nicht der Fall. Aftermarket-Pumpen sind in dieser Beziehung oft ausgeklügelter konstruiert und sorgen für gleichmäßigere Kühlung beider Seiten. Die Ausführung des internen Schaufelrades kann natürgemäß gegenüber Serienfahrzeugen optimiert werden. Darauf haben sich die Aftermarket-Hersteller konzentriert, um eine bessere Durchsatzleistung zu erreichen. Bis zu 25% mehr Durchsatz und 15% mehr Druck sind realisierbar. Allerdings kann dies auch negativ für die übrigen Standard-Komponenten sein. Nur eine Power-Wasserpumpe bringts also nicht.Und für Alu-Kühler ist sie eher schädlich.

Grundsätzlich besteht auch die theoretische Möglichkeit, die Wasserpumpe durch einen Elektro-Motor anzutreiben, das bringt wieder ein paar PS und läßt die Möglichkeit, den Motor im Stand schneller heranzukühlen. Eigentlich keine schlechte Idee, aber die Batterie muß mitspielen bzw. eine zweite kann dabei nicht schaden und zudem verlangt das ganze wieder nach einer elektronischen lastabhängigen Steuerung. Für den Drag-Racer ist es aber eine Überlegung wert.

Der Kühler
Grundsätzlich entscheidet die gesamte Kühlfläche über die Wirksamkeit, nicht allein die Tatsache, daß es sich um einen 2-,3- oder 4-reihigen Kühler handelt. Wieviele Reihen Euer Kühler hat, erkennt man, wenn man von vorne durchsieht und ggf. eine Taschenlampe oder etwas weißes von hinten dahinterhält. Mehr als 4 Reihen sind uninteressant, wer viel im Stadtverkehr fährt, dem nutzt auch die 4.Reihe nicht viel, denn bis dahin ist die Luft schon so aufgeheizt, daß diese gar keinen Sinn mehr macht bzw. der Lüfter zieht die Luft schlechter durch. Wer mal in ein modernes Auto schaut, wird entdecken, daß diese heute überraschend dünne Kühler haben. Wer einen großeren Kühler installieren möchte und sich über Originalität keine Gedanken macht, der baut lieber einen breiteren (und ggf) höheren ein bzw. nutzt den zur Verfügung stehenden Platz.

Unsere Kühler verfügen meist über runde Kühlröhren, nach heutigen Erkenntnissen sind ovale Röhren jedoch wesentlich effektiver.

Über die Vorteile von Aluminium oder Kupferkühlern streiten sich die Gelehrten noch, Gewicht sparen sie beide, der Aluminium-Kühler noch etwas mehr als der Kupferkühler. Für fast alle Mustangs gibt es passende - auch polierte - Aluminium-Kühler von Be Cool, Inc. 377 South River Road, Bay City, MI 48708, Tel: 800-691-2667 (ab. ca. Juli/Aug. kann man 800er Nummern auch von Deutschland wählen, allerdings nicht kostenlos). Wer allerdings wechselt, muß sein System penibel reinigen.Ablagerungen aus den Kupfer/Messing-Kühlern können ein Loch in die Alu-Kühler fressen.

Noch ein paar Tips: Wer seinen Kühler mit Farbe lackiert, reduziert die Kühleffektivität um ca. 6 Grad, Kurzschlüsse durch defekte Kabelbäume beschleunigen die Elektrolyse und Ölkühler oder Klimaanlagenkondenser sollten mindestens mit einem Abstand von 25mm von der Kühlerfront montiert werden.

Hauptproblem des Kühlers sind entweder Undichtigkeiten durch Rost oder Verstopfung durch Kalk und Motorablagerungen sowie Elektrolyse (wenn zwischen der Kühlflüssigkeit und Masse mehr als 0,5V gemessen werden, sollte man sofort wechseln). Die Amis empfehlen oft, das System spätestens alle 2 Jahre mit einem Gartenschlauch zu durchspülen (auch in umgekehrter Richtung). Dies ist sicherlich sinnvoll, kann aber auch andere Probleme verursachen. Besser ist es immer, vorher das Kühlwasser ordentlich mit Schutzmitteln zu mischen. Trotzdem, wer sein Auto länger stillegt, sollte das Kühlwasser mal zirkulieren lassen oder zwischendurch austauschen.

Wenn Ölspuren im Kühler auftauchen, ist das ein Hinweis auf defekte Kolbenringe.
Da sich Kühlwasser bei Erhitzung ausdehnt, ist ein Überlaufbehälter angeraten. Oft sieht man - vor allem frühe Baujahre des Mustangs - mit dribbelndem Kühlwasser bei den Meetings eintreffen. Eine Outdoor-Wasserflasche aus Metall mit einer Bohrung im Deckel ist eine einfache Lösung für das Problem.

Der Kühlerverschluß
Der Kühlerverschluß ist mit eines der wichtigsten Komponenten des Wasser-Kühlkreislaufes.
Sowohl der Dichtring als auch der darunterliegende Messingring sollten in Ordnung sein und somit für eine gute Abdichtung sorgen. Ansonsten zieht das System Luft und kocht schneller, da der Überdruck fehlt. Je höher der Druck, desto höher der Siedepunkt. Allerdings halten die alten Kühler nicht unbegrenzt Druck aus (s.oben) Auch sollte der Überlaufschlauch auf Durchgängigkeit kontrolliert werden.

Andere Ursachen für Überhitzungsprobleme

  • Vergaser zu mager eingestellt
  • Vakuum-Leckstellen, die wiederum eine zu mageres Gemisch verursachen
  • Verschmutzter Benzinfilter bzw. Benzinpumpenprobleme, dito
  • zu später Zündpunkt
  • Nicht funktionierende Zündverstellung
  • Zu hohe Leerlauf-Gemischanreicherung
  • zu hoher Staudruck im Auspuffsystem (auch Verstopfung)
  • defekte Zylinderkopfdichtung, dadurch treten Verbrennungsgase in den Kühlkreislauf
  • Zylinderkopf gerissen
  • Zylinderblock zu sehr aufgebohrt
  • Falsche Zylinderkopfdichtung montiert (Kühlwasser-Übergang verstopft) oder falschrum montiert
  • Übermäßiger Schlupf im Automatikgetriebe
  • Kühlkreislauf-Ablagerungen/Sedimente
  • bei Verwendung von zuviel Silikon-Dichtungsmaterial, das in den Kühlkreislauf wandert, können Kühlerrippen verstopfen.
  • Nur ein defektes Temperaturanzeigegerät? (Test mit Thermometer am Kühler durchführen, dann den Temperatursender im Kochtopf testen.

Quellen: Mustang & Fords 3/94, Hot Rod 3/93 , 8/94, Rod & Custom 8/94, Popular Hot Rodding 1/96 Alle Rechte vorbehalten: Wolfgang Kohrn/First Mustang Club of Germany

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