Die beiden Methoden zum Messen und Berichten der Viskosität, die kinematische und die absolute (auch dynamische) Methode, führen oft zu Verwirrung bei denjenigen, die sie nicht regelmäßig verwenden. In dieser Kolumne erkläre ich die Unterschiede zwischen ihnen und gebe einige Tipps, wie man sie auf Gleitmittel anwendet.
absolute Viskosität
Die absolute Viskosität ist definiert als der Widerstand einer Flüssigkeit gegen Scherung oder die Fähigkeit der Flüssigkeit, einer Verformung zu widerstehen, wenn eine Kraft ausgeübt wird. Einfacher ausgedrückt: Je dicker die Flüssigkeit, desto mehr Energie ist nötig, um sie zum Fließen zu bringen. Streng genommen ist die kinematische Viskosität definiert als das Verhältnis der absoluten Viskosität zur Dichte.
Die Dichte ist eine von der Masse abgeleitete Eigenschaft, und da Masse und Gewicht praktisch überall auf der Erdoberfläche direkt proportional sind, wird die kinematische Viskosität oft als der Widerstand einer Flüssigkeit gegen die Strömung unter dem Einfluss der Schwerkraft interpretiert.
Ich stelle mir die kinematische Viskosität gerne als einen Sonderfall der absoluten Viskosität vor. Die durch die Schwerkraft eingebrachten Scherkräfte sind tatsächlich sehr gering im Vergleich zu den Scherkräften, die durch die mechanische Interaktion von Maschinenkomponenten entstehen.
Lassen Sie uns diesen Unterschied anhand eines Beispiels veranschaulichen. Angenommen, Sie haben ein Glas Honig und ein Glas Wasser auf Ihrem Schreibtisch. Die Gläser sind am Tisch befestigt, so dass sie sich nicht bewegen können. Wenn Sie in jedes Glas einen Löffel geben und mit dem Rühren beginnen, üben Sie eine Scherung in der Flüssigkeit aus.
Beachten Sie, dass diese Kräfte nicht durch die Schwerkraft verursacht werden. Sie führen also einen absoluten Viskositätstest durch. Offensichtlich ist Honig die Flüssigkeit mit dem größeren Widerstand gegen Rühren, daher können wir daraus schließen, dass die absolute Viskosität von Honig größer ist als die absolute Viskosität von Wasser. Nehmen Sie nun diese Gläser, nehmen Sie sie vom Tisch und schütten Sie sie beiseite.
Die gesamte Flüssigkeit fließt aus dem Tank. In diesem Fall wird die Kraft, die den Fluss verursacht, durch die Schwerkraft ausgeübt. Also haben wir gerade einen kinematischen Viskositätstest durchgeführt und dieser hat auch gezeigt, dass Honig eine höhere kinematische Viskosität als Wasser hat, weil er einen größeren Widerstand beim Herausfließen aus dem Glas hat.
Die Viskosität einer Flüssigkeit, ob kinematisch oder absolut, ändert sich abhängig von der gemessenen Temperatur. Daher muss die Temperatur angegeben werden, bei der die Viskosität gemessen wird.
kinematische Viskosität
Als strenge Definition des Bewegungszustands können absolute Viskosität und kinematische Viskosität direkt umgerechnet werden, wenn die Dichte der Flüssigkeit bekannt ist. Diese Beziehung kann ausgedrückt werden als:
Absolute Viskosität=kinematische Viskosität x Dichte
Zur korrekten Anwendung dieser Formel müssen entsprechende SI-Einheiten verwendet werden.
Bisher haben wir gezeigt, dass sowohl absolute als auch kinematische Viskositätstests belegen, dass Honig viskoser als Wasser ist. Schauen wir uns ein anderes Beispiel an.
Füllen Sie eines mit Honig und das andere mit Mayonnaise, indem Sie zwei identische, auf dem Tisch befestigte Gläser verwenden. Führen Sie nun einen absoluten Viskositätstest durch, indem Sie die Flüssigkeit umrühren. Tests werden zeigen, dass Honig eine viskosere Flüssigkeit ist.
Drehen Sie das Glas um und führen Sie einen kinematischen Viskositätstest durch, der zeigt, dass die Mayonnaise jetzt eine viskosere Flüssigkeit ist (Honig geht schneller aus als Mayonnaise). Was ist erstens die Erklärung für die unterschiedlichen Ergebnisse und zweitens, welche Implikationen ergeben sich daraus, zumindest was Maschinenschmierstoffe betrifft?
Unterschied
Um die unterschiedlichen Ergebnisse zu erklären, müssen wir die Newtonschen Eigenschaften der Flüssigkeit verstehen. Wenn man die Viskosität einer Flüssigkeit mit der Stärke der Scherkraft in Beziehung setzt, weisen einige Flüssigkeiten eine Viskosität auf, die unabhängig von der Stärke der ausgeübten Scherkraft ist.
Diese werden Newtonsche Flüssigkeiten genannt, wofür Honig ein gutes Beispiel ist. Die Viskositätsverteilung einiger Flüssigkeiten ändert sich mit der Stärke der erfahrenen Scherung. Diese werden als nicht-Newtonsche Flüssigkeiten bezeichnet, ein Beispiel ist Mayonnaise.
Nicht-Newtonsche Flüssigkeiten weisen bei geringer Schergeschwindigkeit hohe Viskositäten auf (kinematischer Viskositätstest). Wie beim absoluten Viskositätstest nimmt die Viskosität nicht-newtonscher Flüssigkeiten ab, wenn die Flüssigkeit stärker geschert wird.
warum es wichtig ist
Was bedeutet das also für Schmierstoffe?
1. Die meisten Schmierstoffe (siehe Ausnahmen unten) weisen nahezu Newtonsche Eigenschaften auf. Ob wir also die kinematische Viskosität oder die absolute Viskosität messen und einen Trend daraus ziehen, es gibt keinen großen Unterschied.
2. Öle, die mehr nicht-Newtonsche Eigenschaften aufweisen, sind:
Verbesserte Schmierstoffe (Öle mit Zusätzen zur Verbesserung des Viskositätsindex)
Verschlechtertes Öl
Ölemulsionen, einschließlich mäßiger Verunreinigung von Feststoffen und/oder Flüssigkeiten sowie Luftporen, die alle zu Emulsionen führen können.
3. Angesichts der Tatsache, dass mechanisch eingebrachte Scherkräfte und nicht die Schwerkraft den Fluss der Schmierflüssigkeit in einer Maschine beeinflussen, kann argumentiert werden, dass die absolute Viskositätsprüfung eine bessere Methode zur Bestimmung der Viskosität ist. Es kann jedoch auch davon ausgegangen werden, dass jeder Faktor, der Änderungen der absoluten Viskosität beeinflusst, auch Änderungen der kinematischen Viskosität beeinflussen kann.
Solange wir eine Messmethode messen und Trends (mit angemessener Reproduzierbarkeit) messen, sollten wir in der Lage sein, gute Muster in den Daten zu erhalten. Obwohl wir kinematische Viskositätsmessungen durchführen und intuitiv wissen, dass diese für die Maschine falsch sind, sind sie immer noch beliebt. Bleiben Sie also bei einer Methode. Als Scherz: Es ist besser, immer falsch zu liegen, als manchmal richtig.
4. Die kinematische Viskosität ist die gängige Methode zur Messung und Berichterstattung der Viskosität bei der Analyse gebrauchter Schmierstoffe, zumindest was die meisten kommerziellen Labore betrifft. Wie im vorherigen Absatz erwähnt, ist dies möglicherweise nicht der beste Ansatz, hat sich jedoch aufgrund seiner Geschichte und Benutzerfreundlichkeit zum vorherrschenden Ansatz entwickelt.
5. Die meisten kommerziellen Labore verwenden ein automatisiertes Viskosimeter zur Messung der kinematischen Viskosität. Die meisten Feldlaborinstrumente messen die absolute Viskosität, geben sie jedoch als kinematische Viskosität an, indem sie Annahmen zur Flüssigkeitsdichte verwenden und entsprechende Berechnungen durchführen.
Dies stellt in der Regel kein Problem dar, um Trendergebnisse zu erhalten. Es ist jedoch darauf zu achten, dass Viskositätsmessungen immer bei der gleichen Temperatur durchgeführt werden. Dies kann Raumtemperatur sein, aber stellen Sie vor dem Test immer sicher, dass das Öl in einer klimatisierten Umgebung Zeit hatte, Raumtemperatur zu erreichen.
Und versuchen Sie nicht, die Ergebnisse Ihres kommerziellen Erdöllabors zu genau mit den Ergebnissen Ihres Feldlabors zu vergleichen. Sie werden unterschiedlich sein, aber das liegt daran, dass sie unterschiedliche Dinge messen. Es sollte eine gewisse Korrelation geben, aber sie werden nicht genau gleichwertig sein.
Die Viskosität wird oft als die wichtigste Eigenschaft eines Schmierstoffs angesehen. Deshalb ist es auch wichtig, es messen und verstehen zu können. Ich hoffe, dass dies zu einem klareren Verständnis des Themas führt.
