Bei der Flüssigkeitskühlung erfolgt der Wärmetransport durch ein Kühlmedium. Diese Flüssigkeit nimmt die Bauteilwärme auf, transportiert sie weiter und gibt sie am Kühler an die Umgebungsluft ab. Die Vorteile bei der Flüssigkeitskühlung sind die gleichmäßige Kühlwirkung, die gute Dämpfung der Verbrennungsgeräusche durch den Kühlmantel, sowie die einfache Beheizung des Fahrzeuginnenraums mit einem Wärmetauscher. Nachteilig sind bei der Flüssigkeitskühlung das relativ hohe Gewicht, ein höherer Wartungsaufwand und die lange Warmlaufphase, bis die Betriebstemperatur erreicht wird.

Um den letztgenannten Nachteil - das spätere erreichen der Betriebstemperatur - etwas abzumindern, ist der Flüssigkeitskühlkreislauf in einen kleinen und einen großen unterteilt. Die Trennung erfolgt mittels eines selbsttätigen Thermostatventils (kurz Thermostat). Wird der Verbrennungsmotor im kalten Zustand in Betrieb genommen, so ist das Thermostat geschlossen und die Kühlflüssigkeit kann nur im Kühlmantel des Motors und zum Wärmetauscher für die Innenraumheizung gepumpt werden. Mit zunehmender Temperatur (ab 80 Grad Celsius) beginnt das Thermoelement im Thermostat gegen einen Federdruck, den großen Kühlkreislauf allmählich freizugeben. Ab diesem Zeitpunkt beginnt das Kühlmedium auch über den Flüssigkeitskühler (Kühler) zu strömen. Bei ca. 95 Grad Celsius ist das Thermostatventil voll geöffnet und hat den großen Kreislauf freigegeben. Wird der Motor abgestellt, so sinkt im Kühlmedium die Temperatur ab und das Thermoelement im Thermostat trennt die beiden Kreisläufe wieder.

Das Thermostat ist nicht wirklich ein Verschleißteil, hat aber auch nicht die Lebensdauer eines PKW's. Unter Umständen kann es vorkommen, dass es bereits um 200.000 km ausgetauscht werden muss. Wenn der Motor ständig eine hohe Betriebstemperatur bekommt, aber der Kühlventilator nicht läuft, bzw. der Kühler nicht warm, bzw. heiß ist, so lässt dies darauf schließen, dass das Thermostat defekt ist.

Es kann aber auch vorkommen, dass der Motor sehr lange benötigt, um die Betriebstemperatur zu erreichen. Unter diesen Umständen kann es sich auch um einen Defekt am Thermostat handeln, denn es schließt nicht mehr, sodass beim Kaltstart immer gleich der große Kreislauf erwärmt werden muss.

Je nach Fahrzeugtype kann es entweder oben beim Flüssigkeitskühler, oder auch unten eingebaut sein. Zum Wechsel muss die gesamte Kühlflüssigkeit aus dem Motor entfernt werden. Ansonsten wird zum Austausch kein weiteres Spezialwerkzeug benötigt.

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