RHEOTEST Medingen. Rheometer RHEOTEST RN - Anwendung Schmierstoffe. Aufgabenstellung im Forschungs- und Entwicklungsbereich

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1 RHEOTEST Medingen Rheometer RHEOTEST RN - Anwendung Schmierstoffe Aufgabenstellung im Forschungs- und Entwicklungsbereich Die Fließeigenschaften bestimmen allein oder beeinflussen wesentlich die beiden wichtigsten Funktionen von Schmierstoffen: Reibung vermindern Verschleiß minimieren Andere Schmierstofffunktionen sind: Abdichten von Räumen (z.b. Explosionsraum von Verbrennungsmotoren) hydrodynamische Übertragung von Kräften Fließen zur Schmierstelle und zurück Kühlung der Schmierstelle Schutz von Lagern vor Verunreinigungen und Nässe Zur Erfüllung dieser Funktionen sind sehr unterschiedliche Fließeigenschaften zu bestimmen und zu definieren. Dies sind vor allem: die Viskosität als Funktion von Temperatur, Schergefälle und Scherdauer die Fließgrenze als Funktion von Temperatur und vorheriger Belastung Die optimalen Fließeigenschaften sind für jeden Einsatzfall individuell zu ermitteln und entsprechende Schmierstoffe bereitzustellen. Aufgabenstellung im Qualitätskontrollbereich die Qualitätskontrolle dient primär zur reproduzierbaren und messtechnisch korrekten Erfassung der Fließeigenschaften die gemessenen rheologischen Kennwerte müssen eine gute Vergleichbarkeit innerhalb der Produktpalette eines Herstellers gewährleisten und auch gegenüber Kunden und Lieferanten messtechnisch nachweisbar sein Reproduzierbare und real vergleichbare Messergebnisse bedingen den Einsatz genormter Messverfahren, die auch die thermische und mechanische Vorbehandlung des Messgutes berücksichtigen. Zur Auswertung sollten anerkannte Auswertealgorithmen verwendet werden. RHEOTEST Medingen GmbH Medingen Rödertalstr. 1 D Ottendorf-Okrilla Telefon: +49-(0) internet:

2 Schmieröle ohne Zusatz von Additiven sind Newtonsche Fluide. Die dynamische Viskosität ist eine Stoffkonstante. Es muß nur die Viskositäts- Temperatur-Abhängigkeit ermittelt werden Schmieröle mit polymeren Additiven haben nicht-newtonsches Fließverhalten. Das heißt, die dynamische Viskosität ist in Abhängigkeit von Schergefälle und Temperatur zu bestimmen. Manchmal wird auch nur das Viskositäts-Temperatur-Verhalten des Messgutes bei konstantem Schergefälle überprüft Schmieröle mit suspendierten Feststoffen - vor allem Schmierfette und Pasten - haben eine Fließgrenze: - die Fließgrenze ist abhängig von der vorherigen Belastung und der Temperatur - die Viskosität ist abhängig von Schergefälle, Scherdauer und Temperatur Messverfahren Messverfahren zur Bestimmung der Temperatur- und Schergeschwindigkeitsabhängigkeit der Viskosität Schergeschwindigkeitsgesteuerte Versuche (Controlled Rate Tests - CR-Tests) Vorgabe eines konstanten Schergefälles und Änderung der Temperatur zur Messung der Viskosität in Abhängigkeit von der Temperatur Beispiel: siehe Bild 1 Gleichgewichtsfließkurve bei verschiedenen Temperaturen zur Bestimmung der Abhängigkeit der Viskosität von Schergeschwindigkeit und Temperatur (z.b. GOST Methode A und B) Beispiel: siehe Bild 2 Messverfahren zur Bestimmung der Scherstabilität Schergeschwindigkeitsgesteuerte Versuche (Controlled Rate Tests - CR-Tests) Vorgabe eines konstanten Schergefälles und Änderung der vorherigen Scherbelastung zur Messung des relativen, irreversiblen Viskositätsverlustes Beispiel: siehe Bild 3 Messverfahren zur Bestimmung der Fließgrenze Schubspannungsgesteuerte Versuche (Controlled Stress Tests - CS-Tests) Lineare, schubspannungsgesteuerte Rampen zur Messung der Fließgrenze in Abhängigkeit von Temperatur und vorheriger Belastung Beispiel: siehe Bild 4 Messverfahren zur Untersuchung des schergeschwindigkeits- und zeitabhängigen Fließverhaltens Schergeschwindigkeitsgesteuerte Versuche (Controlled Rate Tests - CR-Tests) Schergeschwindigkeitsgesteuerte Sprungversuche (Step-Change-Tests) zur Bestimmung von Strukturabbau bzw. Strukturaufbau Beispiel: siehe Bild 5 Lineare, schergeschwindigkeitsgesteuerte Rampen auf- und abwärts, zur Untersuchung der schergeschwindigkeits- und zeitabhängigen Fließeigenschaften (Thixotropie) Beispiel: siehe Bild 6

3 Bestimmung von Viskositäts-Temperatur-Abhängigkeit und Viskositäts-Schergeschwindigkeits-Abhängigkeit Bild 1 Viskositäts-Temperatur-Abhängigkeit von Motorenölen Bild 2 Dynamische Viskosität von Schmierfetten nach GOST Methode A - Für die Anwendbarkeit eines Schmieröls sind die für die Praxis relevanten Extremfälle zu untersuchen: die maximale Viskosität bei der niedrigsten Temperatur die minimale Viskosität bei der höchsten Temperatur Zur Beurteilung des Viskositäts-Temperatur-Verhaltens werden absolute Größen verwendet, die die Steilheit des Viskositätsabfalls mit ansteigender Temperatur kennzeichnen oder relative Kennzahlen, die die Temperaturabhängigkeit des betreffenden Schmieröles mit der Temperaturabhängigkeit von Bezugsölen vergleichen.

4 Bestimmung des relativen, irreversiblen Viskositätsverlustes Schmierstoffe sind in der Praxis häufig sehr großen Scherkräften ausgesetzt. Diese führen bei Schmierstoffen mit Additiven zu einem irreversiblen Viskositätsverlust. Der Viskositätsverlust wird bestimmt, indem der Viskositätswert des unbelasteten Schmierstoffes mit den Viskositätswerten nach verschiedenen Belastungen verglichen wird. Bild 3 Abhängigkeit der Viskosität von der Belastung (Zyklenzahl) Die Belastung des Schmierstoffes kann mit verschiedenen Hilfsmitteln im Labor simuliert werden. Unter Anwendungsbedingungen ist vor allem der Viskositätsverlust im Bereich der maximalen Betriebstemperatur und nach langer Belastungsdauer entscheidend.

5 Messung der Fließgrenze in Abhängigkeit von Temperatur und vorheriger Belastung Schmierfette sind disperse Schmierstoffsysteme. Die dispergierten Anteile können ein zusammenhängendes Gerüst ausbilden. Wird dieses Gerüst bei einer geringen Schubspannung nur elastisch verformt, hat es eine Fließgrenze. Die Fließgrenze muß in Abhängigkeit von der Temperatur und der vorherigen mechanischen Belastung gemessen werden. Das Messen von Fließgrenzen kann nur mit Rheometern erfolgen,die eine schubspannungsgesteuerte Versuchsdurchführung (CS-Tests) erlauben. Bild 4 Fließkurve Schubspannung als Funktion des Schergefälles Eine Fließgrenze und eine hohe scheinbare Viskosität bei geringen Schubspannungen sind charakteristische Fließeigenschaften für Schmierfette. Dadurch wird das Wegfließen des Fettes von der Schmierstelle verhindert.

6 Bestimmung von Strukturabbau bzw. Strukturaufbau und Untersuchung der schergeschwindigkeits- und zeitabhängigen Fließeigenschaften (Thixotropie) Bestimmung des Einflusses der dispersen Phase des Schmierfettes auf die Zeitabhängigkeit von Viskositätsabbau und Viskositätsaufbau sowie auf die Gleichgewichtsviskosität in Abhängigkeit von Schergefälle, Temperatur und vorheriger mechanischer Belastung. Bild 5 Abhängigkeit der Viskosität von der Zeit bei verschiedenen Schergeschwindigkeiten Bild 6 CR-Rampe auf- und abwärts (Hysteresekurve) Das thixotrope Verhalten von Schmierfetten ist ein entscheidendes Anwendungs- und Qualitätskriterium. Im Schmierspalt fettgeschmierter Lager wird sehr schnell der Endwert der scheinbaren Viskosität erreicht. Diese schergefälleabhängige Restviskosität ist eine Kenngröße für den hydrodynamischen Schmierzustand und erlaubt eine Aussage, wie lange dieser noch funktionsgerecht gewährleistet werden kann.