Experimentelle Untersuchung von Schmierstoffeigenschaften (Schmierstoffrheologie)

 

Hochdruck-Quarzviskosimeter

Hochbelastete geschmierte Tribokontakte (EHD-Kontakte), wie z.B. Nocken-Stössel-Systeme, Wälzlager und Getriebe unterliegen zum Teil sehr hohen lokalen Flächenpressungen - zum Teil bis zu 2000 MPa. Unter diesen Bedingungen verändern sich die effektive Viskosität und das Fließverhalten des Schmierstoffs.

Ein leistungsstarkes Schmierstofflabor erlaubt die Untersuchung und Messung der thermophysikalischen Eigenschaften von Schmierstoffen unter Hochdruckbedingungen (15.000 bar) und Temperaturen bis 140 °C. Ein HD-Quarzviskosimeter ermittelt die Druckviskosität des Fluids unter höchster Scherbeanspruchung (Scherrate γ bis zu 106s-1möglich). Durch Verwendung von Torsionsschwingern aus SiO2-Einkristallen werden Viskositätsmessungen bei variablen Scherraten möglich. Die Dämpfung des in Schwingung versetzten Torsionsquarzes ist ein Maß für die Viskosität der den Schwinger umgebenden Substanz. Bei Kenntnis des Amplituden- und Phasengangs des Quarzes kann das Fließverhalten von Fluiden rückwirkungsfrei erfasst werden.
Eine Spezialsoftware ermöglicht die Modellierung der Druck- und Temperaturabhängigkeit von Dichte und Viskosität des Schmierstoffs als Basis für EHD – Simulationsrechnungen hochbelasteter Tribokontakte.

Ein Spezialrheometer verfügt über die Möglichkeit zur Bestimmung der komplexen Viskosität, d.h. der Aufspaltung der gemessenen Viskosität in einen realen dissipativen Anteil und einen komplexen elastischen Anteil. Für beliebige Temperaturen kann somit die vollständige Fließcharakteristik von Flüssigkeiten über einen weiten Scherratenbereich (103s-1bis 1010s-1) ermittelt werden.
Als Sensor kommt auch hier ein Schwingquarz zum Einsatz, der durch die viskosen Eigenschaften der Flüssigkeit gedämpft wird. Durch Verwendung eines Quarzviskosimeters wird die Messung der High Shear – Fluidscherung im molekularen Bereich ohne Zerstörung ermöglicht und damit eine rückwirkungsfreie "High Shear" Rheologie durchführbar. Auch die Ableitung von Fließkurven nicht-newtonscher Fluide ist möglich.

 

Beispielmessung der druckabhängigen Viskosität eines Motorenöls
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