Der Name könnte daran Schuld sein, dass die meisten Menschen dem Kühlerfrostschutz nur diese Eigenschaft zuschreiben. Dabei hat der Zusatz zum Wasser im Kühlsystem viele Aufgaben. Aber aufgepasst, es ist nicht egal was und wie viel davon eingefüllt wird. Unser Ratgeber zu diesem Thema erklärt alles, was ihr wissen müsst.
Die Eigenschaften des Kühlerfrostschutzes
Motorfrostschutz wird aus einem von drei Glykolarten hergestellt, da sie sich vollständig mit Wasser mischen lassen: Monoethylenglykol, Monopropylenglykol oder Diethylenglykol. Alle drei besitzen unterschiedliche Eigenschaften. Am häufigsten ist Monoethylenglykol (MEG) anzutreffen. Die üblichen Eckpunkte für ein Kühlsystem mit MEG sind eine Flüssigkeitstemperatur beim Motorbetrieb von ca. 120°C bei ca. 1,4 bar Druck.
Dem Frostschutzmittel sind eine Reihe von Zusätzen beigemischt, die durch Schutzfilme und die alkalische Grundeinstellung vor Korrosion schützen, Dichtungen und Gummis geschmeidig halten, Schaum- und Kavitation verhindern. Das mag trivial klingen, ist es aber nicht. Kühlflüssigkeit ist auch nichts, was ihr vernachlässigen solltet, wie sich noch herausstellen wird.
Frostschutz
Die primäre Aufgabe ist der Frostschutz, das überrascht jetzt wenig. Der Frostschutz wird über die Glykole erreicht. Unverdünnt würde MEG bei -11°C gefrieren, mit Wasser gemischt sinkt dieser Punkt weiter ab. Bei dem üblichen Verhältnis von 50:50 liegt der Flockpunkt bei -37°C und der Stockpunkt bei -47°C. Die folgende Tabelle zeigt wie MEG entsprechend dem Mischungsverhältnis mit Wasser sich in Bezug auf den Frostschutz verhält:
| MEG %-Anteil im Gemisch | Flockpunkt in °C | Stockpunkt in °C |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 5 | -2 | -2,5 |
| 10 | -4 | -5 |
| 15 | -6,5 | -8,5 |
| 20 | -9,5 | -12 |
| 30 | -17 | -20,5 |
| 40 | -27 | -32 |
| 50 | -37 | -47 |
Quelle: Handbuch Verbrennungsmotor: Grundlagen, Komponenten, Systeme, Perspektiven – Richard van Basshuysen und Fred Schäfer
Warum Glykol den Gefrierpunkt herabsetzt
Wenn die Temperaturen sinken verlangsamt sich die Bewegung der Wassermoleküle. Ist es kalt genug, fangen sie an sich zu Gittern zusammenzufügen. Die Moleküle ziehen sich gegenseitig an und es fehlt zunehmend an Bewegungsenergie, die der Anziehung entgegen wirkt. Sie bilden dann hexagonale Kristallstrukturen: Eis.
Durch die Zugabe der Glykole können sich nun keine reinen Eiskristalle mehr bilden, die Glykole müssen mit eingebunden werden. Diese Strukturen sind komplexer und können sich erst bei noch tieferen Temperaturen herausbilden. Der Gefrierpunkt wird herabgesetzt.
Korrosionsschutz
Neben dem Frostschutz ist der Korrosionsschutz die Hauptaufgabe des Frostschutzmittels. Die Kühlflüssigkeit und die Oberflächen des Motors, die mit der Kühlflüssigkeit in Kontakt kommen interagieren chemisch miteinander. Das Wasser im Kühlsystem und sogar das MEG selbst sind Verursacher von Korrosion. Monoethylenglykol oxidiert und dabei entstehen hoch-aggressive Carbonsäuren die die verschiedenen Metalle angreifen. Es können Spuren der Metalle in die Kühlflüssigkeit herausgelöst werden und sich an anderen Stellen absetzten und dort weitere Korrosion starten.
Erschwerend kommt hinzu, dass aus der Verbrennung stammende, aggressive Stoffe in den Kühlkreislauf eingebracht werden und sich dadurch Salze und Säuren im Kühlsystem anreichern. Auch der im Wasser befindliche Sauerstoff oxidiert mit Eisenbestandteilen, es kann sich Rost bilden, der zudem für mechanische Probleme sorgt. Sie setzen sich an Gleitringdichtungen der Wasserpumpe ab und zerstören sie mit der Zeit.
Die Abstimmung der Zusätze, die ca. 7% des Frostschutzmittels ausmachen und Korrosion verhindern sollen, ist sehr wichtig und überhaupt nicht einfach. Inhibitoren, die Korrosion an der einem Metall unterdrücken, können an einem anderen Korrosion hervorrufen. Sie müssen in ihrer Konzentration genau abgestimmt sein.
Der Hersteller gibt deshalb Spezifikationen an, denen das Frostschutzmittel entsprechen sollte, denn er weiß am besten welche Materialien im Motor verwendet wurden und welche Zusätze diese am besten schützen.
Um den korrosionsfördernden sauren Stoffen entgegen zu wirken ist der Frostschutz mit pH-Wert 8 basisch bzw. alkalisch. Dieser Wert verringert sich jedoch über die Zeit und die Wirkung gegen Säuren lässt nach. Das Kühlmittel selbst wird immer saurer und aggressiver gegenüber den Metallen. Deshalb gehört der Kühlwasserwechsel gemäß der geforderten Intervalle ebenfalls durchgeführt. Braunes Kühlwasser ist ein guter Indikator, dass ein Wechsel nötig ist.
Erhöhung des Siedepunkts
Beim Siedepunkt einer Flüssigkeit geht diese in den gasförmigen Zustand über. Das ist absolut unerwünscht. Bei 1 bar Luftdruck beträgt der Siedepunkt von Wasser 100°C. Unverdünnter Frostschutz siedet bei ca. 160°C. Mischt man beides, steigt der Siedepunkt des Gemischs auf über 100°C. Bei MEG und einem Mischungsverhältnis von 50:50 liegt er bei 109°C. Der Effekt ist also nicht so groß.
Deshalb gibt es zweite und weitaus wichtigere Maßnahme um das Verdampfen des Kühlmittels zu verhindern. Das kennt ihr vom Dampfkochtopf. Dadurch, dass der Kühlkreislauf als geschlossenes System ausgelegt ist, aus dem der Druck nicht entweichen kann, steigt der Siedepunkt weiter an. Übliche Werte liegen zwischen 120°C und 140°C.
Deshalb solltet ihr auch nie den Deckel eures Kühlsystems öffnen, wenn der Motor betriebswarm ist. Nicht nur, dass ihr euch verletzen könnt, sondern auch weil der Druck entweicht. Dann kann das Wasser im System sofort zu kochen anfangen.
Fahrzeuge, die in Klimazonen verkauft werden, in denen es entweder immer sehr heiß oder sehr kalt ist, bekommen angepasste Kühlsysteme, z.B. kann der Kühler eine andere Dimension aufweisen und das Thermostat bei anderen Temperaturen öffnen respektive schließen. Somit wird sichergestellt, dass die erlaubten Mischungsverhältnisse von Wasser und Frostschutz in den jeweiligen Regionen funktionieren.
Das Verhältnis muss stimmen
Ein Motor sollte nicht nur mit Wasser gekühlt werden und nur mit Kühlerfrostschutz darf er nicht betrieben werden. Nur im richtigen Verhältnis von beiden funktioniert das System, das genau darauf ausgelegt ist. Bei der Motorenentwicklung wird der Kühlerfrostschutz und seine Eigenschaften in Bezug auf Motorkühlung und Wärmeabfuhr gleich mit berücksichtigt, denn Kühlerfrostschutz verringert die Wärmeabfuhr. Im Mischungsverhältnis 50:50 um ca. 50%!
Würdet ihr nur mit Wasser fahren, wäre die Wärmeabfuhr deshalb viel zu gut, so dass der Motor kaum auf Betriebstemperatur kommen würde. Außerdem fehlen dann alle oben genannten schützenden Eigenschaften. Das ist nur etwas für den Notbetrieb.
Umgekehrt, würdet ihr nur Frostschutz im Kühlsystem fahren, läge der gerade bei ca. -11°C bis -13,5°C und die Hitze würde nicht ausreichend abgeführt werden. Euer Motor erfriert oder überhitzt, je nach dem.
Nur in einem bestimmten Bereich des Mischungsverhältnis funktioniert der Frostschutz als auch die Motorkühlung. Dieses Verhältnis liegt üblicherweise zwischen 60:40 und 30:70 Wasser zu Frostschutz. Letzteres gilt als Maximum an Frostschutz und sollte nicht überschritten werden.
Warum funktionieren nur beide Flüssigkeiten zusammen?
Ursächlich dafür ist die spezifische Wärmekapazität der Flüssigkeiten. Wasser hat eine Kapazität von 4,19 kJ pro Kilogramm. Mit anderen Worten müssen 1 kg Wasser 4,19 kJ an Energie zugeführt werden um dessen Temperatur um 1°C ansteigen zu lassen. Es kann sehr viel Wärme aufnehmen und kühlt deshalb gut. MEG liegt bei 2,3 kJ. Beides gemischt ergibt dann die benötigte Aufnahmekapazität, die den Motor in der richtigen Betriebstemperatur hält.
Dabei muss beachtet werden, dass die dynamische Viskosität des Gemischs ungefähr um den Faktor 250 größer ist, als die von Wasser. Mit anderen Worten, das Gemisch kühlt nicht nur schlechter als reines Wasser, es lässt sich auch schwerer pumpen. Das erfordert wiederum eine höhere Durchsatzleistung der Wasserpumpe um mindestens 15% im Vergleich zu reinem Wasser.
Jetzt wird es auch verständlich, dass bei einer Anhängerfahrt bergauf höhere Motordrehzahlen gefahren werden sollten. Aber das ist nicht der einzige Grund, es gibt weitere Gründe dafür die in anderen Bereichen des Motors zu finden sind. Stichwörter dazu wären Kolbenbodenkühlung und Öldruck, aber das sind andere Themen.
Auffüllen oder Frostschutz erhöhen – Frostschutzmittel richtig anwenden
Gebrauchsfertiges Gemisch oder doch lieber Konzentrat? Was von beiden solltet ihr wählen? Das hängt ganz davon ab, was ihr erreichen wollt. Geht es darum den Flüssigkeitsstand im Kühlsystem wieder aufzufüllen, könnt ihr ein gebrauchsfertiges Gemisch nehmen. Dort sind Wasser und Frostschutz in dem angegebenen Verhältnis bereits gemischt. Selbst wenn das Verhältnis etwas von dem in eurem Fahrzeug abweicht, passiert beim Auffüllen ab und an nichts. Insbesondere wenn ihr nicht in den Grenzbereich fahrt, in dem es zu kalt wird.
Ihr könnt auch ein Konzentrat nehmen, aber dann muss es mit Wasser gemischt werden. Idealerweise im gleichen Verhältnis wie bei der Befüllung des Kühlsystems.
Grundsätzlich ist immer destilliertes Wasser zu empfehlen! Normales Leitungswasser sollte nach Möglichkeit nicht genommen werden und nur dann, wenn es 20 Grad deutsche Wasserhärte nicht überschreitet. Chlor, und Sulfate im Leitungswasser können negative Folgen haben. Die idealen Wasserwerte für Kühlwasser sind:
- Wasserhärte: 5 bis 9 Grad deutscher Härte
- pH-Wert bei 20°C: 7 bis 8
- Chlorionengehalt: max. 40 mg/l
- Summe Chloride + Sulfate: max. 80 mg/l
Quelle: Handbuch Verbrennungsmotor: Grundlagen, Komponenten, Systeme, Perspektiven – Richard van Basshuysen und Fred Schäfer
Frostschutz erhöhen
Wollt ihr den Frostschutz erhöhen müsst ihr Konzentrat nehmen und es unverdünnt einfüllen. Das es nicht abwegig ist, dass ihr das tun müsst, könnt ihr hier nachlesen: Wintercamping in Skandinavien mit Defender und Burow – Erfahrungen und Tipps.
Man kann eine kleine Berechnung anstellen um die ungefähre Menge zu errechnen. Da aber der genaue Zustand eures Kühlsystems nie zu 100% bekannt sein wird, solltet ihr immer mit einem Refraktometer nachmessen. Auch wenn ihr nur aufgefüllt habt. Die Berechnung kann euch aber helfen, nicht zu viel Konzentrat einzufüllen, denn wie oben beschrieben, kann das sehr negative Folgen haben.
Ausgangspunkt für dieses Beispiel ist die übliche Befüllung im Verhältnis 50:50 (= 1:1) bei 10 Litern Kühlflüssigkeit im System mit Liqui Moly KFS12+. Das bringt Frostschutz bis -40°C. Ihr habt also 5 Liter Wasser und 5 Liter Frostschutzmittel im System. Wollt ihr gemäß Frostschutztabelle auf ein Verhältnis von 2:1 für Schutz bis -68° kommen, müsst ihr am Ende auf glatte Zahlen gebracht 6,6 Liter Frostschutz und 3,4 Liter Wasser im System haben.
Ihr braucht nur einen Teil der Befüllung ausrechnen, der andere ergibt sich dann automatisch. Berechnet den Anteil des Frostschutzes:
10 Liter im Verhältnis 2:1 = Frostschutzanteil / (Frostschutzanteil + Wasseranteil) x Gesamtmenge.
2/(2+1) x 10 = 6,6
Es müssen also 6,6 Liter Frostschutz und 3,4 Liter Wasser am Ende im System sein. Da ihr nur Frostschutz (Konzentrat) nachfüllt, ihr aber Wasser und Frostschutz ablasst muss eine zweite Rechnung erfolgen. Der Menge an Wasser muss bei 3,4 Litern liegen. Ihr müsst also 1,6 Liter Wasser von 5 Litern Wasser entnehmen. Da das Verhältnis noch 1:1 beträgt, müsst ihr die doppelte Menge Flüssigkeit ablassen, also 3,2 Liter, denn in einem Liter abgelassenem Kühlmittel ist ja nur die Hälfte Wasser. Jetzt habt ihr den maximalen Wasseranteil eingestellt. Jetzt müsst ihr nur noch mit Frostschutz wieder auf 10 Liter auffüllen, also um 3,2 Liter. Damit habt ihr das Verhältnis von 2:1 eingestellt.
Frostschutzmittel mischen
Es ist immer das Beste, wenn ihr das korrekte Frostschutzmittel gleich dabei habt. Wenn das aber nicht der Fall ist und ihr trotzdem nachfüllen müsst, kann es passieren dass ihr auf ein anderes Mittel zurückgreifen müsst. In dem Fall wird oft auf die Farbe verwiesen, rot darf mit rot und blau mit blau aufgefüllt werden. Da solltet ihr ganz vorsichtig mit sein, denn es gibt keine Regelungen diesbezüglich. Jeder Hersteller kann die Farbe verwenden, die er will.
Das wichtigste was ihr zum Mischen wissen müsst, ist dass es zwei große Familien und zwei große Standards an Frostschutzmittel gibt. Das wäre der maßgeblich von VW getriebene und der von BASF unter dem Markennamen Glysantin. VW bezeichnete seine Mittel mit G11, G12, G12+, G12++ bis G13, BASF mit G30, G40, G48, G05, G33 und G34. Beim BASF Glysantin findet sich normalerweise ein Verweis auf die VW-Kennzeichnung.
| BASF Glysantin | VW |
|---|---|
| G48 | G11 |
| G30 | G12+ |
| G40 | G12++ |
| GG40 | G13 |
| G65 | G12evo |
Die beiden großen Varianten, die sich nicht vertragen, starke Säuren bilden und verklumpen können, wenn sie vermischt werden sind die silikathaltigen, älteren Frostschutzmittel und die ohne Silikate. Silikate werden zum Korrosionsschutz in Alumotoren verwendet, da sie sich als dünne schützende Schicht auf die Flächen ablegen. Typische Vertreter dieses Typs sind G11/ G48 Frostschutz. Diese Silikate sind schnell aufgebraucht, weshalb der Kühlerfrostschutz in kürzeren Intervallen getauscht werden muss. Das wäre schon der erste wichtige Punkt den ihr wissen solltet, welche Variante ist für euren Motor vorgeschrieben?
Dann wurden, insbesondere von VW getrieben, neue organische Korrosionsschutzzusätze verwendet. Diese Sorten nannten sich nun G12 und sind nicht mischbar mit G11/G48. Der nächste Schritt war G12+ und G30, die mit silikathaltigen Mitteln mischbar sind. Aber nur diese! Die folgenden Generationen sind wieder nicht mischbar. Als nächstes kam dann G12++/G40, die weitere Verbesserungen brachten, wie erhöhten Korrosionsschutz und die Erhöhung des Siedepunktes auf 135°C. Aktuelle Frostschutzmittel tragen die Bezeichnung G13/GG40.
BASF verweist zwar auf die passenden VW-Bezeichnungen, rät aber davon ab das eigene Mittel mit fremden Produkten zu mischen. Bei Mitteln nach VW-Standard sieht es ebenso aus. Ob das nun den Kunden bei der eigenen Marke halten soll oder nicht, wenn ihr es mischt passiert das auf euer eigenes Risiko.
Wenn euer Motor ein Kühlmittel auf Monopropylenglykol-Basis erfordert, dürft ihr kein Monoethylenglykol-Mittel verwenden. BASF-Glysantin scheidet dann aus, es basiert auf Monoethylenglykol.
Fazit
Es ist wie so oft, im Wartungsplan steht neben dem Austausch diverser Flüssigkeiten auch die Kühlflüssigkeit auf dem Programm. Und genauso oft wird es übersehen. Wir hoffen der Artikel konnte aufzeigen, dass auch das Kühlmittel regelmäßig gewechselt gehört, insbesondere bei den silikatbasierten Varianten.
Auch auf Reise gilt wieder, Vorbereitung ist alles. Wenn ihr das richtige Frostschutzmittel mitführt, seid ihr auf der sicheren Seite. Beim Blick in die Datenblätter zeigt sich Beruhigendes. Ihr seid für mitteleuropäischen Wetterverhältnisse gut geschützt sind und es besteht kein Handlungsbedarf.
Was aber jeder immer wieder prüfen sollte ist der Kühlflüssigkeitsstand und die Konzentration, sprich der Frostschutzlevel. Das geht am besten mit dem universellen Refraktometer. Insbesondere dann, wenn ihr immer wieder mit Wasser nachgefüllt habt. Korrekterweise füllt ihr natürlich immer ein Gemisch nach. Mixt euch einmal ein paar Liter in einem Behälter zusammen, dann könnt ihr es immer wieder benutzen
Wenn es aber zu einer Situation kommt, in der das Kühlsystem neu befüllt werden muss, dann ist es besser ihr habt das richtige Mittel und etwas zum Messen dabei. Es muss ja nur eine Schlauch geplatzt oder eine andere Undichtigkeit aufgetreten sein. Ist genug Kühlflüssigkeit abhanden gekommen, reicht nur Wasser auffüllen nicht mehr aus.