Viskositätsmessung mit dem Rotationsviskosimeter

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Lucas Esser
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1 Versuch: 1 Versuchsziel und Anwendung Viskositätsmessung mit dem Rotationsviskosimeter Die Aufgabe besteht darin, ein Schmieröl auf sein Viskositätsverhalten in Abhängigkeit von der Temperatur zu untersuchen. 2 Grundlagen und Formelzeichen 2.1 Definition des Begriffes "Viskosität" Viskosität ist die Eigenschaft einer Flüssigkeit, der gegenseitigen Verschiebung zweier benachbarter Schichten einen Widerstand entgegenzusetzen. Sie wird durch die Reibung zwischen den Flüssigkeitsmolekülen verursacht. 2.2 Zweck der Bestimmung Die Viskosität ist bei gegebenen Lagerabmessungen und Betriebszuständen eine entscheidende Kenngröße für den Einsatz eines Schmieröles. Sie darf bei Einsatztemperatur nicht zu niedrig sein, um den Übergang zur hydrodynamischen Schmierung zu gewährleisten und darf auch nicht zu hoch sein, um die Verluste, die die Flüssigkeitsreibung verursacht, in Grenzen zu halten. Ursache der Viskosität sind die zwischenmolekularen Kräfte, die mit steigender Temperatur immer geringer werden. Aus diesem Grund nimmt bei steigender Temperatur die Viskosität ab. Flüssigkeiten, bei denen die Viskosität nicht von der Schubspannung abhängig ist, werden als NEWTON SCHE Flüssigkeiten bezeichnet. Bei den NICHT-NEWTON SCHEN Flüssigkeiten ist die Viskosität von der Schubspannung abhängig. Ein Ansteigen der Viskosität mit der Schubspannung (dem Druck auf die Flüssigkeit) wird als Dilatanz und ein Abfall als Thixotropie bezeichnet. Vertreter der NICHT-NEWTON SCHEN Flüssigkeiten sind die Kolloide. Den Schmierölen werden thixotrope Stoffe zugesetzt, um den "Kaltstart" von Maschinen und Anlagen zu erleichtern. Prof. Dr.-Ing. Eva Hille Seite 1 von 5

2 2.3 Maßeinheiten der Viskosität Für die dynamische Viskosität, die auch als absolute Viskosität bezeichnet wird, ist die Maßeinheit die Pascalsekunde. Sie ist folgendermaßen definiert: Die Pascalsekunde ist die dynamische Viskosität eines homogenen, isotropen Stoffes, bei dessen laminarer Strömung zwischen zwei ebenen, im Abstand 1 m parallel zur Strömung angeordneten Schichten der Geschwindigkeitsunterschied 1 m s -1 vorhanden ist und dabei zwischen den Schichten die Schubspannung 1 Pa herrscht. Die Pascalsekunde wird wie folgt durch Grundeinheiten ausgedrückt: Dabei gilt: 1 Pa s = 1 kg m -1 s -1 1 Pa = 100 cp = 0,1 Pa s = 0,1 kg m -1 s -1 Der Quotient aus der dynamischen Viskosität und der Dichte ist die kinematische Viskosität. Ihre Maßeinheit ist m 2 / s. Sie wird wie folgt definiert: Die kinematische Viskosität eines Stoffes mit der dynamischen Viskosität 1 Pa s und der Dichte 1 kg/m 3 ist 1 m 2 /s. 2.4 Formelzeichen und Formeln zur Berechnung der Viskosität - dynamische Viskosität z Zylinderkonstante Dr Schergefälle am Radius des inneren Zylinders (s -1 ) Dr k τ r korrigiertes Schergefälle bei Frequenzen 50 Hz Schubspannung η dynamische Viskosität (Pa s) f abgelesener Frequenzwert α Anzeige des Messinstruments (Skt) Dr k f = Dr τ r = z α 50 τr η= 0,1 [ Pa s] Dr k Prof. Dr.-Ing. Eva Hille Seite 2 von 5

3 3 Versuchsaufbau Rotationsviskosimeter Thermostat Schmieröl Bild: Rotationsviskosimeter 4 Versuchsdurchführung Eine Substanz, meist Schmieröl, soll auf sein viskoses Verhalten bei Temperaturänderung untersucht werden. Die Messungen sollen im Temperaturbereich von 20 C bis 80 C durchgeführt werden. Die Erhöhung der Temperatur ist in Abständen von 5 C vorzunehmen. Nach Erreichen der Prüftemperatur muss fünf Minuten gewartet werden um den Wert abzulesen. 5 Versuchsauswertung 5.1 Berechnen Sie für das zu untersuchende Öl die Viskosität. 5.2 Stellen Sie die Werte im V-T-Diagramm graphisch dar. (Maßstab beachten!) 5.3 Bestimmen Sie mit Hilfe des V-T-Diagrammes den günstigsten Arbeitsbereich für die untersuchte Substanz. Prof. Dr.-Ing. Eva Hille Seite 3 von 5

4 6 Kontrollfragen 6.1 Welche Bedeutung hat das Viskositäts-Temperatur-Verhalten von Schmierölen für die praktische Anwendung? 6.2 In welchen Maßeinheiten wird die Viskosität gemessen? 6.3 Welcher Unterschied besteht zwischen der dynamischen und kinematischen Viskosität? 6.4 Warum ist die Viskosität von der Temperatur abhängig? 7 Literatur DIN ; : Messung von Viskositäten und Fließkurven mit Rotationsviskosimetern Teil 1: Grundlagen und Messgeometrie Prof. Dr.-Ing. Eva Hille Seite 4 von 5

5 Auswertungsblatt Viskositätsmessung mit dem Rotationsviskosimeter Datum:... Mess T in C Stufe Bereich:... Mess- Nr z α Dr Dr k τ r η F (Hz) Maßstab für das Diagramm:... Prof. Dr.-Ing. Eva Hille Seite 5 von 5

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