Bauphase III: Frostschutzmittel für wassergekühlte Motoren

Wer mit einem luft- bzw. ölgekühlten Motor um die Welt fährt, kann sich das Lesen der folgenden Zeilen sparen. Denn wer keine Wasserkühlung hat, muss sich mit der Frage nach dem richtigen Frostschutzmittel für seinen Motor auch nicht auseinandersetzen. Ein kleiner Trost: Ihr dürft Euch dafür die Frage nach dem richtigen Öl stellen ;-)

Wofür Frostschutz?

Wasser besitzt die ungewöhnliche Eigenschaft, beim Gefrieren im Volumen zu wachsen - bis zu 15%. Mühelos sprengt zu Eis werdendes Wasser dadurch alle Grenzen, auch wenn sie wie im Motor aus Metall sind. Motoren mit wassergefülltem Kühlkreislauf dürfen deshalb niemals einfrieren - Risse in Motorblock, Zylinderkopf und Kühler wären sonst die Folge. Glücklicherweise wurde schon in den 1920er Jahren ein Gegenmittel gefunden. Der junge BASF-Chemiker Dr. Otto Jordan entdeckte, dass eine Zugabe von Glykol den Gefrierpunkt von Wasser herabsetzt. Voilà, Problem gelöst!

Doch kein Vorteil ohne Nachteil. Verbrennungsmotoren bestehen aus Metallen, und wenn Metalle mit Wasser in Berührung kommen, ist Korrosion nur eine Frage der Zeit. Denn noch lieber als mit Luftsauerstoff reagieren Metalle mit in Wasser gelösten Sauerstoff. vor allem bei höheren Temperaturen. Um das zu verhindern, brauchen wassergekühlte Motoren auch dann einen Frostschutzzusatz im Kühlwasser, wenn sie niemals frostigen Temperaturen ausgesetzt werden. Denn moderne Frostschutzmittel enthalten über Glykol hinaus entscheidende Additive (sog. Inhibitoren), um metallische Motorbauteile vor Korrosion zu schützen.

Korrosion im Kühlsystem will niemand haben, weil dadurch weitere Schäden entstehen. Zum einen verschlechtert Rost die Wärmeabgabe durch Ablagerungen. Andererseits lösen sich kleinste Partikel ab und werden im Motor laufend umgewälzt. Dabei nagen sie kontinuierlich an der Abdichtung der Wasserpumpe. Langsam aber sicher geht die Abdichtung kaputt und die Wasserpumpe wird undicht. Korrosionsschutz im Kühlwasser tut also dringend Not und ist - neben dem eigentlichen Frostschutz - eine der Hauptaufgaben des Frostschutzmittels.

Ein guter Frostschutzzusatz kann noch viel mehr. Frostschutz erhöht den Siedepunkt der Kühlwassers, wodurch Verbrennungswärme noch besser abgeleitet werden kann als mit reinem Wasser. Bei einem niedrigen Siedepunkt entstehen Dampfblasen im Kühlsystem, die keine Wärme mehr abführen können. Man weiß heute, dass implodierende Luftblasen erstaunlich große Kräfte freisetzen (Kavitation), die Partikel für Partikel Material an Motor und Kühler abtragen und langfristig zu Lecks führen können. Guter Frostschutz enthält auch Schmierzusätze, um die Geschmeidigkeit des Wellendichtrings der Wasserpumpe zu erhalten.

Frostschutz mit Wasser mischen

Seine Wirkung entfaltet der Frostschutzzusatz nur in Verbindung mit Wasser. Wer Frostschutz pur verwendet, riskiert sowohl eine verschlechterte Wärmeableitung (Überhitzung des Motors) als auch eine verschlechterten Gefrierschutz (Gefrierpunkt Glykole Minus 10-15°C). Erst in der Verbindung mit Wasser kann der Siedepunkt auf bis über Plus 170°C steigen und der Gefrierpunkt auf bis Minus 55 °C sinken.

Häufig wird je nach Tiefsttemperatur ein Mischungsverhältnis Wasser zu Frostschutz von 2:1, 1,5:1 oder 1:1 empfohlen. Wenn mehr Wasser als Frostschutzmittel verwendet wird, sinkt die Frostsicherheit. Wenn mehr Frostschutzmittel als Wasser verwendet wird übrigens auch. Das maximale Mischungsverhältnis beträgt in der Regel 1:1 und bietet Frostsicherheit bis zu -40°C. Das Mischungsverhältnis sagt nichts über den optimalen Korrosionsschutz aus. Man kann aber davon ausgehen, dass eine Beimischung von 40 bis 60 Volumenprozent den besten Schutz vor Rost bietet.

Trinkwasser, Leitungswasser oder destilliertes Wasser?

Leitungswasser enthält immer gelösten Kalk, der bei Erhitzung ausfällt und Ablagerungen bildet. Frostschutzmittel enthalten spezielle Additive, die das Kühlsystem vor Verkalkung schützen. Manche Fahrzeugbesitzer greifen zu destilliertem Wasser, um das Verkalkungsrisiko zu umgehen. Die Produktbezeichnung ist leider oft nicht eindeutig - Destilliert? Oder de-mineralisiert? Oder de-ionisiert? Das birgt Gefahren: Destilliertes Wasser hat ein höheres oxidatives Potential, d.h. es begünstigt die Korrosion. Die Hersteller von Frostschutzmitteln empfehlen in aller Regel die Mischung mit (alkalischem) Trinkwasser (PH-Wert >=7). Destilliertes Wasser ist per se nur bei phosphathaltigem Frostschutz zu empfehlen.

Farbenlehre: Du sollst nicht mischen!

Frostschutz gibt es von verschiedenen Herstellern und in verschiedenen Farben. Übliche Farben sind blau, blaugrün, gelb, und pink/rosa. Die Farbe ist ein wichtiges Signal. Übersetzt bedeutet es: Du sollst keine unterschiedlichen Farben mischen! Die Hersteller entziehen sich mit der Empfehlung, unterschiedliche Frostschutzmittel nicht zu mischen, aus jeder Haftung. Ein nicht zugelassener Frostschutz kann den Verlust aller Garantieansprüche nach sich ziehen. 

Es gibt durchaus Frostschutzzusätze, die gemischt werden können, aber eben auch welche, die nicht gemischt werden dürfen. Eine verlässliche Regel gibt es nicht! Ein unzulässiges Frostschutzgemisch funktioniert nicht, es macht den Motor schleichend kaputt. Anstatt vor Korrosion zu schützen, bildet das Gemisch dann aggressive Säuren. Diese Säuren greifen Dichtungen an und fördern die Korrosion, anstatt sie zu verhindern. Außerdem kann es zu Ausfällungen (Verklumpungen) kommen. Die Klumpen können Kühlkanäle verstopfen und dadurch kann der Motor überhitzen.

Die Farbenlehre ist einfach und sicher zu befolgen. Wer es sich einfach machen will, unterlässt das Mischen unterschiedlicher Farben. Noch sicherer ist, generell keine unterschiedlichen Produkte und/oder Hersteller zu mischen, selbst wenn die Mittel die gleiche Farbe haben. Zum einen funktioniert eine Mischung mehrerer Produkte niemals besser als ein einzelnes Produkt in Reinform. Zum anderen ist die Farbe vom Hersteller grundsätzlich frei wählbar und damit kein allgemeingültiges Indiz für die Verträglichkeit.

Fallstricke

Frostschutzmittel werden gerne als gebrauchsfertiger Ready-Mix angeboten. Diese Fertigmischungen enthalten zwar die gleiche Füllmenge wie ein Konzentrat, sind aber bereits vorverdünnt. In der Regel sind sie 50:50 mit Wasser gemischt. Das ist zwar bequem zum Nachfüllen, aber unverhältnismäßig teuer. Ein Liter Ready-Mix ist kaum günstiger als ein Liter Konzentrat (links im Bild: 14,99 Euro für das Konzentrat und 12,99 Euro für halb Wasser / halb Konzentrat bei gleicher Gesamtmenge).

Auch Nachfüll-Frostschutz (siehe Bild rechts) kann vorverdünnt sein. Wer hier noch im Verhältnis 1:1 mischt, endet bei einem Mischungsverhältnis Wasser zu Frostschutz von 2:1 und damit einem wesentlich geringeren Gefrierschutz. Das Produkt im Bild weist auf der Rückseite der Verpackung die übliche Mischungstabelle von Konzentraten aus - ein äußerst unrühmliches Beispiel für misslungene Verbraucherinformation. Herstellerfreigaben oder Vergleichsstandards sind übrigens keine aufgeführt.

Frostschutz erneuern - notwendig oder nicht?

Wer Frostschutz benötigt, sollte wissen, welches Produkt sein Hersteller empfiehlt. Hier hilft ein Blick in die Bedienungsanleitung des Fahrzeugs oder der Produktfinder auf den Internetseiten der großen Marken-Hersteller. Allerdings kann im Lauf der Zeit und der Vorbesitzer in einem wassergekühlten Motor schon mal eine "bunte" Mischung zusammenkommen. Wer nicht weiß, was er vor sich hat, wechselt das Kühlwasser am besten einmal komplett und spült den Motor dazwischen gut durch. Better safe then sorry!

Ein kompletter Wechsel des Kühlwassers gehört ohnehin zu den routinemäßigen Wartungsarbeiten. Denn die Schutzwirkung des Kühlmittels ist nicht einfach da und bleibt auf ewig erhalten. Frostschutz muss regelmäßig gewechselt werden, da sich die Additive verbrauchen und der Schutz vor Korrosion und Verkalkung an Wirkung verlieren. Die Schlechterung tritt nicht nur in Abhängigkeit von der Fahrleistung ein, sondern auch als Folge ganz normaler Alterungsprozesse (letzteres besonders bei organischen Bestandteilen). Die vorgeschriebenen Wechselintervalle sollten unbedingt eingehalten werden, sonst bilden sich mittel- bis langfristig Rost und Ablagerungen im Kühlkreislauf mit den oben genannten Folgeschäden an Metallen und Kunststoff-Dichtungen.

Je nach Frostschutzmittel und je nach Motor- bzw. Fahrzeughersteller sind die Wechselintervalle unterschiedlich lang, meist zwischen zwei und fünf Jahren. Die Länge des Intervalls kann sich trotz gleicher Frostschutz-Spezifikation von Motor zu Motor unterscheiden, weil es beim Korrosionsschutz auf die im Motor verwendeten Materialien ankommt.

Vom Frostschutz zum High-Tech-Produkt

Das Risiko, das falsche Frostschutzmittel für sein Fahrzeug zu erwischen, gäbe es nicht, wenn es nur um den Gefrierschutz ginge. Aber durch die Weiterentwicklung der Verbrennungsmotoren werden immer neue und andere Materialkombinationen eingesetzt. Dadurch stiegen auch die Anforderungen an den Korrosionsschutz. Die Frage nach dem richtigen Frostschutzmittel ist also eigentlich die Frage nach dem richtig Korrosionschutz-Additivpaket.

Korrosion betrifft nicht nur eisenhaltige Stähle. Verbrennungsmotoren werden aus einem wildem Material-Mix gebaut: Grauguss, Aluminium, Kupfer, Messing, Zinn, Stahl... (und natürlich auch Kunststoffe). Das Kühlsystem verbindet die Materialien durch das Kühlwasser miteinander. Wasser befördert als Elektrolyt die sog. galvanische Korrosion (Kontaktkorrosion). In diesem elektrochemischen  Prozess werden "unedlere" Metalle mit einem höheren elektrischen Potential zur Anode und "edlere" Metalle mit einem niedrigeren elektrischen Potential zur Kathode. Der Strom, der nun von der Anode zur Kathode fließt, löst die Anode auf. Beispielhaft sei die folgende Rangordnung (von unedel nach edel) genannt: Magnesium - Zink - Aluminium  - Eisen - Chromstahl - Messing - Kupfer- Gold. Entscheidend für die korrosive Wirkung ist die elektrische Leitfähigkeit des Kühlwassers.

Als Folge der elektrochemischen Spannungsreihe stellt jede Kombination reaktiver Metalle ganz eigene Anforderungen an den Korrosionsschutz. Galvanische Korrosion lässt sich bei einem Metall-Mix zwar nie verhindern, aber mit einem speziell darauf abgestimmten Additivpaket (sog. Inhibitoren) wirksam verzögern. Möglich wird das durch einen Passivierungsüberzug auf  dem jeweils zu schützenden Material. Die Korrosionsschutz-Rezeptur ist komplex, denn was ein Material schützt, kann ein anderes Material angreifen. Natriumnitrit schützt bspw. Eisen und Grauguss, greift dafür Aluminium an. Natriumnitrat schützt Aluminium, greift aber Eisen an. Silikate schützen viele Metalle, bilden aber mit Wasser aber gerne Ablagerungen (wie auch Phosphate). Die richtige Balance zwischen den Inhibitoren zu finden, ist Forschungsgegenstand der Hersteller und machen Frostschutzmittel heute zu einem High-Tech-Produkt.

Ob  hinter den günstigen Produkten von der Reste-Rampe auch kooperative Forschung und Entwicklung mit Motorenbauern steht, weiß man in der Regel nicht. Namhafte Marken-Produkte können mit Freigaben von Fahrzeugherstellern punkten. Ebenfalls sind technische Datenblätter veröffentlicht,  die Aufschluss über die chemisch-physikalischen Eigenschaften geben. Bei weißer Wäre hingegen fehlen detaillierte Informationen. Man kann die Wette eingehen, dass es sich um verdeckte Markenprodukte handelt ... man muss es aber nicht.

Durchblick im Bezeichnungsdschungel

Marken-Frostschutz gibt es u.a. von Volkswagen (VW), BASF (Glysantin) und I.G.A.T. (Platin Antifreeze). Der besseren Vergleichbarkeit wegen übernehmen manche Frostschutz-Hersteller nicht nur die Farbe, sondern auch die VW-Bezeichnung für ihre eigenen Produkte. Ausnahmen bestätigen die Regel: Bei vergleichbaren Eigenschaften ist die Bezeichnung bei VW und I.G.A.T.  vergleichbar, bei VW und BASF aber nicht. Die folgende Tabelle entwirrt den Bezeichnungsdschungel:

Entsprechungen:

VW-Norm BASF Volkswagen IGAT
VW-TL 774-C: Glysantin G48 (blaugrün) G11 (blau) Platin Antifreeze AN (blau)
VW-TL 774-F: Glysantin G30 (pink) G12+ (pink) Platin Antifreeze AN-SF 12+ (magenta)
VW-TL 774-G: Glysantin G40 (pink) G12++ (pink) Platin Antifreeze 12++ (magenta)
VW-TL 774-J: Glysantin GG40 (pink) G13 (pink) Platin Antifreeze AN 13 (magenta)

Ohne Entsprechung:

BASF Farbe Zulassung
Glysantin G05 gelb Speziell für Nutzfahrzeuge (Grauguss-Motoren).
Glysantin G33 grün Speziell für PSA (Peugeot, Citroen).
Glysantin G34 orange Speziell für Opel und GM.

Frostschutz-Technologien

Frostschutzmittel lassen sich in vier Technologien unterscheiden:

IAT

Inorganic Acid Technology

OAT

Organic Acid Technology

HOAT

Hybrid Organic Acid Technology

Si-OAT

Silicium Orcanic Acid Technology


Enthält anorganische Inhibitoren wie Silikat.

Enthält organische Inhibitoren

Enthält organische und anorganische Inhibitoren (u.a. Silikat)

Enthält Silikat und organische Inhibitoren


z.B.:

VW G11

z.B.:
VW G12/G12+/G12++

IGAT AN-SF 12+
BASF G30/G33/G34

z.B.:

BASF G48/G05

z.B.:

BASF G40/GG40

IGAT AN 12++


Am Anfang der automobilen Flüssigkeitskühlung war VW G11. VW G11 ist kompatibel mit IGAT AN und BASF Glysantin G48.  Während VW G11 nur anorganische Additive besitzt, enthält BASF Glysantin G48 zusätzlich auch organische Additive. Alle drei Produkte sind silikathaltig und nitirit-, amin- und phosphatfrei. Nach zwei Jahren muss der Frostschutz erneuert werden.

BASF über Glysantin G48: Bei diesem silikathaltigen Kühlerschutzmittel kommt die sogenannte Hybrid-Technologie zum Einsatz. Dabei sind anorganische und organische Inhibitoren für den Korrosionsschutz im Kühlsystem verantwortlich.

VW G11 wurde zum silikatfreien VW G12-Standard weiterentwickelt. Da G12 keinesfalls mit G11 gemischt werden durfte, ist das Produkt durch das mischbare G12+ ersetzt worden. Kompatible Produkte sind IGAT AN-SF 12+ und BASF Glysantin G30. Alle Produkte sind nitrit-, amin-, phosphat- und silikatfrei. Die Haltbarkeit beträgt rund drei Jahre. 

BASF über Glysantin G30: Bei diesem silikatfreien Kühlerschutzmittel kommt die sogenannte OAT-Technologie zum Einsatz. Dabei sind organische Salze für den Schutz vor Kühlerkorrosion verantwortlich.

Die fehlenden Silikate im G12 Plus-Standard führten zu Korrosionsproblemen bei bestimmten Materialkombinationen, die durch die Einführung von VW G12++ behoben wurden. Entsprechende Produkte sind IGAT AN 12++ und BASF Glysantin G40. Alle Produkte sind nitrit-, amin- und phophatfrei. Teilweise enthalten sie jedoch Silikat (BASF, IGAT), teilweise künstliche organische Silikat-Ersatzstoffe (VW). Die Haltbarkeit wird mit drei bis fünf Jahren angegeben.

BASF über Glysantin G40: Bei diesem Kühlerschutzmittel kommt die sogenannte Si-OAT-Technologie zum Einsatz. Dabei werden die Vorteile von silikathaltigen und silikatfreien Kühlerschutzmitteln verbunden, also exzellenter Schutz vor Kühlerkorrosion mit langer Einsatzdauer.

Die jüngsten Entwicklungsstufen sind VW G13, IGAT AN 13 und BASF Glysantin GG40. Diese Frostschutzmittel werden umweltverträglicher (zum Teil aus nachwachsenden Rohstoffen) hergestellt und sind weniger toxisch. Das Wechselintervall beträgt fünf Jahre.

BASF über Glysantin GG40: Kühlerschutzmittel auf Basis Ethylenglykol und Glycerin, dessen Inhibitorenpaket aus organischen Komponenten und einer Silizium-Komponente besteht (Si-OAT-Kühlmittel).

Empfehlungen

Die Frage nach dem richtigen Frostschutz für einen Motor beantwortet am besten der Motorenbauer. Die zweitbeste  Antwort findet sich oft in den Produktfindern auf den Seiten der Marken-Hersteller. Wer sein Fahrzeug dort nicht gleich findet, hat bei der Suche nach dem baugleichen Motor in einem anderen Fahrzeug vielleicht mehr Glück.

Eigenverantwortlich entscheiden muss nur, wer - z.B. bei Oldtimern - keine Herstellerempfehlung auftreiben kann. Hilfreich ist, in Erfahrung zu bringen, welche Metalle im Kühlkreislauf miteinander verbunden sind und in welchem Mengenverhältnis sie zueinander stehen. Für Baujahre vor 1996 mit einem hohen Anteil an Grauguss, Stahl und Eisen, ist in der Regel ein silikathaltiger Zusatz nach IAT/HOAT/Si-OAT-Standard geeignet (z.B. VW G11 oder BASF G48/G05). Mittlere Baujahre (1996-2006) haben meist Gussblöcke mit Aluminiumköpfen, wofür sich eher der silikatfreie OAT-Standard (VW G12+ oder BASF G30/G33/G34) empfiehlt. Für moderne Vollaluminium-Motoren (ab 2006) sollte eine Herstellerfreigabe vorliegen. Sie werden häufig mit einem Zusatz nach OAT- bzw. Si-OAT-Standard befüllt (VW G12++/G13 oder BASF GG40). Wie immer gilt: keine Regel ohne Ausnahme.

In jedem Fall ist anzuraten, keine unterschiedlichen Produkte/Hersteller zu mischen und die Wechselintervalle strikt einzuhalten:

Empfehlung No. 1: Du sollst nicht mischen!

Empfehlung No. 2: Du sollst die Herstellervorgaben strikt einhalten!

Empfehlung No. 3: Du sollst Kühlwasser regelmäßig vollständig erneuern!

Frostschutz im Steyr12M18 "Oschi"

Unser Steyr hat einen reinen Grauguss-Motor und einen Messingkühler, der mit Zinn verlötet ist. Einige wasserführende Rohre sind aus Aluminium, andere aus Stahlblech. Die für unseren Motorschaden verantwortliche Wasserpumpe  war innen komplett verrostet und die Abdichtung der Pumpenwelle zerstört. Die Stahlblechrohre, die das Kühlwasser von der Wasserpumpe aus verteilen, sind innen angerostet. Motor und Zylinderköpfe aus Grauguss sind optisch rostfrei. Inwieweit durch Errosionskorrosion bereits Material abgetragen wurde, ist für mich nicht feststellbar.

Aktuell kursieren im Kühlsystem 32 l Kühlwasser mit 50%iger Beigabe von silikathaltigem BASF Glysantin G48 (nitritfrei). Die Spezifikation entspricht der Herstellerempfehlung, BASF selbst empfiehlt für Nutzfahrzeuge mit Grauguss-Motor jedoch Glysantin G05 (nitrithaltig, greift Aluminium an).

Zum routinemäßigen Erneuern des Kühlmittels halten wir uns an folgendes Verfahren: Kühlmittel komplett ablassen und fachgerecht entsorgen. Motor gründlich durchspülen und Kühlmittel (Frostschutz: Trinkwasser 1:1) neu auffüllen. Motor warm fahren, Kühlsystem am Heizungswärmetauscher entlüften und ggfs. Kühlmittel ergänzen. Im Dienstbehelf Teil 1-4, S 169, wird explizit von der Mischung mit kalkfreiem Wasser (Regenwasser, destilliertem Wasser) abgeraten.

Trotz dreier Ablassschrauben an Kühler, Motor links und Motor rechts, kann beim Steyr-Motor 612.74 das Kühlwasser nicht vollständig abgelassen werden. Es verbleiben rund vier Liter im Motorblock. Bei einem Produktwechsel ist ein gründliches Durchspülen daher ratsam. Nach dem Spülen verbleiben wieder vier Liter Wasser im Motorblock. Das gilt es bei der Einstellung der Frostschutzmischung zu berücksichtigen. Wer für maximalen Frostschutz eine 50:50 Mischung einfüllt, endet aufgrund der Restmenge im Block bei einem Verhältnis mit schwächerem Frostschutz. Da hilft nur Messen, eine definierte Menge ablassen und Nachjustieren. Das genaue Vorgehen ist im Dienstbehelf Teil 1-4, S 170-171, beschrieben.

Nebenbei bemerkt: Im Wohnaufbau heizen wir mit einer Warmwasserheizung von Alde. Der schwedische Hersteller empfiehlt VW G13 (äquivalent: BASF GG40) und einen Wechsel alle fünf Jahre. Es ist zwar unpraktisch, aber aufgrund der ganz unterschiedlichen Materialien  unvermeidlich, zwei verschiedene Frostschutzmittel mit unterschiedlichem Wechselintervall zu bevorraten.

Kommentare: 3
  • #3

    videomundum (Dienstag, 26 Februar 2019 08:36)

    Hallo Oliver, Aluminiumkühler sind eine relativ neue Erfindung. Der Steyr hat noch einen Messingkühler. Höchstens die Lamellen sind aus Alu - ich meine aber es wäre Kupfer. Die Lamellen sind aber ohnehin nicht im Kühlkreislauf. ;-)

  • #2

    Oliver (Montag, 25 Februar 2019 20:54)

    Hi,
    Danke für den ausführlichen Bericht.
    Was mir nur nicht einleuchten ist, warum BASF G05 für Nutzfahrzeuge empfiehlt, wenn es Alu angreift. Heute haben doch alle Alukühler.
    Ich müßte jetzt mal nachschauen, was ich im 12m18 drin habe aber ich glaube auch G48. LG Oliver

  • #1

    Michael (Montag, 25 Februar 2019 15:34)

    Ich habe noch nie so viel über Frostschutz erfahren wie in diesem Beitrag. Das beweist wieder einmal, dass Ihr keine halben Sachen macht.

    Es freut mich, dass in die "Wo ist videomundum?" Karte endlich wieder Bewegung hineinkommt. :)