Einleitung
Die rheologischen Eigenschaften von Materialien sind hilfreich, um deren Verhalten im Prozess zu verstehen und vorherzusagen. So spielen sie zum Beispiel eine Rolle in Zusammenhang mit der Schmierfähigkeit, Pumpfähigkeit und Fließgrenze von Schmierfetten.
Messbedingungen
Im Folgenden wird die Scherviskosität eines Schmierfetts mit dem Kinexus pro+ unter den in der Norm DIN 51810-1 beschriebenen Messbedingungen bestimmt. In Tabelle 1 und Abbildung 1 sind die darin festgelegten Prüfparameter zusammengefasst.
Tabelle 1: Messbedingungen
| Geometrie | CP1/25 (Kegel/Platte-System: Kegelwinkel: 1°, Plattendurchmesser: 25 mm) | |
| Temperatur | 25 °C (± 0,1 °C) | |
| Messspalt | 24 μm | |
| Messprogramm | Phase t1: 1 min im Ruhezustand (0 Pa) | |
Phase t2: 1 min Vorscherung (100 s-1) | ||
Phase t3: 2 min im Ruhezustand (0 Pa) | ||
Phase t4: Linearer Anstieg der Scherrate 0 bis 1000 s-1 in 1 min | ||
Phase t5: 5 min bei konstanter Scherrate (1000 s-1) | ||
Messergebnisse
Das für jede angelegte Scherrate erforderliche Drehmoment wird gemessen, welches von der Kinexus rSpace-Software automatisch zur Bestimmung der Schubspannung umgerechnet wird. Zur Berechnung der Scherviskosität werden dann Scherrate und Schubspannung unter Verwendung der folgenden Gleichung herangezogen:
Abbildung 2 zeigt die angelegte Scherrate (orange Kurve) und die resultierende Scherviskosität (blaue Kurve). Wie erwartet liegt die Scherviskosität bei Null, wenn keine Schubspannung angewandt wird (Phase t1). Eine Erhöhung der Scherrate auf 100 s-1 führt zu einem gemessenen Anstieg der Scherviskosität auf 7,5 Pa·s (Phase t2). Die Antwort der Probe auf die folgende Beendigung jeglicher Verformung führt zur sofortigen Rückkehr der Scherviskosität auf einen Wert von effektiv Null (Phase t3). Der lineare Anstieg der Scherrate (Phase t4) verdeutlicht das strukturierte und scherverdünnende Verhalten des Schmierfetts: Im Allgemeinen nimmt bei einem scherverdünnenden Verhalten die Scherviskosität mit steigender Scherrate ab. Die Reaktion des untersuchten Materials auf die aufgelegte konstante Scherrate von 1000 s-1 (Phase t5) spielt hinsichtlich der Scherviskosität eine große Rolle, da sie zeigt, ob die Scherviskosität konstant bleibt bzw. wie stark sie sich unter der aufgelegten Scherrate ändert.
Die Norm DIN 51018-1 gibt an, wie diese Änderung der Schervikosität ηrel während des letzen Schrittes zu quantifizieren ist. Dazu werden die Scherviskosität bei 2 s (ηA) und bei 300 s (ηB) nach Beginn der fünften Phase sowie die relative Viskositätsänderung zwischen beiden Werten angegeben. Die relative Viskositätsänderung ist definert als:
Die für die Messungen und Auswertung eingesetzte leistungsfähige rSpace-Software kann diese Parameter automatisch bestimmen. Abbildung 3 zeigt die aus der rSpace-Software extrahierte Tabelle mit den erforderlichen Werten der Scherviskosität bei 2 s und 300 s sowie die resultierende relative Viskositätsänderung ηrel von 0,7 %. Dieser niedrige Wert von unter 1 % weist darauf hin, dass sich die Probe sehr schnell an die angelegte Scherrate anpasst.
Zusammenfassung
Ein Schmierfett wurde gemäß der in DIN 51810-1 beschriebenen Bedingungen gemessen. Die Auswertung erfolgte automatisch auf Basis einer Messmethode, in der zur einfachen und schnellen Durchführung von Messungen inklusive einer benutzerunabhängigen Ermittlung von Ergebnissen eine entsprechende Analyse eingebunden werden kann.