Öl/Viskosität: Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 18. August 2013, 18:27 Uhr

Wie bereits im Öl-Artikel geschrieben, gibt die Viskosität das innere Reibungsverhalten einer Flüssigkeit an. Anders Ausgedrückt, es ist der Widerstand, den eine Flüssigkeit einem auf sie wirkenden Druck entgegensetzt. Die technische Definition der Viskosität ist das Verhältnis des Drucks (Schubkraft) und der daraus resultierenden Geschwindigkeit der Flüssigkeit (Schergeschwindigkeit). Es wird zwischen der kinematischen und dynamischen Viskosität unterschieden.

Kinematische Viskosität

Definiert ist sie als Fläche pro Zeit, also Quadratmeter/Sekunde.
Die SI Einheit ist m²·s^-1
Das Formelzeichen für die kinematische Viskosität ist: ν Die üblicherweise verwendete Maßeinheit ist dasd Stokes, bzw. Centistokes (cSt).

Viskositätsbestimmung

Die kinematische Viskosität kann messtechnischt ermittelt werden. Dazu wird entweder eine Kugel mit bekannter Masse und bekanntem Umfang in die Flüssigkeit fallen gelassen und die Sinkgeschwindigkeit gemessen. Oder die Flüssigkeit läuft durch eine Öffnung mit bekannter Größe und die Zeit wird gemessen, in der eine bestimmte Menge durch diese Öffnung geflossen ist. Somit brücksichtigt diese Angabe auch die Schwerkraft als Einflussfaktor.

Dynamische Viskosität

Sie ist definiert als Kraft mal Zeit pro Fläche, also Newton·Sekunde/Quadratmeter. Normalerweise ist die dynamische Viskosität gemeint, wenn von Viskosität gesprochen wird. Eine Flüssigkeit hat die Viskosität 1 Pas, wenn eine Kraft von 1 N benötigt wird, eine Platte von 1 m² über eine zweite Platte, mit 1 m Abstand dazwischen, mit 1 m/s zu verschieben. Das Formelzeichen für die dynamische Viskosität ist: η (oft auch μ).
Als Formel ausgedrückt: 1 N = η·(m²·m/m·s). Stellt man dies nach der Viskosität η um, ergibt sich die SI Einheit η = N·s·m^-2. Häufiger wird jedoch die Einheit Pascalsekunde (Pas) verwendet, also Pa·s. 1 Pa = 1 N·m^-2.

Da eine Flüssigkeit mit 1 Pas sehr zähflüssig ist (Sirup hat ca. 20 Pas), werden für Motor- und Getriebeöle oft kleinere Einheiten genommen, meistens Millipascalsekunde (mPas) oder Centipoise (cP): 1 Pas = 1.000 cP.

Bedeutung der Viskosität

Je zähflüssiger eine Flüssigkeit ist, desto höher ist deren Viskosität und desto höher ist der Widerstand gegen die auf sie wirkende Kraft. Die Viskosität ändert sich insbesondere mit der Temperatur der Flüssigkeit. Je wärmer der Stoff ist, desto geringer wird seine Viskosität. Dieser Effekt ist bei Ölen besonders ausgeprägt. Ein Unterschied von 100° Celsius kann eine Änderung der Viskosität von über 90% ausmachen. Und diese Temperaturdifferenz ist in einem Motor nicht ungewöhnlich (siehe SAE Tabelle).
Flüssigkeiten mit hohen Viskositäten können besser Drücke aufnehmen. Dafür fliessen sie langsamer. Je nach Betriebszustand, Temperatur und Schmierstelle müsste es idealerweise jeweils ein Öl mit entsprechender Viskosität geben. Da dies jedoch nur schwer möglich ist, müssen dem Öl die entsprechenden Eingenschaften über Additive hinzugefügt werden. So wird es im kalten Zustand möglichst flüssig gehalten, um schnell zu den Schmierstellen gepumpt werden zu können. Bei normalen Fahrzeugmotoren setzt die Schmierstoffförderung ja erst mit dem Motorstart ein.
Aber die zunehmende Verflüssigung durch die steigende Temperatur muss eingedämmt werden, da sich sonst Schmierfilme zu schnell zurück bilden und weniger Druck durch das Öl aufgenommen werden kann (was zu einer Teil oder Grenzschmierung führt).

SAE Viskositätsklassen

Die SAE Werte (= DIN 51511) in Viskositätswerte übersetzt:

Der Werte für die Kalteigenschaften sind in cP angegeben, da hier die dynamische Viskosität getestet wird. Zum Ermitteln wird ein Cold Cranking Simulator verwendet.

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