Refraktometer für alle Lebenslagen

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Frostschutzmittel für Scheibenwaschanlagen (ScreenWash) – häufig gestellte Fragen

In diesem Artikel versuchen wir, auf einige Fragen zu antworten, die zum Thema Qualität von Scheibenwaschwasser mit Frostschutz von Kraftfahrern immer wieder gestellt werden.

Grundlage für diesen Text waren mehrere Fachartikel von Ing. Jan Skolil, Qualitätsmanager der Firma Velvana (ein traditioneller tschechischer Hersteller von Autopflegemitteln, Produkten, die u. a. für die Marke ŠKODA und den gesamten VW-Konzern bestimmt sind). Hiermit möchten wir ihm für sein freundliches Einverständnis, dass wir seine Arbeit verwenden dürfen, und die fachliche Korrektur dieses Textes danken.

Ich habe einen Scheibenreiniger mit Frostschutz für -40 °C gekauft, aber das Refraktometer zeigt nur -27 °C an.

Das Ermitteln des Gefrierpunktes mit dem Refraktometer ist eine indirekte Messmethode. Die Gefriertemperatur wird nicht direkt gemessen, sondern es wird der Brechungsindex des Lichts bestimmt (mehr unter Snelliussches Brechungsgesetz). Da bei Alkohol-Wasser-Gemischen die Abhängigkeit des Brechungsindexes und des Gefrierpunktes von der Konzentration bekannt ist, kann der Gefrierpunkt eines solchen Gemischs mithilfe eines Refraktometers ermittelt werden.

Frostschutzmittel enthalten Wasser, eine als Frostschutz wirkende Alkoholkomponente und ergänzende Beimischungen (mehrfach gesättigte Alkohole wie Ethylenglykol, Propylenglykol oder Glycerin). Die als Frostschutz wirkende Alkoholkomponente ist in der Regel Isopropanol oder Ethanol, von denen noch die Rede sein wird. In Mitteleuropa wird aus Kosten- und Verfügbarkeitsgründen meist Ethanol verwendet. Darauf sollten Sie unbedingt achten, denn die Abhängigkeit der Brechzahl von der Konzentration ist bei einem Isopropanol-Wasser-Gemisch völlig anders als bei einem Ethanol-Wasser-Gemisch.

Man sollte also nicht nur wissen, was man misst, sondern auch, womit man misst. Daher ist es wichtig, das richtige Refraktometer auszuwählen, damit man von den Messergebnissen nicht unangenehm überrascht wird. Es gibt mehrere Typen von Refraktometern mit unterschiedlichen Skalen. Leider gehören diejenigen Refraktometer zu den verbreitetsten, die für Scheibenreiniger nur eine einzige Skala haben. Wenn es auch meist nirgends angegeben wird – diese Skala ist für ein Isopropanol-Wasser-Gemisch kalibriert. Und auch deshalb kommt es beim Messen der am Markt erhältlichen Produkte zu Fehlern.

Für die Verwendung eines ungeeigneten Refraktometers sei folgendes Beispiel genannt: Wenn man ein Ethanol-Wasser-Gemisch mit einem Refraktometer misst, das für ein Isopropanol-Wasser-Gemisch bestimmt ist (siehe Bild links), kann man zu völlig irreführenden Ergebnissen gelangen! Bei einem Gefrierpunkt von -20 °C haben beide Mittel einen annähernd gleichen Brechungsindex. Hat aber das Ethanol-Wasser-Gemisch einen Gefrierpunkt von -40 °C, unterscheiden sich die Brechungsindizes bereits erheblich – das erwähnte für Isopropanol bestimmte Refraktometer zeigt lediglich -25 °C an!

Eine Lösung dieses Problems, die im Grunde vom Preis her vergleichbar ist, ist das Refraktometer RBC4AB-ATC, das über zwei Skalen für Scheibenreiniger und außerdem über zwei Skalen für Kühlflüssigkeiten (auch das Messen von Kühlflüssigkeiten hat seine Spezifika) und eine Skala für das Messen des Elektrolyts in Autobatterien verfügt. Dieses Refraktometer ist auf dem zweiten Bild zu sehen: Die Skalen für Scheibenreiniger sind unter dem Scheibenwischersymbol zu sehen, die linke Skala ist für Ethanol-Wasser-Gemische bestimmt, während man mit der Skala rechts (SRF1) eine korrekte Messung von Isopropanol-Wasser-Gemischen vornehmen kann.

Refraktometer für Scheibenreiniger (Skala unter dem Scheibenwischersymbol)
Refraktometer mit einer einzigen Skala, die ausschließlich für Isopropanol-Wasser-Gemische bestimmt ist - UNGEEIGNET Refraktometer RBC4AB-ATC mit zwei Skalen: links für Ethanol-Wasser-Gemische, rechts für Isopropanol-Wasser-Gemische - GEEIGNET – UNIVERSELL
„UNGEEIGNET“
mit einer einzigen Skala, die ausschließlich für Isopropanol-Wasser-Gemische bestimmt ist
(angeboten unter der Bezeichnung RH 403 und REF 404)
„GEEIGNET – UNIVERSELL“
mit zwei Skalen: links für Ethanol-Wasser-Gemische, rechts für Isopropanol-Wasser-Gemische
(Typ RBC4AB-ATC)

Flüssigkeit mit Frostschutzmittel gefriert auf der Frontscheibe

Abgesehen von einigen anderen möglichen, aber eher unwahrscheinlichen Ursachen für das Problem (z. B. nicht korrekt hergestellte Mischung mit zu hohem Wasseranteil) gibt es zwei Hauptursachen für das Gefrieren der Flüssigkeit, die meist zusammenwirken:

  1. 1. Wärme wird von der Frontscheibe abgeführt: Es ist allgemein bekannt, und jeder hat es sicherlich schon einmal am eigenen Leib gespürt: Wenn bei Frost auch noch der Wind weht, nimmt man die Kälte noch sehr viel intensiver wahr. Die strömende Luft beschleunigt nämlich den Wärmeverlust – die Umgebungstemperatur und die Temperatur eines wärmeren Körpers gleichen sich aneinander an. Die Geschwindigkeit der Abkühlung verhält sich proportional zur Geschwindigkeit der Luftströmung – je schneller die Luft strömt (je schneller man fährt), desto schneller erfolgt der Temperaturausgleich.
  2. 2. Hohe Flüchtigkeit des Ethanols: Wie bereits gesagt, die Frostschutzkomponente, die bei der Herstellung von Scheibenreinigern verwendet wird, ist in Mitteleuropa Alkohol (Ethanol). Ethanol hat gegenüber Wasser einen niedrigen Gefrierpunkt, aber gleichzeitig ist es brennbar und flüchtig. Der Druck von Wasserdampf beträgt bei Normaltemperatur 2330 Pa, bei Ethanol dagegen 5600 Pa. Daraus folgt, dass der Alkohol etwa 2,5-mal mehr Dampf bildet als Wasser (seine Flüchtigkeit ist 2,5-mal größer), also verschwindet er auch schneller von der Frontscheibe. Und bei höheren Geschwindigkeiten unterscheidet sich die Flüchtigkeit der beiden Substanzen noch stärker.

Aus dem oben Gesagten folgt, dass der Alkohol bei höheren Geschwindigkeiten rasch verdampft, die Temperatur der Frontscheibe sinkt schnell auf die Umgebungstemperatur ab und so bilden sich schon bei Temperaturen um 4 °C auf der Frontscheibe erste Eiskristalle – und das auch, wenn man in der Scheibenwaschanlage eine neue Wintermischung hat. Für unsere klimatischen Bedingungen empfehlen wir ein Gemisch mit hohem Ethanolanteil und einem Gefrierpunkt von mindestens -30 °C. Bei großem Frost und hoher Geschwindigkeit kann es aber passieren, dass auch dies nicht ausreicht.

Ich habe Scheibenreiniger mit Frostschutz aufgefüllt und er ist über Nacht eingefroren.

Die modernen Scheibenwaschwassertanks sind meist so konstruiert, dass sich alte und neue Befüllung nicht ohne Weiteres vermischen, denn es handelt sich im Grunde um eine lange, enge Röhre, bei der man auch nicht sehen kann, was sich am Boden befindet. Da sich Ethanol (Alkohol) mit Wasser nur aufgrund von Wasserstoffverbindungen vermischt und deren Funktion natürlich durch Wärme gefördert wird, ist es kein Wunder, dass sich der konzentrierte Scheibenreiniger mitunter mehrere Stunden auf der gefrorenen Wasserschicht hält und so nicht als „Lösungsmittel“ fungiert. Außerdem muss man sich klarmachen, dass konzentrierter Alkohol eine geringere Dichte hat als Wasser (unter 820 kg/m3) und so auf der Wasserschicht schwimmt => die Vermischung wird also auch nicht durch die Gravitation gefördert. Deshalb kann es leicht geschehen, dass, obwohl die restliche Sommermischung in der Scheibenwaschanlage bis jetzt flüssig war, nach dem Nachgießen der Wintermischung und nächtlichem Frost die Flüssigkeit in den Leitungen der Scheibenwaschanlage gefriert.

Die Erklärung dafür ist einfach: Die unten befindliche unvermischte Wasserschicht ist gefroren, während die obere Alkoholschicht flüssig ist (die „Berührungsfläche“ in der engen Röhre ist für die erwünschte Vermischung von Wasser und Alkohol zu klein).

Als Prävention genügt es, wenn man entweder das ganze Jahr über einen Scheibenreiniger mit Frostschutz verwendet oder vor der Wintersaison rechtzeitig die Sommermischung durch eine Wintermischung ersetzt. Dafür reicht aber das „bloße“ frühzeitige Nachfüllen nicht aus – die Sommermischung muss komplett abgepumpt (abgesaugt) und das Scheibenwaschsystem mit einer homogenen Wintermischung aufgefüllt werden.

Das Scheibenwaschwasser hat meine Vorderscheinwerfer angegriffen.

Das in Europa hergestellte Ethanol wird in der Regel aus Getreide oder Kartoffeln gewonnen, während der aus Übersee importierte Alkohol oft aus Zuckerrohr produziert wird. Als Präventionsmaßnahme gegen Steuerhinterziehung muss technischer Alkohol generell denaturiert werden. Und hier liegt der Stein des Anstoßes: Es stehen zahlreiche offizielle und speziell genehmigte Denaturierungsmittel zur Verfügung. Die gängigen (Ethylenglykol, Isopropanol, Bitrex/Denatoniumbenzoate) sind erprobt und haben keine zersetzende Wirkung auf Karosserieteile.

Die weniger offiziellen, oft aber billigeren Denaturierungsmittel hingegen (z. B. Aceton, Methanol, Ketone, Acetaldehyd) können die Scheinwerfer angreifen. Polycarbonat oder Polymethylmethacrylat, aus denen die Scheinwerfer von Fahrzeugen hauptsächlich bestehen, sind anfällig dafür, von diesen Substanzen zersetzt zu werden.

Das Material der Scheinwerfer gehört zwar zu den widerstandsfähigsten durchsichtigen Polymermaterialien, aber es ist auch den widrigsten Einflüssen ausgesetzt (Licht- und Wärmebeanspruchung, Einfluss von Streusalz und Scheibenwaschwasser). Meist kommt es nicht sofort zu sichtbaren Schäden, wenn Sie also früher einen schlechten Scheibenreiniger verwendet haben, können noch Schäden sichtbar werden, auch wenn Sie später ein taugliches und hochwertiges Frostschutzmittel mit reinem Alkohol (z. B. der Marke Velvana) verwenden.

Es enthalten nämlich nicht alle Scheibenreiniger nur reinen Alkohol. Sie können durch Stoffe, die man am Geruch erkennen kann (Aceton, Acetaldehyd), aber auch durch geruchlose Substanzen (Methanol, manche Ketone u. a.) verunreinigt sein.

Fazit

Verwenden Sie das ganze Jahr über in ihrer Scheibenwaschanlage sowohl bei Sommer- als auch bei Wintermischungen nur geprüfte Markenreiniger, also solche Produkte, deren Hersteller über langjährige Erfahrungen verfügen, nicht mit ihrer Zusammensetzung herumexperimentieren und nur hochwertigen, ausreichend gereinigten und ordnungsgemäß denaturierten europäischen Alkohol verwenden.

Diese Informationen beziehen sich nur auf die Betriebsflüssigkeiten aus der Produktion der Firma Velvana, nicht auf die Qualität von Betriebsflüssigkeiten auf dem tschechischen Markt generell. Sie können aber Anhaltspunkte für die Auswahl des richtigen Scheibenreinigers geben und der Verbreitung von Gerüchten und „verbürgten“ Informationen unter den Kraftfahrern entgegenwirken.


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