Tribolex    Expertise, ervaring en creativiteit

 

Temperatuurgevoeligheid van vloeibare smeermiddelen

 

De gebruikelijke smeervloeistoffen zijn zeer gevoelig voor temperatuursveranderingen. Bij stijgende temperatuur neemt de viscositeit sterk af, bij dalende temperatuur sterk toe. Uit constructie-technisch gezichtspunt is dat een zeer onwelkome eigenschap: het bemoeilijkt het opstarten van apparatuur en brengt bij bedrijfstemperatuur het gevaar met zich mee dat er niet meer een adequate smeerfilm kan wordenopgebouwd.

Praktisch wordt dat opgelost door een viscositeit te kiezen die op de voorziene bedrijfstemperatuur toereikend is - waarmee het startprobleem bij lage temperatuur blijft bestaan.

Uit de tabel blijkt, uitgaande van een temperatuur van 20 °C, de gevoeligheid aanzienlijk te zijn. Voor de drie producten in de tabel, leidt een geringe temperatuurdaling van 20 naar 10 °C al tot een viscositeitstoename van respectievelijk 83% voor de SAE 10W-40 motorolie, 129 % voor de ISO VG 220 tandwielolie en 92 % voor de ISO VG 46 hydrauliekolie.

Bij -20 °C is de motorolie (het minst temperatuurgevoelige product) ruim 20 keer zo "dik" als bij kamertemperatuur. Omgekeerd blijkt, dat bij een temperatuursstijging van 20 tot 100 °C dat de viscositeit van de betreffende motorolie nog maar 5,6 % bedraagt van de waarde bij 20 °C.

Content on this page requires a newer version of Adobe Flash Player.

Get Adobe Flash player

Verband tussen viscositeit en temperatuur

Er zijn vele formules in omloop die het verband tussen temperatuur en viscositeit proberen weer te geven. Een van de bekendste is de formule van McCoull-Walther:

Content on this page requires a newer version of Adobe Flash Player.

Get Adobe Flash player

In deze empirische formule wordt een verband gelegd tussen de absolute temperatuur en de kinematische viscositeit. De formule is interessant, omdat deze de basis vormt van een speciaal type grafiek die veel gebruikt wordt om het viscositeit-temperatuur verloop van een smeermiddel weer te geven.

Wanneer namelijk de kinematische viscositeit op de vertikale as wordt afgezet op een dubbellogarithmische schaal en horizontaal de absolute temperatuur wordt weergegeven op een enkellogarithmische schaal, kan, uitgaande van twee gemeten waarden, een rechte lijn worden getrokken die het viscositeit-temperatuur verloop weergeeft.

Content on this page requires a newer version of Adobe Flash Player.

Get Adobe Flash player

De bovenstaande manier van weergave is algemeen gangbaar, en ook niet onjuist. Het is wel zaak goed de schaalverdeling in het oog te houden. Door de dubbellogarithmische vertikale schaal wordt het indikkende effect van temperatuursverlaging "dubbellogarithmisch platgeslagen".

Viscositeitsindex

Er is gezocht naar manieren om de mate van temperatuurgevoeligheid eenvoudiger weer te geven. De meest verbreide methode daarvoor is de berekening van de zogenaamde viscositeitsindex. Dat is een dimensieloos getal dat de gevoeligheid voor temperatuursveranderingen van een smeervloeistof weergeeft - in vergelijking met twee referentievloeistoffen die bij 100 °C dezelfde viscositeit hebben als de vloeistof waarvan de viscositeitsindex moet worden bepaald..

De ene referentievloeistof is buitengewoon temperatuurgevoelig en heeft arbitrair de viscositeitsindex 0 gekregen, de andere referentievloeistof is aanzienlijk minder temperatuurgevoelig en heeft per definitie de viscositeitsindex 100. Door de te onderzoeken vloeistof te vergelijken met de twee bijbehorende referentievloeistoffen kan de viscositeitsindex ("VI") worden berekend.

Content on this page requires a newer version of Adobe Flash Player.

Get Adobe Flash player

Daarbij schuilt een addertje onder het gras. Vanwege het feit dat voor iedere viscositeit bij 100 °C een andere set referentievloeistoffen wordt gebruikt, zijn de VI's van producten met verschillende viscositeit onderling niet vergelijkbaar.

Onderstaande tabel maakt dat duidelijk.

Content on this page requires a newer version of Adobe Flash Player.

Get Adobe Flash player

De vier getoonde tandwielsmeermiddelen hebben alle een VI van 100. De mate van temperatuurgevoeligheid verschilt echter, zoals blijkt uit de waarden van het quotient van de kinematische viscositeit bij 40 en bij 100 °C.

In het voorbeeld is er een verschil van ca 45% tussen de temperatuurgevoeligheid van het ISO VG 100 en ISO VG 320 product, ondanks dat ze dezelfde VI hebben.

Het verschil is het directe gevolg van het gebruik van steeds een andere set referentievloeistoffen. Om dat te voorkomen wordt bijvoorbeeld bij siliconenproducten niet de VI opgegeven maar de viscositeit/temperatuur coëfficient.