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Verfahren zur Schnellbestimmung von Wasser in einer Bremsflüssigkeit
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schnellbestimmung von Wasser in einer Bremsflüssigkeit.
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Bremsflüssigkeiten, z. B. im Bremssystem eines Kraftfahrzeugs, bestehen
in der Regel im wesentlichen aus hygroskopischen Flüssigkeiten, z. B. Athylenglykol
oder Polyglykolen. Sie nehmen daher leicht Wasser, z. B. aus der Luft, auf. Ein
Wassergehalt oberhalb einer bestimmten Grenzkonzentration ist aber gefährlich, da
durch die'Bremswärme das Wasser verdampfen kann; dadurch bilden sich Wasserdampfblasen
im Bremssystem, so daß eine volle Bremswirkung nicht mehr gewährleistet wird. Ferner
können durch einen zu hohen Wassergehalt Korrosionsschäden im Bremssystem auftreten.
In den üblichen Bremsflüssigkeiten beträgt diese Grenzkonzentration etwa 3 %, höchstens
5 % Wasser. Ist die Grenzkonzentration erreichte so ist es unbedingt erforderlich,
die Bremsflüssigkeit auszuwechseln.
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Viele Methoden zur Wasserbestimmung, wie Reaktionen mit Hydrid den,
metallorSganischen Verbindungen oder Säurechloriden, sind für die üblichen Bremsflüssigkeiten
nicht geeignet Gut geei -net ist dagegen die von Karl Fischer 1935 veröffentlichte
Reaktion mit einer Lösung von Jod/Schwefeldioxid in Methanol/Pyridin ("Karl-Fischer-Losung")
In einem dafür ausgerüsteten Laboratorium kann man nach diesem Verfahren Wasser
sehr genau und - bei Serienbestimmungen - schnell bestimmen. Es sind jedoch dafür
ausgebildete Fachleute erforderlich, die die Eigenarten der "Karl-Fischer-Lösung"
kennen, die Titer einstellen und mit den für die Erkennung
des Endpunktes
benutzten relativ komplizierten Geräten (Dead-Stop-Methode) umgehen können.
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Für den vorgesehenen Zweck wird aber vor allem ein Verfahren gesucht,
das einfach genug ist, um auch ungeschulten Kräften, z. B. Kraftfahrzeugmechanikern,
eine genügend genaue und schnelle Wasserbestimmung in der Praxis zu erlauben. Unter
diesen Umständen wird die Reaktion nicht serienmäßig, sondern nur von Zeit zu Zeit
durchgeführt; dabei steht weder ein Labor zur Verfügung noch die Möglichkeit, Geräte
zu säubern oder zu trocknen. Dabei interessiert im allgemeinen nur, ob eine bestimmte
Wasser-Grenzkonzentration erreicht und überschritten wird oder nicht, bzw. um wieviel
der Wassergehalt noch von dieser Grenzkonzentration entfernt ist.
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Es wurde nun gefunden, daß man die bekannte Karl-Fischer-Reaktion
so vereinfachen kann, daß sie diesen Forderungen der Praxis genügt. Das kann dadurch
geschehen, daß man eine abgemessene Menge Karl-Fischer-Lösung vorlegt und diese
mit einer abgemessenen Menge der Bremsflüssigkeit versetzt. Die Mengen der beiden
Flüssigkeiten müssen so bemessen sein, daß bei Oberschreit« der Grenzkonzentration
eine Farbänderung der Karl-Fischer-Lösung eintritt, sonst aber nicht.
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Es war nicht zu erwarten, daß eine so empfindliche Laboratoriumsmethode
wie die Karl-Fischer-Bestinunung mit Erfolg in die Praxis einer Kraftfahrzeugwerkstatt
übertragen werden konnte. Ferner konnte nicht erwartet werden, daß man ohne große
Schwierigkeiten auch die gefärbten Bremsflüssigkeiten nach dieser Methode einwandfrei
auf ihren Wassergehalt prüfen kann.
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Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Schnellbestimmung
von Wasser in einer Bremsflüssigkeit, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man eine
abgemessene Menge Karl-Fischer-Lösung mit einer abgemessenen Menge Bremsflüssigkeit
versetzt
und auf eine Farbänderung prüft. Insbesondere ist Gegenstand
der Erfindung eine Ausgestaltung dieses Yerfahrens, derart, daß man die Oberschreitung
einer WasseT-GreBzkQnzentration in der Bremsflüssigkeit eines Kraftfahrzeugs bestimmt.
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Zusammensetzung und Herstellung der Karl-Fischer-Lösung sind aus der
Literatur bekannt. Beispielsweise kann an sie herstellen, indem man 254 g Jod in
5 1 Methanol löse, dann 790 g Pyridin zusetzt und nach gutem Mischen 192 g flüssiges
Schwefeldioxid einleitet. Es ist auch möglich, das Methanol ganz oder teilweise
durch andere Lösungsmittel, z. 1 Methylglykol (2-Methoxyäthanol) zu ersetzen; dadurch
wird die Haltbarkeit der Lösung verbessert.
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Eine solche Lösung besteht z. 3. aus 18!2 (Gewicht-) % Pyridin,,,
6,4 t Schwefeldioxid, 12t3 | Jod und 63,1 Methylglykol; 1 ml dieser Lösung zeigt
eine Wassermenge von 5 mg an. Die zuletzt genannte Lösung wird in den nachstehenden
Beispielen verwendet.
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Es ist zweckmäßig, die Menge der vorzsulegenden Karl-Fischer-Lösung
so zu bemessen, daß sie der zu bestimmenden Grenzkonzentration an Wasser entspricht.
Z. B. kann man 6 ml Karl-Fischer-Lösung vorlegen, was einer Menge von 30 mg Wasser
entspricht Weiterhin ist es vorteilbaft, die Karl-Fischer-Lösung in einem verschlossenen
Gefäß, z. B. in einer worzugsweise durchsichtigen Flasche aus einem inerten Material
wie Glas oder Polyäthylen bereitzuhalten, das erst unmittelbar vor der Bestimmung
geöffnet wird. Auf diese Weise wird Sorge getragen, daß sich der Titer der Lösung
nicht durch Aufnahme von Feuchtigkeit aus der Luft verändert. Das Reagens ist in
dieser Form genügend lange (etwa 1 Jahr) haltbatI bevor durch den unvermeidlichen
Titerveriust die Genauigkeit der Bestimmung leidet.
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Die zu untersuchende Probe der Bremsflüssigkeit kann dem Bremssystem
grundsätzlich an einer beliebigen Stelle entnommen
werden. Beispielsweise
kann man die Probe aus dem Vorratsgefäß des Bremssystems entnehmen. Zweckmäßiger
ist es jedoch, die Probe über eine der Entlüfterschrauben des Bremssystems zu entnehmen,
da oft ein gewisses Konzentrationsgefälle des Wassergehalts innerhalb des Bremssystems
besteht und eine Entnahme über eine der Entlüfterschrauben einen Wert für die Wasser-Konzentration
ergibt, der den tatsächlichen Verhältnissen an der Bremse besser entspricht.
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Die Bremsflüssigkeit kann grundsätzlich auf beliebige Weise entnommen
werden. Zweckmäßig ist es jedoch, die Bremsflüssigkeit mit Hilfe einer kalibrierten
Meßvorrichtung, z. B. eines Meßzylinders oder einer Injektionsspritze unter Verwendung
eines Schlauches zu entnehmen. Spritze und Schlauch können grundsätzlich aus beliebigen,
der Bremsflüssigkeit gegenüber inerten Materialien bestehen. Aus Kostengründen wird
Kunststoffen (z. B. PVC, Polyäthylen) der Vorzug gegeben.
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Nach einer Ausführungsform kann man z. B. ein etwa 5 - 20, vorzugsweise
etwa 10 cm langes Schlauchstück mit seinem oberen Ende auf die Entlüfterschraube
aufsetzen, während das untere Schlauchende in ein Auffanggefäß, z. B. eine Flasche
von etwa 5 - 20, vorzugsweise etwa 10 ml Inhalt, eingeführt wird. Nach Offenen der
Entlüfterschraube wird durch mehrmaliges Durchtreten des Bremspedals eine kleine
Menge (ca. 2 - 10, vorzugsweise 6'- 8 ml) Bremsflüssigkeit durch den Schlauch in
das Auffanggefäß gedrückt. Danach schließt man die Entlüfterschraube wieder, entnimmt
mit Hilfe einer Injektionsspritze eine abgemessene Menge (etwa 1 oder 2 ml) der
Bremsflüssigkeit aus dem Auffanggefäß, öffnet die Flasche, die die Karl-Fischer-Lösung
enthält, gibt die Bremsflüssigkeit hinzu, verschließt die Flasche sofort wieder
und schüttelt um.
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Tritt dabei ein Farbumschlag von tiefbraun nach gelb (bzw.
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bei gefärbten Bremsflüssigkeiten nach anderen Farbtönen, z. B.
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bei blau gefärbter nach schmutzigoliv-grün) ein, so enthält die Bremsflüssigkeitsprobe
mehr als diejenige Wassermenge, die durch das vorgegebene Volumen der Karl-Fischer-Lösung
angezeigt wird. Bleibt dagegen die braune Farbe bestehen, so liegt
der
Wassergehalt unter dieser Grenze. Die Genauigkeit dieser Bestimmung beträgt etwa
+ 5 %, was für die Zwecke der Praxis ausreicht.
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In einer anderen Ausführungsform kann man auch ohne Auffanggefäß arbeiten.
Man verwendet dabei einen etwa 10 - 20, vorzugsweise etwa 15 cm, langen Schlauch,
der an seinem oberen Ende etwa 2 - 5 Luftschlitze von etwa 1 - 3, vorzugsweise etwa
1,5 cm Länge besitzt. Dieses obere Ende des Schlauches wird über die Entlüfterschraube
gezogen, während das untere Ende des Schlauches mit der Injektionsspritze verbunden
ist.
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Nach Öffnen der Entlüfterschraube und Betätigung des Bremspedals tritt
Bremsflüssigkeit in den Schlauch. Man schließt nun die Entlüfterschraube, füllt
die Injektionsspritze mit Bremsflüssigkeit und arbeitet weiter wie oben angegeben.
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In einer weiteren Ausführungsform verwendet man nur ein kurzes, etwa
1 - 3, vorzugsweise etwa 2 cm, langes Schlauchstück, das keine Luftschlitze besitzt,
an seinem unteren Ende mit der Injektionsspritze und an seinem oberen Ende mit det
Entlüfterschraube verbunden ist. Man öffnet die Entlüfterschraube, d-rückt durch
Betätigung des Bremspedals Bremsflüssigkeit durch das Schlauchstück in die Spritze,
schließt die Entlüfterschraube, trennt die Spritze vom Schlauch und stellt den Inhalt
der Spritze durch Verschieben des Stempels auf die gewünschte Menge ein. Anschließend
versetzt man die Karl-Fischer-Lösung mit der in der Spritze befindlichen Bremsflüssigkeit.
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Das Gefäß, das die Karl-Fischer-Lösung enthält, kann mit einem Durchstichstopfen
verschlossen sein, der unmittelbar vor der Bestimmung mit der Injektionsspritze
durchstoßen wird Der Stopfen muß aus einem Material bestehen, das gegen die Karl-Fischer-Lösung
inert ist, z. B. aus Polytetrafluoräthylen, Polyäthylen oder Polybutadien; mindestens
muß er an der die Karl-Fischer-Lösung berührenden Fläche mit einem derartigen Material
überzogen sein.
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Weiterhin kann man das erfindungsgemäße Verfahren derart ausgestalten,
daß man bei nichterfolgtem Farbumschlag durch allmähliche Zugabe von Wasser bis
zum endgültigen Farbumschlag den genauen Wassergehalt der Bremsflüssigkeit bestimmt.
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Das Wasser wird dabei zweckmäßig in Form einer verdünnten Lösung,
z. B. einer Lösung in Isopropanol, tropfenweise zugesetzt.
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Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Schnellbestimmung
von Wasser in einer Bremsflüssigkeit, die gekennzeichnet ist durch eine gewünschtenfalls
mit einem Schlauch verbundene Injektionsspritze und eine sich in einem verschlossenen
Gefäß befindende abgemessene Menge Karl-Fischer-Lösung.
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Diese Vorrichtung wird zweckmäßig nur für eine einzige Bestimmung
benutzt, d. h., die benötigten Geräte sind nur für einen einmaligen Gebrauch bestimmt.
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Bei spiel 1 a) Man säubert die Entlüfterschraube eines Kraftfahrzeugs
mit einem Lappen und trocknet sie. Ein 10 cm langes Schlauchstück aus Weich-PVC
wird mit seinem oberen Ende auf die Entlüfterschraube aufgesetzt. Das untere Schlauchende
wird in ein Auffanggefäß (offene, leere, trockene 10 ml-Polyäthylenflasche) bis
zum Boden eingeführt. Man öffnet die Entlüfterschraube, neigt die Polyäthylenflasche
etwas nach unten und läßt durch eine zweite Person das Bremspedal 2 - 3mal ganz
durchtreten. Dabei gelangen etwa 6 - 8 ml Bremsflüssigkeit in die Flasche. Nach
dem Schließen der Entlüfterschraube entnimmt man mit Hilfe einer Polyäthylen-Injektionsspritze
mit aufgesetzter Metallkanüle 1 ml Bremsflüssigkeit aus der Flasche und gibt diese
in ein verschlossenes Gefäß (1O-ml-Giasflasche mit Durchstichstopfen, der mit Polytetrafluoräthylen
überzogen ist), in dem sich 6 ml Karl-Fischer-Lösung der oben angegebenen
Zusammensetzung
befinden, indem man den Durchstichstopfen dieses Gefäßes mit der Kanüle der Injektionsspritze
durchstößt. Anschließend zieht man die Spritze mit der Kanüle aus dem Stopfen heraus,
schüttelt die Flasche um und prüft, ob ein Farbumschlag eingetreten ist. Ist das
der Fall, so enthält die Bremsflüssigkeit mehr als 3 % Wasser und muß erneuert werden.
Bleibt dagegen die braune Farbe bestehen, so liegt der Wassergehalt der'Bremsflüssigkeit
unter 3 %; diese kann weiterverwendet werden.
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b) Falls die braune Farbe bestehen bleibt, kann man aus einer Pipette
oder Bürette tropfenweise eine Lösung von 1 ml Wasser in 99 ml Isopropanol hinzugeben.
Aus der Zahl der Tropfen, die man bis zum Farbumschlag nach schmutzig-olivgrün zugeben
muß, berechnet man den Wassergehalt der ursprünglichen Probe.
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Beispiel 2 Man arbeitet wie in Beispiel 1 angegeben, verwendet jedoch
einen Schlauch, der an seinem oberen Ende drei Luftschlitze von 1,5 cm Länge besitzt,
aber kein Auffanggefäß. Das untere Ende des Schlauchs ist direkt mit der Injektionsspritze
verbunden.
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Nach Öffnen der Entlüfterschraube läßt man durch Betätigung des Bremspedals
Bremsflüssigkeit in den Schlauch fließen, schließt die Entlüfterschraube wieder
und füllt nun die mit dem unteren Ende des Schlauches verbundene Injektionsspritze,
deren Metallkanüle noch nicht aufgesetzt ist, mit Bremsflüssigkeit. Man trennt die
Spritze vom Schlauch, setzt die Metallkanüle auf und arbeitet weiter wie in Beispiel
1 angegeben.
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Beispiel 3 Man arbeitet wie in Beispiel 2 angegeben, verwendet jedoch
anstelle des Schlauches nur ein etwa 2 cm langes Schlauchstück, das an seinem unteren
Ende mit der Injektionsspritze, deren Metallkanüle noch nicht aufgesetzt ist, verbunden
ist. Nach öffnen der Entlüfterschraube wird durch Betätigung des Bremspedals
Bremsflüssigkeit
durch den Schlauch direkt in die Spritze gedrückt.