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.
In unserem AN 222 [1] wird die Scherviskosität eines Schmierfetts gemäß DIN 51810-1 beschrieben [1]. Im Folgenden wird die Fließgrenze dieses Material mit dem Kinexus pro+ unter den in DIN EN 51810-2 festgelegten Messbedingungen bestimmt.
Messbedingungen
In Tabelle 1 sind die in dieser Norm festgelegten Prüfparameter zusammengefasst [2]. Es werden zwei unterschiedliche Methoden beschrieben: Der Amplitudensweep kann dehnungs- oder spannungsgeregelt sein, was den beiden Methoden A bzw. B entspricht, die in der vorliegenden Application Note auch beide Anwendung finden.
Tabelle 1: Messbedingungen
| Messart | Oszillation | |
| Geometrie | Platte/Platte, Durchmesser: P25 | |
| Temperatur | 25 °C (±0,1 °C) | |
| Spaltgröße Trimmposition | 1,025 mm | |
| Messspalt | 1 mm | |
| Frequenz | 1,59 Hz (entspricht einer Winkelfrequenz ω = 10 rad/s) | |
| Methode A: Amplitude Dehnungssweep | 0,01 bis 100 % | |
| Methode B: Amplitude Spannungssweep | 0 bis 1.000 Pa | |
Messergebnisse
Abbildung 1 zeigt die Kurven der elastischen und viskosen Schubmodule G´und G” zusammen mit dem Phasenwinkel δ während des Amplituden-Dehnungssweeps. Bei geringen Deformationen befindet sich das Schmierfett im linearen viskoelastischen Bereich (LVB), wie aus dem Plateau der Kurven des Schubmoduls hervorgeht. Hier sind die Werte für G´ und G” konstant, da Schubspannung und Scherdehnung proportional sind; die aufgebrachten Dehnungen führen nicht zum Zusammenbruch der Probenstruktur. In diesem Bereich ist die elastische Komponente höher als die viskose, sodass die feststoffartigen Eigenschaften die flüssigkeitsartigen Eigenschaften des Schmierstoffs unter den ausgewählten Messbedingungen dominieren. Dieses Verhalten lässt sich auch an der Kurve des Phasenwinkels mit Werten >45 ° ableiten.
Ab einer Deformation von 0,1 % beginnt die Kurve des Elastizitätsmoduls abzunehmen. Dieser Effekt steht in Zusammenhang mit dem Beginn des Zusammenbruchs der zugehörigen (inneren) Struktur der Probe und zeigt das Ende des LVB-Bereichs (Linear Viskoelastischer Bereich) an. Die Grenze dieses Bereichs wird als Nachgiebigkeitsgrenze definiert, bei der die Scherdehnung (γY) und die Schubspannung (σY) bestimmt werden können (siehe Tabelle 2).
Ein weiterer Anstieg der DehnungDehnung beschreibt die Deformation eines Materials, das durch eine von außen einwirkende Kraft oder Spannung mechanisch belastet wird. Gummimischungen zeigen Kriech-Eigenschaften, wenn eine statische Last aufgebracht wird.Dehnung führt zu einem Übergang von G´ und G”. Dieser Punkt kann als Fließpunkt des Schmierfetts definiert werden. Werden auf das Material Dehnungen angewandt, die höher als der Fließpunkt sind, so beginnt es unter den gewählten Bedingungen, d.h. bei der verwendeten Frequenz, zu fließen.
Der Fließfähigkeitsindex ist definiert als σF/σγ. Dieser Wert gibt Aufschluss über die Sprödigkeit des Schmierfetts. In diesem Fall ist er weitaus höher als 1, was zeigt, dass das Schmierfett ein beständiges Verhalten aufzeigt. In Tabelle 2 sind alle während der Messung ermittelten Werte zusammengefasst.
Phasenwinkel
Der Phasenwinkel ist ein relatives Mass der viskosen und elastischen Eigenschaften eines Materials. Er reicht von 0° für ein vollständig elastisches Material bis hin zu 90° für ein vollständig viskoses Material.
Tabelle 2: Auswertung der Messung
Fließpunkt = Übergangspunkt der G’ und G”-Kurve | Wert für die komplexe Schubspannung | σF | 597 Pa |
| Wert für die Scherdehnung | γF | 17,8 % | |
Fließgrenze = Grenze des LVB-Bereichs | Wert für die komplexe Schubspannung | σγ | 27,3 Pa |
| Wert für die Scherdehnung | γγ | 0,06 % | |
Fließfähigkeitsindex | σF/σγ | 22 | |
LVB | Elastischer Schermodul | G’ | 4.37·104 Pa |
Viskoser Schermodul | G” | 6.73·103 Pa | |
Viskoser Schermodul | δ | 8.76 |
Wie in Abbildung 2 dargestellt, wertet die rSpace-Software die erforderlichen Werte automatisch aus.
Abbildung 3 zeigt die Kurven, die sich aus der Messung der Spannungsamplitude ergeben (Methode B gemäß DIN 51810-2). Für einen besseren Vergleich der Kurven kann auch die durch die aufgebrachte Schubspannung induzierte Dehnung auf der X-Achse dargestellt werden (Abbildung 4). Sie deutet auf die gute Reproduzierbarkeit der Messungen hin.
Zusammenfassung
Es wurden Untersuchungen an einem Schmierfett gemäß des zweiten Teils der DIN 51810-2 durchgeführt. Die anschließende Auswertung zur Bestimmung der Fließgrenze und des Fließpunktes erfolgte automatisch mit der rSpace-Software.