Hvad er viskositet?

Viskositet beskriver strømningsadfærd for en væske eller gas. Det afspejler omfanget af den interne friktion af partikler i en væske. Viskositet er en af ​​de væsentligste fysiske egenskaber ved en væske. Anvendelsesområderne og den mulige anvendelse af en olie bestemmes blandt andet af dens viskositet. Ikke desto mindre er viskositeten alene ikke et kvalitetsegenskab ved en olie. Den beskriver kun evnen til at skabe en smørefilm mellem to friktionspartnere.

Viskositet er relateret til væskekomponenternes molekylære struktur. For at overvinde modstanden mellem molekylerne på grund af tiltrækningskræfterne kræves en vis kraft.

Udtrykket viskositet stammer fra den viskøse juice af misteltenbæren (latin: viscum). Denne saft er så tyk og klæbrig som lim. Væsken blev brugt til at fange fugle.

Viskositetsenheder og formler

For at beregne en væskes viskositet skelnes der mellem dynamisk og kinematisk viskositet. Dynamisk viskositet er forholdet mellem forskydningsspænding og hastighedsgradient lodret i forhold til strømningsretningen. Dette kaldes også "strømningsmodstand i en væske". Den kinematiske viskositet er resultatet af forholdet mellem den dynamiske viskositet og densiteten.

Dynamic viscosityKinematic viscosity
Formula symbolsην
UnitPa·smm²/s

Væskens viskositet kan måles i henhold til ISO 3219 ved hjælp af et viskosimeter. Den anden mulighed ville være at måle med et reometer.

Med smørefedt, i modsætning til olier, er det ikke viskositeten, men konsistensen, der bestemmes. Dette gøres for eksempel ved målemetoder såsom kegle-penetration.

Eksempler på viskositet

Typiske væsker og deres viskositetsværdier er vist nedenfor. Dette muliggør klassificering af de forskellige stoffer.

Fluidη in mPa·s
Water at 20 °C1.0
Water at 25 °C0.891
Water at 5 °C1.52
Mercury at 20 °C1.55
Ethanol at 20 °C1.19
Petrol at 40 °Capprox. 0.5
Diesel at 40 °Capprox. 3.1
Engine oil at 25 °Capprox. 100
Engine oil at 150 °Capprox. 3
Heating oil at 20 °Capprox. 4-6
Bitumen at 20 °Capprox. 1011
Olive oil at 20 °Capprox. 10²
Honey at 20 °Capprox. 104
Blood at 37 °Capprox. 4-25

Temperaturafhængighed af viskositet

Væskens viskositet afhænger altid af temperaturen. En væskes dynamiske viskositet falder med stigende temperatur. Den dynamiske viskositet øges med faldende temperatur. En væske bliver mindre tyktflydende (tyndere), når den opvarmes, og den bliver mere tyktflydende (tykkere), når den bliver kold. For olier bestemmer viskositetsindekset forholdet mellem kinematisk viskositet og temperatur. Viskositeten af ​​olierne afhænger altid af temperaturen. Graden af ​​temperaturafhængighed bestemmes imidlertid af kvaliteten af ​​olien. Viskositet-temperatur opførsel af olier er ret kompleks, fordi den ikke udvikler sig lineært med temperaturen. Hver type olie viser en anden adfærd. To olier kan for eksempel have samme strømningsadfærd ved 40 ° C, men kan have helt forskellige viskositeter ved 100 ° C.

Viskositetsindeks

Viskositetsindekset (VI) er smøremidlets opførsel som en funktion af temperaturen. Det refererer til den kinematiske viskositet af en olie. Viskositetsadfærden ved 40 ° C og 100 ° C måles. I et vist omfang er viskositetsindekset også en indikation af kvaliteten af ​​en olie og tjener sammenligneligheden af ​​forskellige olityper. Olie med et højt viskositetsindeks er mindre temperaturafhængig. Olien bevarer sine smøreegenskaber i et bredere temperaturområde. Olierne med et lavt viskositetsindeks kan påvirkes stærkere af temperaturen. Deres smøreegenskaber bliver ustabile ved høje eller lave temperaturer. Da viskositetsindekset blev udviklet i 1928, var skalaen baseret på de mineralolietyper, der var kendt på det tidspunkt. Viskositetsindekset startede ved 0 (meget temperaturafhængige olier) og steg op til 100 (olier med lav temperaturafhængighed). I mellemtiden har skalaen nået værdier på op til 400, delvis på grund af moderne produktionsprocesser for temperaturstabile syntetiske olier. Derudover kan viskositetsindekset for olier øges kunstigt ved tilsætning af højtydende tilsætningsstoffer (VI-forbedringsmidler).

Oil typeVI
Mineral oil80-120
HC oil120-140
PAO oil135-160
Esters140-190
Glycol200-220

Den forskellige opførsel af olier kan gengives grafisk ved hjælp af et viskositets-temperaturdiagram (VT-diagram). Gennem matematisk transformation kan VT-opførslen repræsenteres ved hjælp af en lige linje gennem de vigtige målepunkter på 40 ° C og 100 ° C. VT-opførslen kan repræsenteres ved en matematisk transformation, som kan visualiseres i et diagram. Dette gør det muligt at se, hvilke olier der er egnede til bestemte driftstemperaturer og applikationer.

Visualization of a VT-Diagram
Exemplary representation of a VT diagram of oils with different VI

Trykafhængighed af viskositet

Ud over temperaturen afhænger viskositeten af ​​olie også af tryk. Til sammenligning er denne afhængighed imidlertid lav. Viskositeten øges med stigende tryk, dvs. olien bliver mere viskøs. Viskositetstrykets opførsel er kun vigtig fra et højt tryk på mere end 400 bar. Ved et tryk på mindre end 400 bar er viskositetsændringerne kun marginale. For bedre at klassificere den lave relevans af tryk for viskositet kan det siges, at en trykstigning på 100 bar har mindre indflydelse på olieviskositeten end en temperaturstigning på 10 ° C. Et yderligere fænomen i denne sammenhæng er, at stigningen i tryk (olie bliver mere tyktflydende) ledsages af en temperaturstigning, hvilket gør olien mere tyktflydende igen. Følgelig påvirkes viskositetstrykadfærden til en vis grad af viskositetstemperaturens opførsel.

Viskositetsændringer af olie i brug

Ikke kun ændrer olie sin viskositet på grund af temperaturpåvirkninger og tryk, men miljøpåvirkningerne under drift kan også have en varig effekt på strømningsegenskaberne. Hvis oliens viskositet afviger meget fra de oprindelige værdier for den friske olie, er dette en indikation af, at der har fundet sted en hurtigere ældning af olien. Hvis dette sker, skal olien skiftes. Viskositeten af ​​olien kan enten øges eller formindskes. Begge tilfælde ønskes ikke, fordi olien ikke længere optimalt opfylder de krævede smøreegenskaber til applikationen.

Årsager til stigningen i viskositet er:

  • Oxidation (iltindgang i olien), nedbrydning af oxidationshæmmere (additiver)
  • Forsuring
  • Dannelse af lak (dannelse af lak og slam)
  • Forurening med fremmede stoffer (forbrændingsrester, vand)
  • Brug af den forkerte olie (f.eks. Til genpåfyldning)

Årsager til et fald i viskositeten er:

  • Nedbrydning af VI-forbedringer (additiver)
  • Brændstoftilførsel til olie (fortynding af olie)
  • Brug af den forkerte olie (f.eks. Til genpåfyldning)

Viskositetsklasser af olie

Smøremidler, der anvendes i bilindustrien og industrisektoren, er opdelt i specialklasser for at klassificere dem bedre og anvende dem i overensstemmelse med kravene. Viskositeter kan klassificeres ved hjælp af sammenlignelige testparametre.

Vi skelner mellem:

  • SAE J300 for single- and multi-grade engine oils (e.g. SAE 5W, SAE 30, SAE 5W30)
  • SAE J306 for automotive gear oils (e.g. SAE 75W90)
  • ISO VG for industrial applications (e.g. Hydraulic oil HLP 46, Gear oil CLP 320)

SAE-klasser til motorolier og gearolier

SAE står for Society of Automotive Engineers. Denne organisation offentliggør den verdensomspændende klassifikation for viskositetsklasser inden for motorolier og transmissionsolier til biler.

Motorolier kan klassificeres som enkeltgradige eller multigrade olier. I tilfælde af multigradeolier er oliernes egenskaber kendetegnet ved vinter- og sommeregenskaber. En multigradeolie smører optimalt under koldstart om vinteren og sommeren og sikrer en bærende, adskillende smørefilm ved driftstemperatur (100 ° C). Derfor bestemmes den kinematiske viskositet af motorolier ved 100 ° C. Et eksempel er den udbredte multigradeolie 5W30. I modsætning hertil opfylder monogradolier som SAE 30 kun en af ​​egenskaberne.

Motorolier er klassificeret i henhold til SAE J300-specifikationen. Klassiske motorolier såsom 5W30 eller 0W40 kræver en basisolie med et højt viskositetsindeks. VI-forbedringer tilføjes under produktionen.

 

SAE classLow temperature Viscosity in mPa·sBorderline pumping temperature in °C 1)Min. low-shear rate at 100 °C in mm²/sMax. Low-shear rate at 100 °C in mm²/sHTHS 150 °C in Pa·s
0W6.200-403.8--
5W6.600-353.8--
10W7.000-304.1--
15W7.000-255.6--
20W9.500-205.6--
25W13.000-159.3--
8--4.0< 6.11.7
12--5.0< 7.12.0
16--6.1< 8.22.3
20--6.9< 9.32.6
30--9.3< 12.52.9
40--12.5< 16.32.9 2)
40--12.5< 16.33.7 3)
50--16.3< 21.93.7
60--21.9< 26.13.7

1) Koldstart sikkerhed er ca. 5 ° C over grænsepumpetemperaturen.

2) HTHS-værdien gælder for multigradeolier 0W / 5W / 10W-40.

3) HTHS-værdien gælder for multigradeolier 15W / 20W / 25W-40.

Nogle moderne højtydende motorer kræver en minimal olieviskositet ved en driftstemperatur på 150 ° C og en forskydningshastighed på 106 / s. Dette kaldes HTHS-viskositet (høj temperatur høj andel). Denne grænseværdi sikrer, at motorolierne opfylder de nødvendige smøreegenskaber ved høje temperaturer og høje hastigheder (forskydningshastighed). Grænseværdierne blev bestemt af institutter som SAE eller ACEA samt af nogle bilproducenter.

Gearolier er klassificeret i henhold til SAE J306-standarden.

SAE classLow temperature viscosity at 150.000 mPa·s in °CMin. viscosity at 100 °C in mm²/sMax. viscosity at 100 °C in mm²/s
70W-553.8-
75W-403.8-
80W-268.5-
85W-1211.0-
65-3.8< 5.0
70-5.0< 6.5
75-6.5< 8.5
80-8.5< 11.0
85-11.0< 13.5
90-13.5< 18.5
110-18.5< 24.0
140-24.0< 32.5
190-32.5< 41.0
250-41.0-

ISO VG-klasser til industrielle smøreolier

ISO VG betyder "International Organization for Standardization Viscosity Grade". I de 18 viskositetsklasser defineres en minimal og maksimal kinematisk viskositet, hvor smøremidlerne får lov til at strømme ved 40 ° C. Dette er den minimale og maksimale kinematiske viskositet. Klasserne spænder fra 2 (meget tynde) til 1500 (meget tykke).

ISO VGCenter viscosity in mm²/s at 40°CKin. viscosity min. in mm²/s at 40°CKin. viscosity max. in mm²/s at 40°C
22.21.982.42
33.22.883.52
54.64.145.06
76.86.127.48
1010911
151513.516.5
222219.824.2
323228.835.2
464641.450.6
686861.274.8
10010090110
150150135165
220220198242
320320288352
460460414506
680680612748
100010009001100
1500150013501650

Da de tre viskositetsklasser vurderes efter forskellige parametre, kan klasserne kun sammenlignes i begrænset omfang. De sammenlignende tabeller, der hidtil er etableret, er klassificeret meget groft og kan ikke vurderes som videnskabeligt korrekte. Brug kun smøremidler, der er anbefalet af producenten og ikke stole på omtrentlige specifikationer.

Contact

Heiko Stephan

Application Technology

Share this post