Lüfter

Themen:

Einführung
Ventilator mit Visco-Kupplung
Elektrische Lüftersteuerung mittels Thermoschalter
Elektrische Lüftersteuerung mittels Steuergerät
Elektrische Lüftersteuerung über ein Steuergerät (Relaissteuerung)
Elektrische Lüftersteuerung mittels Steuergerät (PWM-Steuerung)
Mögliche Fehler, die dazu führen, dass der Kühlventilator weiterläuft

Einführung:
Wir finden viele Arten von Kühlventilatoren in einem Auto: im Motorraum, in einem Multifunktionsradio, verwendet in Batteriepaketen von Hybrid- und Elektrofahrzeugen, siehe: alternativer Antrieb. Diese Seite konzentriert sich auf den Motorkühlventilator.

Der Kühlerlüfter eines Autos mit Verbrennungsmotor schützt das Kühlsystem vor Überhitzung. Der Kühlventilator hat verschiedene Designs (siehe die verschiedenen Abschnitte auf dieser Seite), aber alle haben ein gemeinsames Merkmal: Die Lüfterflügel aus Kunststoff befinden sich vorne in der Nähe des radiateur (manchmal vorne, meist hinten). Der Lüfter beginnt zu laufen, wenn sich das Kühlmittel erwärmt hat oder die Klimaanlage eingeschaltet ist.

Im Bild oben sehen wir einen elektrischen Kühlventilator von einem BMW in einer Plastikhülle. Der Kühlerlüfter wird von einem Techniker aus dem Motorraum entfernt, indem er aus seinen Führungen nach oben geschoben wird.

In den folgenden Abschnitten werden die verschiedenen Steuerungsmethoden des Kühlgebläses erläutert.

Ventilator mit Visco-Kupplung:
Neben dem elektronisch gesteuerten Lüfter gibt es auch einen selbstdenkenden/regulierenden Lüfter, nämlich die Variante mit Visco-Kupplung. Es ist keine Elektronik mehr beteiligt. A Bimetalle Streifen und flüssige Silikonflüssigkeit sorgen durch die Verbindung zweier Speicherkammern (der Speicherkammer und der Arbeitskammer) dafür, dass der Lüfter bei Temperaturänderungen ein- und ausgeschaltet wird.

Die Visco-Kupplung wird mit dem Flansch befestigt Kühlmittelpumpe bestätigt. Im Bild sehen wir einen Teil des Flansches. Die jeweilige Visco-Kupplung wird mit vier Schrauben an der Kühlmittelpumpe verschraubt. Es gibt auch Versionen mit einer zentralen Befestigungsmutter.

Dahinter sitzt die Visco-Kupplung radiateur. Die durch den Kühler strömende Luft erwärmt die Viskokupplung. Auch ein Bimetallstreifen erwärmt sich und verzieht sich dadurch. Beim Verziehen öffnet der Bimetallstreifen ein Blattfederventil und die Silikonflüssigkeit kann von der Vorratskammer in die Arbeitskammer fließen. Durch die Flüssigkeit wird die Drehbewegung der Antriebsscheibe (Motorseite) auf das Lüftergehäuse (Lüfterseite) übertragen. Über den Rücklaufkanal kann die Silikonflüssigkeit zurück in die Vorratskammer fließen.

Bei kaltem Motor ist der Lüfter ausgeschaltet. Der Flansch an der Kühlmittelpumpe dreht sich, aber das Lüftergehäuse steht still. In dieser Situation sind in der Viskokupplung keine Kammern miteinander verbunden;
Bei warmem Motor schaltet sich der Lüfter ein. Die Silikonflüssigkeit in der Arbeitskammer sorgt für die Mitnahme und Rotation des Lüftergehäuses.

Das Ausmaß der Verformung des Bimetallstreifens (was wiederum von der Lufttemperatur abhängt) bestimmt, wie viel Flüssigkeit in die Arbeitskammer fließen kann. Mehr Flüssigkeit in der Arbeitskammer führt zu weniger Schlupf und damit zu einer höheren Lüftergeschwindigkeit. In der Visco-Kupplung herrscht immer ein minimaler Schlupf.

Während der Fahrt kühlt der Fahrtwind die Visco-Kupplung. Daher läuft der Kühlerlüfter hauptsächlich im Stillstand oder bei langsamer Fahrt an.

Am Geräusch können wir erkennen, ob ein Auto über einen Kühlventilator verfügt, der von einem Elektromotor oder einer Visco-Kupplung angetrieben wird. Der Antrieb der Viskokupplung erfolgt über den Keilriemen von der Kurbelwelle. Eine höhere Kurbelwellendrehzahl führt zu einer höheren Lüfterdrehzahl. Wenn der Lüfter bei steigender Motordrehzahl stärker bläst und aufgrund der Abkühlung nach einigen Sekunden abschaltet, ist das Auto mit einer Visco-Kupplung ausgestattet. Ein Elektrolüfter läuft im Leerlauf des Motors nicht schneller oder leiser als beim Beschleunigen.

Die folgende Abbildung zeigt den Demontagevorgang der Viscokupplung mit Zentralverschraubung. Mit zwei großen Gabelschlüsseln lässt sich die Schraubverbindung – und damit auch die Visco-Kupplung inklusive Lüfter – lösen. Durch gegenläufiges Auseinanderfahren der Gabelschlüssel kann die Kupplung der Kühlmittelpumpe demontiert werden. Die Demontagemöglichkeit hängt vom Fahrzeugtyp ab. Nicht in allen Fällen ist es möglich, den Lüfter mit zwei Gabelschlüsseln abzuschrauben:

Es gibt nur eine Mutter an der Visco-Kupplung und eine Blockiermöglichkeit fehlt. Indem man einen Schraubenschlüssel auf die Mutter setzt und mit einem Hammer darauf schlägt, löst sich die Mutter erstmals von der Kühlmittelpumpe. Bitte beachten: Dadurch können Lager und Dichtung der Kühlmittelpumpe beschädigt werden!
Der Lüfter kann mit Spezialwerkzeugen in mehreren Aussparungen blockiert werden.

Elektrische Lüftersteuerung mittels Thermoschalter:
Bei diesem System wird das elektrische Kühlgebläse über einen temperaturabhängigen Schalter, den Thermoschalter, ein- und ausgeschaltet. Diese Komponente befindet sich im Kühler.

Der Thermoschalter befindet sich über dem Schlauch, der als Rücklaufschlauch dient; Über diesen Schlauch gelangt das im Kühler abgekühlte Kühlmittel zurück zum Motor. Während der Fahrt sorgt vor allem der Wind für ausreichende Kühlung. Wenn das Kühlmittel auf der Auslassseite des Kühlers zu heiß wird, schließen die Kontakte im Thermoschalter. Dadurch wird eine elektrische Verbindung auf der Steuerseite des Relaiskreises hergestellt und das Kühlgebläserelais eingeschaltet. Der Lüfter wird aktiviert und beginnt zu laufen.

Während der Lüfter läuft, kühlt sich das Kühlmittel im Kühler wieder ab. Wenn die Temperatur niedrig genug ist, unterbricht der Thermoschalter die elektrische Verbindung. Das Relais und damit auch der Kühlerlüfter schaltet ab.

Das folgende elektrische Diagramm zeigt die Steuerungsmethode des Kühlgebläses. Im Diagramm sehen wir:

dass es sich um ein Wasserfalldiagramm handelt, mit Klemme 30 oben (Batterieplus), Klemme 15 unten (Zündschalterausgang) und Klemme 31 unten (Batteriemasse);
das Relais mit den Anschlüssen 86 und 85 (Steuerstromeingang und -ausgang) links und 30 und 87 (Hauptstromeingang und -ausgang) rechts.
Der Thermoschalter zwischen Klemme 85 und Batteriemasse
Kühlgebläse zwischen 87 und Batteriemasse.

Der Thermoschalter betätigt die Steuerstromseite des Lüfterrelais. Wenn die Temperatur im Kühler zu stark anzusteigen droht, schließt der Schalter. Der Stromkreis auf der Steuerstromseite des Relais ist geschlossen; Strom fließt durch die Spule zwischen den Klemmen 86 und 85. Die Spule wird magnetisch und schließt den Schalter zwischen den Klemmen 30 und 87. Dadurch fließt ein Hauptstrom von der positiven Seite der Batterie durch den Elektromotor zur Erde. Der Lüfter läuft, bis der Kontakt zum Relais unterbrochen wird.

Elektrische Lüftersteuerung mittels Steuergerät:
Heutzutage sieht man immer häufiger Kühlventilatoren, die über ein Steuergerät gesteuert werden. Bei dieser Variante ist kein Thermoschalter mehr erforderlich: Das Steuergerät liest die Werte eines oder mehrerer Kühlmitteltemperatursensoren aus und ermittelt daraus die Ansteuerung des Kühlgebläses. Die Vorteile der ECU-Steuerung sind:

Die Steuerung (Ein- und Ausschaltzeitpunkte) lässt sich wesentlich präziser steuern als bei der Variante mit Thermoschalter;
Ein Kühlventilator kann die Funktion von bisher zwei separaten (oftmals einem großen und einem kleinen) Ventilatoren übernehmen.

Die Steuereinheit bestimmt, wann der Lüfter ein- oder ausgeschaltet wird und mit welcher Geschwindigkeit er läuft. Der Strom zum Lüfter fließt nicht durch das Steuergerät: Die Stromstärke ist so hoch, dass zu viel Wärme im Steuergerät entstehen würde. Die ECU-gesteuerten Lüftersysteme können auf zwei Arten ausgelegt werden:

Relaissteuerung;
PWM-Steuerung.

Diese beiden Systeme werden in den folgenden Abschnitten beschrieben.

Elektronische Lüftersteuerung mittels Steuergerät (Relaissteuerung):
Wie im vorherigen Absatz beschrieben, ersetzt die ECU-Steuerung das Steuersystem durch den Thermoschalter. Die folgende Schema zeigt den Schaltkreis eines Kühlgebläsekreislaufs eines Fiat Grande Punto 199. In diesem Diagramm sehen wir die folgenden Hauptkomponenten:

R02: Lüfterwiderstand;
M05: Kühlerlüfter;
K07: Hochgeschwindigkeitsrelais;
K07L: Relais für niedrige Geschwindigkeit;

Das Motorsteuergerät bestimmt anhand der Kühlmitteltemperatur und dem Wert des Hochdrucksensors in der Klimaanlage, ob und mit welcher Drehzahl das Kühlgebläse anlaufen soll. Bei eingeschalteter Klimaanlage wird standardmäßig Stufe 1 eingeschaltet, bei (zu) warmem Motor Stufe 2. Der Lüfter (M05) kann in zwei Geschwindigkeiten gesteuert werden:

Bei niedriger Drehzahl schaltet das Motorsteuergerät die Spule des Relais K07L auf Masse. Das Relais schaltet den Hauptstrom ein, der über den in Reihe geschalteten Vorwiderstand R02 zum Elektromotor des Lüfters gelangt.
Bei hoher Geschwindigkeit schaltet die ECU das Relais K07L aus und K07 ein: Der Elektromotor wird nun ohne Vorwiderstand mit Spannung und Strom versorgt. Der Lüfter läuft mit maximaler Geschwindigkeit. Dies geschieht unter anderem, wenn der Motor im Stau sehr heiß ist oder bei einem Fehler im Temperaturkreislauf: Aus Sicherheitsgründen steuert das Steuergerät den Kühlerlüfter auf die höchstmögliche Drehzahl.

Die beiden Bilder unten zeigen den Vorwiderstand R02 (links) und die Position des Vorwiderstands in der Lüfterhaube (rechts). Das weiß-grüne Kunststoffteil des Vorwiderstands ist innen hohl: Der Kühlventilator bläst Luft hindurch. Die Metallstreifen übertragen die Wärme vom Widerstand an die strömende Luft. Dieses Element verhindert eine Überhitzung des Vorwiderstands.

Der Vorteil Der Vorteil der Relaisschaltung und des Vorwiderstands besteht darin, dass es sich um ein relativ einfaches System handelt. Im Fehlerfall können die Spannungen zum und vom Relais einfach gemessen werden. Informationen zur Fehlerbehebungsmethode finden Sie auf der entsprechenden Seite Relais.

Der Nachteil besteht darin, den Vorwiderstand in Position 1 zu verwenden. Ein Widerstand absorbiert Energie, was letztendlich zu Energieverlusten führt. Darüber hinaus ist der Widerstand empfindlich gegenüber Defekten. Wenn der Widerstand durchbrennt, läuft der Lüfter nicht mehr auf Stufe 1. Besteht der Verdacht, dass der Vorwiderstand defekt ist, kann der Widerstand gemessen werden. Zerlegen Sie den Stecker und messen Sie den Widerstand an den Pins des Bauteils. Mit dem Ergebnis „OL“ oder „1“. Es liegt ein sogenannter unendlich hoher Widerstand vor und weist darauf hin, dass es defekt ist. Ein Widerstand von ein paar Ohm ist in Ordnung.

Wenn ein Auto mit einem Lüfterrelais ausgestattet ist und der Lüfter beim Einschalten mit hoher Drehzahl läuft, geht das zu Lasten des Komforts. Das Geräusch des Ein- und Ausschaltens des Lüfters kann störend sein. Darüber hinaus kommt es beim Einschalten zu einer Energiebedarfsspitze: Verbraucher wie die Beleuchtung werden nach dem Einschalten des Relais und dem Starten des Lüfters für kurze Zeit gedimmt.

Elektronische Lüftersteuerung mittels Steuergerät (PWM-Steuerung):
Mit dem PWM-gesteuerten Kühlventilator kann die Drehzahl des Ventilators stufenlos erhöht oder verringert werden. Während ein Thermoschalter bewirkt, dass der Lüfter nach dem Einschalten mit maximaler Geschwindigkeit läuft oder mit einem Vorwiderstand mit niedriger oder hoher Geschwindigkeit laufen kann, ermöglicht eine PWM-Steuerung, dass der Lüfter mit jeder gewünschten Geschwindigkeit läuft. Vorteile gegenüber dem Festgeschwindigkeitssystem sind:

Mehr Komfort: Der Ventilator ist bei niedrigster Drehzahl deutlich leiser als bei (zu) hoher Drehzahl mit Ein-Aus-Steuerung. Auch auf die Beleuchtung, die im zuvor besprochenen System kurzzeitig dimmt, hat die konstante oder niedrige Geschwindigkeit keinen Einfluss;
Energieeinsparung: Wenn wenig Kühlung benötigt wird, muss der Lüfter nicht viel kühlen. Ein langsam rotierender Ventilator verbraucht weniger Energie (einschließlich Kraftstoff);

Die folgende Schema stammt aus dem Kühlsystem eines Mercedes C-180. In diesem Diagramm sehen wir unter anderem die folgenden Komponenten:

P05: Hauptsicherungskasten;
K04: Hauptrelais;
A10: Elektronikmodul Motorraum;
A11: Motor-ECU;
M05: Kühlerlüfter;
B13: Kühlmitteltemperatursensor.

In diesem Diagramm sehen wir, dass der Kühlventilator über den Sicherungskasten ein konstantes Plus an Pin 2 erhält, ein geschaltetes Plus an Pin 3, wenn das Relais K04 von der ECU eingeschaltet wird, und ein Steuersignal von der Motor-ECU an Pin 4.

Das Motorsteuergerät steuert den Kühlerlüfter mit einem PWM-Signal. Die Regelung ist unter anderem abhängig von der Motortemperatur.

Bei Störungen am Kühlgebläse können wir prüfen, ob der Motor ein konstantes und geschaltetes Plus (Pin 2 und 3) gegenüber Masse (Pin 1) erhält. Wenn diese Spannungen korrekt sind (mindestens 12 Volt bei laufendem Motor), messen wir, ob das Steuersignal (PWM) von Pin 16 am Steuergerät gelangt zu Pin 4 des Lüfters.

Im Gehäuse des M05-Lüfters sehen wir auch eine ECU: Dies ist die Steuereinheit für den Lüfter. Das Motor-ECU sendet immer ein Steuersignal an das Kühlgebläse-ECU; auch wenn es nicht laufen soll. Auf diese Weise erkennt das Kühlerlüfter-ECU, dass die Kommunikation gut ist und dass der Lüfter ausgeschaltet werden sollte. Fehlt dieses Signal oder ist es falsch, kann das Steuergerät nicht mehr erkennen, ob der Lüfter ausgeschaltet bleiben soll oder mit welcher Drehzahl er drehen soll. Aus Sicherheitsgründen steuert das Steuergerät den Kühlgebläsemotor auf Hochtouren. Der Fahrer des Fahrzeugs wird bemerken, dass der Lüfter sehr laut zu blasen beginnt, wenn er die Zündung einschaltet.

Es ist möglich, dass der Lüfter bei ein- oder ausgeschalteter Zündung weiterhin stark läuft (abhängig vom Fahrzeugtyp). Wenn das Steuersignal vom Motor-ECU korrekt ist, ist möglicherweise das Kühlgebläse-ECU defekt.

Ein weiterer Fehler könnte natürlich sein, dass man vermutet, dass der Lüfter überhaupt nicht läuft. Um den Lüfter während der Diagnose laufen zu lassen, können wir ihn mit Hilfe von Diagnosegeräten über den Aktortest ansteuern und gleichzeitig die Versorgungs- und Steuerspannungen messen.

Der nächste Bildschirm zeigt den Kühlgebläse-Stellantriebstest (Kühlmittelgebläse-Steuerkreis 1) im VCDS-Programm.

Nach dem Klicken auf „Start“ gibt das VCDS-Programm dem Motorsteuergerät den Befehl, den Kühlerlüfter zu steuern. Anschließend erfolgt die Steuerung: Alle fünf Sekunden läuft der Lüfter mit maximaler Drehzahl und schaltet sich wieder ab.

Die folgenden Oszilloskopbilder zeigen die PWM-Steuersignale bei ausgeschaltetem Lüfter (links) und bei voller Drehzahl (rechts).

Der Lüfter kann mit jeder gewünschten Geschwindigkeit laufen, indem der aktive Teil des Signals verlängert oder verkürzt wird.

Mögliche Fehler, die dazu führen, dass der Kühlventilator weiterläuft:
Es kann vorkommen, dass ein Kühlerlüfter auch bei ausgeschaltetem Motor weiterhin mit hoher Drehzahl läuft. Nachfolgend finden Sie eine Auflistung der häufigsten Störungen, die dazu führen, dass der Kühlerlüfter in einen sogenannten „Notlaufbetrieb“ geht.

Ein oder mehrere Fehlercodes: Lesen Sie die Fehlercodes aus dem Motormanagementsystem oder der Klimaanlage aus. Möglicherweise liegt ein Fehlercode vor, der sich auf den Kühlmitteltemperatursensor, den Hochdrucksensor oder dessen Verkabelung bezieht.
Der Kühlmitteltemperatursensor zeigt einen unlogischen Wert an. Überprüfen Sie beim Auslesen die aktuelle Temperatur anhand der Live-Daten;
Der Kühler ist verstopft. Dabei kann es sich entweder um einen Kühlmittelkanal handeln, der die ordnungsgemäße Zirkulation des Kühlmittels verhindert, oder um eine Blockade des Luftstroms. Letzteres lässt sich leicht überprüfen: Überprüfen Sie den Kühler auf sichtbare Schäden.
Das Relais klebt: Dies gilt grundsätzlich nur für die Ausführung mit Vorwiderstand;
Es besteht keine ordnungsgemäße Kommunikation zwischen der Motor-ECU und der Kühlgebläse-ECU: Dies gilt für die PWM-gesteuerte Lüfter-ECU. Die Signale beider Steuergeräte können mit einem Oszilloskop gemessen werden. Hier sollte es keinen Unterschied geben. Messen Sie eine Spannungsdifferenz? Dann könnte es sich um eine unterbrochene Leitung, einen Übergangswiderstand oder einen Kurzschluss handeln.

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