Einführungs-Laborpraktikum

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Irmgard Lange
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1 MUT HAW Hamburg Fakultät Technik und Informatik Department Maschinenbau und Produktion Labor für Maschinenelemente und Tribologie S 11 Dipl.-Ing. Snezhana Kolarova Dipl.-Ing. Niels Eiben Dipl.-Ing. Thomas Rieling Einführungs-Laborpraktikum Datum/Semestergruppe 1. Teilnehmende(r). Teilnehmende(r) 3. Teilnehmende(r) geprüft: Vorbemerkung Die Versuche des Einführungslabors sind gemäß der jeweils im Skript vorhandenen Beschreibung durchzuführen. Das Skript stellt einen Teil des Versuchsprotokolls dar und soll so als Beispiel für die Anfertigung einer Ausarbeitung dienen. Von den Studierenden sind im Anschluss an die Laborveranstaltung jeweils ein Messprotokoll und eine gegliederte Auswertung (Kapitel 5. xx) anzufertigen, die während der Laborveranstaltung mithilfe der Anhänge 1 und vorbereitet werden sollen. Die Abgabe der gesamten Unterlagen soll spätestens 14 Tage nach der Versuchsdurchführung erfolgen. Versuch E03: Schmierfett-Konsistenz am Penetrometer Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Messprinzip Einordnung der Messergebnisse... Versuchsdurchführung Auswertung und Aufgaben Literaturverzeichnis...4 Anhang 1: Messdatenprotokoll...5 Anhang : Notizen zur Auswertung Auswertungs- und Antwortteil der Studierenden 1

2 1 Einleitung Ein Penetrometer ist ein Messinstrument, mit dem die Eigenschaften hochviskoser, plastisch verformbarer Stoffe untersucht werden können. Ursprünglich wurde die Messmethode in der Mineralölindustrie für Bitumen, Wachse und Schmierfette entwickelt, doch inzwischen finden ähnliche Messverfahren auch z. B. im Lebensmittel- und Kosmetikbereich Anwendung Messprinzip Ein nadel- oder kegelförmiger Prüfkörper (Abb. 1) wird, verschraubt mit einem Fallstab, direkt über der Oberfläche einer Probe positioniert. Anschließend wird die Arretierung gelöst und der Prüfkörper sinkt unter dem Eigengewicht während einer vorgewählten Zeitspanne in das zu untersuchende Material. Die Eindringtiefe gemessen in 1/10 mm, ist ein objektives Maß für die Konsistenz bzw. Festigkeit der untersuchten Substanz. Abb. 1: Konusmaße nach ASTM 1 D1403, IP 310, ISO 3 137, DIN [1] 1 American Society for Testing and Materials Institute of Petroleum (London) 3 Internationale Organisation für Normung 4 Deutsches Institut für Normung (Berlin) Im vorliegenden Fall wird mit dem ¼-Konus Nr gearbeitet, der im Bereich der Schmierfette eher für relativ weiche Proben geeignet ist und den Vorteil hat, dass nur sehr kleine Probenmengen erforderlich sind. Die für die Gewichtskraft relevanten Massen betragen für den Fallstab 47,5 g und den Konus 1,08 g. 1. Einordnung der Messergebnisse Die Messergebnisse können zur Vergleichbarkeit der Konsistenz und der damit verbundenen Einteilung der verschiedenen Schmierfette in NLGI 5 -Klassen in Zahlenwerte P [-] für die Walkpenetration nach ASTM D17 mit einem Vollkonus umgerechnet werden: P = 3,75 p + 4 mit ¼-Konus-Messwerten p [0,1 mm] (1) Die Werte für P müssen auf die Messbedingungen bezogen angegeben werden; übliche Bedingungen sind eine Probentemperatur von 5 C sowie die vorherige Bearbeitung mit einem Fettkneter (60 Hübe) bzw. die Messung ohne vorherige Beanspruchung des Fettes. Schmierfette als Gemisch aus Basisöl, Seifenfasern und Additiven weisen abhängig von der Temperatur und der Vorbeanspruchung veränderliche Eigenschaften auf. Die durch innere Anziehungskräfte ausgebildete Struktur wird im allgemeinen bei steigender thermischer und mechanischer Beanspruchung schwächer ("weicher") und die Erholung nach Rücknahme der Beanspruchung erfolgt oft nicht vollständig bzw. erfordert Zeiträume von wenigen Sekunden bis hin zu vielen Stunden. 5 National Lubricating Grease Institute (Kansas City)

3 Versuchsdurchführung Vorab sei darauf hingewiesen, dass Sie an einem sehr empfindlichen Messgerät arbeiten. Achten Sie insbesondere darauf, dass Sie den Konus immer gegen unbeabsichtigtes Fallen sichern, da die Spitze sonst beschädigt werden kann. Achten Sie auch darauf, dass Sie sich nicht an der Spitze verletzen! In Abb. ist das Messinstrument mit seinen Einzelteilen dargestellt. Anhand der Abbildung und der folgenden Versuchs Anleitung können nun Messungen durchgeführt werden. a) Schalten Sie das Gerät (4) an der Rückseite ein. Die Beleuchtung (7) ist damit automatisch eingeschaltet und die Anzeige (5) erscheint in der Grundstellung mit folgenden möglichen Angaben: 50 mm oberes Limit 0 mm unteres Limit 5,0 sec Eindringzeit 0,0 sec vorgeschaltete Pausenzeit c---- C- Wert für 80g- Unilever- Methode (nicht verwenden) mm Eindringtiefe (noch ohne Wert) Die folgenden Schritte sollen möglichst in gleicher Zeitabfolge und mit den gleichen Handgriffen erfolgen, damit sich die Probenstruktur vor jeder Messung in einem ähnlichem Zustand befindet. b) Halten Sie die Reset-Taste (18) kurz gedrückt und schieben Sie dabei die Fallstab-Konus-Kombination bis zum oberen Anschlag. Bei Freigabe der Reset-Taste ist der Stab arretiert. c) Rühren Sie eine der gegebenen Fettproben im Vorratsbehälter kräftig durch, entnehmen Sie mit einem Spatel das Material und befüllen Sie das Probengefäß vollständig. Streichen Sie die Oberfläche glatt. d) Stellen Sie das zu untersuchende Material in den Winkel auf der Kunststoffunterlage und platzieren Sie die Probe möglichst zentrisch unter dem Konus (4). e) Senken Sie den Feintrieb (13) bis zum Anschlag ab und fahren Sie dann die Messeinrichtung mit dem Grobtrieb (9) soweit in Richtung Probe bis die Spitze die Probenoberfläche minimal berührt. f) Fixieren Sie (ohne große Kraftanstrengung!) die Messvorrichtung mit der Klemmschraube (1), denn diese Einstellung wird für die folgenden Messungen übernommen. g) Lösen Sie den Fallstab durch die Start-Taste (0) aus und erfassen Sie den Wert für die Eindringtiefe (5), der nach 5 Sekunden Messzeit angezeigt wird. h) Zur Freigabe der Probe (Wechsel / Glätten der Oberfläche) ist nun nur noch der Feintrieb (13) auf- bzw. abzufahren. i) Bereiten Sie die Probe für eien Wiederholungs-Messung vor, indem Sie den Konus vorsichtig (Verletzungsgefahr!) mit einem Papiertuch und ein wenig Ethanol reinigen, das Probengefäß auffüllen und die Oberfläche glattstreichen. h) Eine gründliche Reinigung des Probengefäßes (mit Ethanol) muss nur dann erfolgen, wenn eine andere Schmierfettprobe untersucht werden soll. 3

4 Abbildung : Penetrometer PNR 10 [] 3 Auswertung und Aufgaben Nutzen Sie für die Dokumentation der Messreihen das anhängende Messprotokoll. a) Berechnen Sie die Penetrationswerte gemäß ASTM-Norm (bzw. Gleichung 1) für jede Probe und bestimmen Sie den Median (mittleren Wert) der Messreihe. b) Berechnen Sie den Mittelwert und die Standardabweichung für die Penetrationswerte jeder Messreihe. c) Versuchen Sie, im Internet eine Einteilung für Konsistenzklassen von Schmierfetten zu finden und die untersuchten Proben einer Klasse zuzuordnen. d) Vergleichen Sie die Median und Mittelwert welcher Wert entspricht Ihrer Meinung nach eher der wahren Konsistenz. e) Welche Einflüsse führen Ihrer Meinung nach zu Messfehlern und welchen Einfluss hat die Temperatur? 4 Literaturverzeichnis [1] Informationsschrift der Fa. Petrotest, Dahlewitz, "Penetration & Textur Prüfgeräte PNR", [] Bedienungsanleitung zum PNR 10 der Fa. Petrotest, Dahlewitz, 004 4

5 Anhang 1: Messdatenprotokoll Messdatenprotokoll zur Konsistenzbestimmung am Penetrometer (Kon4P-a) Probe 1: Probe : Nr. (n i ) Messw. [mm] Rechenw. P i [-] Quadrate P i Messw. [mm] Rechenw. P i [-] Quadrate P i n = 0 P m Mittelwert Summe Mittelwert Summe s(p) Median Miedian Miedian T [ C] T [ C] Start Ende T [ C] Start Ende Arithmetischer Mittelwert: P m = ΣP i / n Standardabweichung der Stichprobe vom arithmetischen Mittelwert: s(p) = ((ΣP i - n P m ) / (n-1)) 0,5 Median: mittlerer Wert einer der Größe nach geordneten Messreihe (also z. B. der 4. von 7) 5

6 Anhang : Notizen zur Auswertung Auswertungsblatt zur penetrometrischen Konsistenzbestimmung (E03) d) Messdatenvergleich e) Diskussion der Messergebnisse und Beurteilung der Messfehler 6

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