Tech-Tipp Viskositäten von Dämpferölen - Messungen / Hintergründe

beama

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*vll kann ein MOD das in einen anderen Bereich schieben, wenn hier unpassend - Danke*


Hallo zusammen,

Einleitung


ich habe schon einige Themen hier gefunden die sich mit dem Thema Dämpferöl beschäftigen.
z.B. hier: https://www.rc-modellbau-portal.de/index.php?threads/dämpferöl-was-wie-wo.3093/#post-55147

Ich möchte hier in diesem Thread eine Übersicht erstellen. Der Inhalt wird nach und nach erweitert. Ich bin aufgrund meines Berufs intensiv mit den Messmethoden und Geräten der Viskositätsmessung vertraut. Wir führen hier jeden Tag diverse Messungen durch.

Ziel ist es auf der einen Seite über das Thema aufzuklären und zu informieren, auf der anderen Seite eine Datenbasis für die Viskositäten der verschiedenen Öle aufzubauen. Ich habe die Möglichkeit einer präzisen und genauen Messung für Öle jeglicher Viskosität. Auch das Temperaturverhalten kann in einem Bereich von 0-60°C gemessen werden. Das ganze ist natürlich zeitaufwendig. Das soll so eine Art Langzeitprojekt werden.

Ich habe selbst ca. 15 verschiedenste Öle unterschiedlicher Hersteller die ich alle im Vergleich messen werde. Auf der anderen Seite wäre eine Unterstützung von euch super. Ich brauche für eine Messung ca. 1-2g Öl. Wenn ihr also an der echten Viskosität eurer Öle interessiert seid, könnt ihr mir Proben zukommen lassen. (Sparversand, wird man sicher einig). Vorausgesetzt das Thema stößt hier auf Interesse

So bekommen wir einen Überblick über die verschiedenen Hersteller. Das Thema Chargenschwankungen wird davon allerdings nicht erschlagen. Wenn jemand Öle eines Herstellers und einer Viskosität aber unterschiedlichen Alters hat, wäre das auch sehr interessant.

Hintergründe

Grundsätzlich werden verschiedene Angaben zur Viskosität gemacht, bzw in unterschiedlichen Einheiten angegeben.

Am verbreitesten im RC Bereich sind die Angaben in cSt (Centi Stokes) oder WT (Weight)
Desweiteren gibt es noch cPs (Centi Poise) und mPas (miliPascalsekunden)

In der ganzen wissenschaftlichen Literatur sowie auch im Laborgebrauch wird die Einheit Pas (Pascalsekunden, bzw miliPascalsekunden) verwendet, da sie auf SI Basiseinheiten basiert. Leider halten sich vor allem die Amis nicht an SI Basiseinheiten, kann man daran sehen, das immer noch Zoll, Feet, Fahrenheit etc... verwendet werden.

Hier findet man die Herleitung zu der Einheit Pas
http://www.vermes.com/de/faq/was-sind-cst-mpas-und-cps/

centiStokes (cSt) geht auf das CGS Einheitensystem zurück und centiPois (cPs) ist eine nichtgesetzliche Einheit
https://de.wikipedia.org/wiki/Stokes_(Einheit)
https://de.wikipedia.org/wiki/Poise

WT heißt weigt und ist nochmal spezieller.

Zusätzlich gibt es den Unterschied zwischen dynamischer Viskosität und die kinematischer Viskosität.

Was muss man jetzt für die Umrechnung wissen?

Gemessen wird immer die dynamische Viskosität, sie ist immer direkt abhängig von der eingebrachten Kraft und der daraus entstehenden Bewegung der Flüssigkeit (korrekt: dem Geschwindigkeitsgradienten)

Zur Erklärung ein Wort zur Messung: Man kann sich das ganz vereinfacht vorstellen: Man nehme einen Metallstab mit definierter Dicke und tauche ihn in eine Flüssigkeit, egal welche. Dann wird der mit einer gewissen Geschwindigkeit gedreht und man misst wieviel Kraft dafür notwendig ist. Man kann sich vorstellen dass bei Honig viel mehr Kraft benötigt wird als bei Wasser.

Der Messwert den ich erhalte wird dann entweder in mPas (miliPascalsekunden) oder cPs (centiPoise, keine "erlaubte" Einheit) angegeben. Wenn ich diesen Wert nun mit der Dichte der Flüssigkeit multipliziere bekomme ich die "kinematische Viskosität" welche in der Einheit cSt (centistokes) angegebn wird. Wenn die Dichte 1 ist, dann entspricht:

1 mPas = 1 cPs = 1 cSt.

Man unterscheidet zwischen der dynamischen und der kinematischen Viskosität. Die dynamische Viskosität
und die kinematische Viskosität
stehen über die Dichte
in direktem Zusammenhang:

.
http://www.vp-scientific.com/Viscosity_Tables.htm

Bei WT gibt es allerdings einen nichtlinearen Zusammenhang. Hier habe ich eine Grafik gefunden, die das sichtbar macht.
X-Achse = WT
Y-Achse = cPs

Im weiteren Verlauf werde ich immer die Einheit mPas verwenden.

Hier kann man sich übrigens noch genauer informieren
https://de.wikipedia.org/wiki/Viskosität

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http://www.hertzbrand.de/cps-in-wt-umrechnen/

Messung


...to be continued...
 
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beama

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Im zweiten Teil möchte ich nun erste Ergebnisse vorstellen und ein paar Diagramme zeigen, damit man sich vorstellen kann was die Messungen aussagen.

In einem dritten Teil werde ich dann alle Daten die ich messe, tabellarisch sammeln und vorstellen, allerdings ohne Kurven.

Messung

Zuerst etwas Vorwissen wie die Viskosität gemessen wird:

Den Effekt innerer Reibung kann man sich vereinfacht durch die Bewegung zweier übereinander liegender, verzahnter Molekülschichten vorstellen. Beim Fließen gleiten die Moleküle aneinander vorbei, und um die Verzahnung zu überwinden, benötigt man eine gewisse Kraft. Den Zusammenhang zwischen dieser Kraft und den Eigenschaften des vorliegenden Fluids definiert die Viskosität. Erkennbar wird dieser Zusammenhang besonders gut an der homologen Reihe der Alkane (kettenförmige Kohlenwasserstoffe), hier steigt die Viskosität mit der Kettenlänge und damit den zunehmenden intermolekular wirkenden Van-der-Waals-Kräften kontinuierlich an. Bei den mittleren Alkanen (ab Nonan, neun C-Atome) hat sie bereits einen Wert ähnlich dem von Wasser.

Sehr gut veranschaulichen kann man sich die Viskosität auch an folgendem Beispiel: gleitet Wind über das Wasser eines Ozeans, erzeugt dies eine Bewegung der Wasserschicht an der Oberfläche. Je tiefer man nun taucht, desto ruhiger wird das Wasser, bis man einen Punkt erreicht, wo keine Strömung herrscht. Die einzelnen Flüssigkeitsschichten bewegen sich mit unterschiedlicher Geschwindigkeit
, es entsteht ein Geschwindigkeitsgradient (siehe Abb. 1, Punkt 2).
Man stelle sich zwei im Abstand
parallel angeordnete Platten der Fläche
vor. Zwischen diesen Platten befindet sich eine Flüssigkeit, die an beiden Platten haftet. In unserer Vorstellung soll der Raum mit der Flüssigkeit in Schichten unterteilt sein. Wird nun die obere Platte mit der Geschwindigkeit
bewegt, so bewegt sich die Schicht in unmittelbarer Nachbarschaft auf Grund der Haftung ebenfalls mit der Geschwindigkeit
. Da die untere Platte ruht, ruht auch ihre Nachbarschicht. Die innenliegenden Flüssigkeitsschichten gleiten mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten aneinander vorbei. Die Geschwindigkeit nimmt von der ruhenden Platte zur bewegten zu.
Je kleiner dieser "Geschwindigkeitsgradient" desto weniger setzt die Flüssigkeit einen Wiederstand entgegen, desto geringer ist also die Viskosität

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https://de.wikipedia.org/wiki/Viskosität

Praktische bedeutet das:

Die Probe wird in einem Messgerät zwischen 2 Platten aufgebracht. Die obere dreht sich (oder ossziliert), und die Flüssigkeit im Spalt (200-500µm) wird in Bewegung gesetzt. Gemessen wird die Kraft die benötigt wird um eine definierten Weg (Umdrehung) zu überwinden.
Silikonöle sind annähernd ideale Flüssigkeiten, was bedeutet das die Viskosität unabhängig von der eingebrachten Kraft ist. Die meisten Flüssigkeiten aus dem Alltag verhalten sich anders. Beispielsweise Ketschup. Jeder kennt das. Man will was auf den Teller machen. Leichtes Klopfen bringt nix. Klopft man zu stark, ist die Flasche leer, und der Teller voll. Warum ist das so? Ketschup wird erst oberhalb einer bestimmten Kraftschwelle "flüssiger" darunter verhält es sich eher wie ein "Feststoff". (Es hilft vor dem Öffnen gut zu schütteln, dann passiert das nicht)
Silikonöle verhalten sich wie gesagt nicht so. Egal wieviel Kraft aufgebracht wird, wie hart das Auto landet oder wiviel Kraft auf das Differential wirkt. Die Viskosität ist immer gleich.

Bei dem hier verwendetet Messystem handelt es sich um ein Hochpräzisionsgerät mit dem man auch die Viskosität von Gasen messen kann.


Ergebnise

Kurze Erinnerung: Die Viskositäten der Öle werde auf den Flashen immer in cSt angegeben (kinematische Viskosität), zumindest die welche ich hier habe. Wir messen hier aber die dynamische Viskosität. Der Zusammenhang zwischen beiden liegt in der Dichte (siehe oben). Ist die Dichte =1 dann entspricht die kinematische Viskosität (cSt) der dynamischen Viskosität (mPas)

Dämpferöle

Probe: Absima Difföl 400 cSt

Messbedingungen: 23°C konstante Scherung (10/s) 120s Messdauer - 2 Messungen

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Das Absima Öl entspricht exakt der Aufschrift, Messwerte zwischen 399-402mPas, was <1% Abweichung bedeutet
(Voraussetzung: Dichte =1)




Differentialöle

Probe 1: Team Associated 10.000 cSt

Messbedingungen: 23°C konstante Scherung (10/s) 120s Messdauer - 2 Messungen

Probe 2: Mugen (?) 10.000 cSt

Messbedingungen: 23°C konstante Scherung (10/s) 120s Messdauer - 1 Messung


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Das Mugenöl 10.000cSt hat zwischen 9.960-9.980mPas passt also ebenfalls perfekt. <1% Abweichung vom angegebenen Wert
(Voraussetzung: Dichte=1)
negative Überraschung ist das Team Associated Öl, welches trotz 10.000cSt Aufschrift eine Viskosität von ca. 13.200mPas hat, eine Abweichung von >30% vom angegebenen Wert.
(Voraussetzung: Dichte=1)

Disclaimer: Da die Dichte aktuell noch unbekannt ist, kann nicht mit 100%iger Sicherheit gesagt werden welches Öl daneben liegt.

Temperaturversuch

Probe 1: Mugen (?) 10.000 cSt

Messbedingungen: 10-40°C (2°C/min Heizrate) konstante Scherung (10/s) 15min Messdauer - 1 Messung



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In dem Versuch wurde die Abhängigkeit der Viskosität von der Temperatur untersucht. Zwischen 10-40°C
Zu sehen ist ein nicht linearer Zusammenhang (Kurve flacht leicht ab)

Bei 10°C hat man eine ca. 30% höhere Viskosität
Bei 40°C hat man eine ca. 30% niedrigere Viskosität

Im nächsten Versuch habe ich die Temperatur noch weiter reduziert

Probe 2: Absima 400 cSt

Messbedingungen: 0-40°C (3°C/min Heizrate) konstante Scherung (10/s) 15min Messdauer - 1 Messung

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Bei 0°C hat man eine ca. 70% höhere Viskosität
Bei 10°C hat man eine ca. 27% höhere Viskosität
Bei 40°C hat man eine ca. 30% niedrigere Viskosität

Man sieht das sich von 10°C auf 0°C die Viskosität noch mal deutlich erhöht



Habe die gleiche Messung nochmal vom Team Associated 10.000 cSt gemacht.
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Bei 0°C hat man eine ca. 70% höhere Viskosität
Bei 10°C hat man eine ca. 28% höhere Viskosität
Bei 40°C hat man eine ca. 29% niedrigere Viskosität

Schlussfolgerungen

Zu den Messungen bei Raumtemperatur kann ich noch nicht so viel sagen da ich bisher nur wenige Öle im Vergleich gemessen habe. Das Absima passt perfekt, Mugen auch, Team Associated eher weniger. Ob das Einzelfälle oder generell so ist, wird sich in Zukunft zeigen (dritter Teil in Arbeit)

Was die Temperatur angeht: Interessant ist, das die Kurvenverläufe aller Öle nahezu identisch sind. Dieser kann wohl auf alle Öle übertragen werden.

Im Bereich 10-40°C hat man Änderungen von maximal 30%. Im Bereich 0-10°C können die Abweichungen bis zu 70% der Viskosität bei 23°C auftreten. Das ist schon recht viel.

Da diese Erkenntnisse gut übetragen werden können, werde ich mich in Zukunft auf die reinen Messungen bei 23°C konzentrieren und die Vergleiche zwischen den einzelnen Ölen und Herstellern darstellen




...to be continued...

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beama

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So,

hier kommt wie versprochen der dritte Teil, beziehungsweise Teil 1 des dritten Teils:

Nicht lange reden, hier die Ergebnisse:

Links Hersteller und Name, dann die gemessene Viskosität, neben der Soll Viskosität.

Dann habe ich die Abweichung in % ausgerechnet und farblich markiert.

In den letzten Spalten dann noch die Viskositäten bei hohen/niedrigen Temperaturen.

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Das meiste liegt im Rahmen. Ich für mich würde 10% Abweichung noch als ok bezeichnen.

Krasser Ausreißer ist das Absima 300er Öl. Während das 400er perfekt passt, liegt das 300er Öl bei über 500. Habe es mehrfach geprüft, kein Fehler.

Die Team Associated Öle liegen im Schnitt 30-40% drüber, relativ homogen.

Mugen Öle zeigten bis auf das 7.000er die geingste Abweichung.

Ultimate Racing waren auch gut. Nur dass 500k war doch signifikant dünner.



Sooo. Das waren alles meine Öle. Wenn ich noch weitere bekomme, nehme ich sie hier in die Liste auf.

Weitere Wünsche, Anregungen, Ideen, Fragen?

Ansonsten, Frohes Fest und schöne Feiertage.

Gruß
 

beama

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So Hallo zusammen,

jetzt gibts den Teil 4

Elektroman99 war so freundlich und hat mir seinen kompletten Satz Öle zukommen lassen. Eine komplette Reihe Ultimate Racing Öle und ein paar andere.

Fazit: Die Ultimate Öle passen im Groben und Ganzen. Ich habe auch noch die Dichte gemessen und so die kinematische Viskosität berechnet (Welche auf dem Etikett angegeben ist) . Macht aber nur ca. 2-3% aus, da die Dichte recht nah an 1 ist.

Bei den anderen gibts teils positive wie negative Überraschungen

Wer nicht alles durchgucken will: Relevant ist die 3 Spalte, da sieht man den gemessenen Wert. In der farbliche markierten Spalte sieht man die prozentuale Abweichung vom Sollwert. Alles über 10% Abweichung würde ich als zuviel sehen. Bedeutet nämlich das ein 450er Öl auch ein 500er sein kann oder auch ein 400er, je nachdem.


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Wenn ich aus den bisherigen Messungen ein Fazit ziehen wollte, dann folgendes:

1) 50er Abstufungen sind eher nicht notwendig da die Unterschiede teils von der Abweichung aufgefressen wird. Man wird also bei den potentiellen Möglichkeiten etwas getäuscht. (Beispiel 500-->550cPs sind real 508-->605 und 550-->600 sind real eher 605-->624)

2) Am besten bei einem Hersteller bleiben

3) Die Behauptung, dass die Silikonöle über einen T-Bereich sonderlich konstant sind, ist genau so eine Marketingaussage, wie das Gummibärchen Cholesterin frei sind. Ich muss noch mal ein zwei Messungen machen, aber bisher verhalten sich die Silikonöle genauso wie Mineralöle oder x beliebige andere Stoffe was die Viskositätsänderung bei Temperaturänderung angeht. von 0-40°C hat man 100% Änderung des Wertes. (22.000cPs -->10.000cPs)

Weitere Fragen, Ideen, oder sehr ihr etwas komplett anders?

Her mit eurer Meinung
 
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beama

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Also hier kommen die neuesten Messergebnisse:

Getestet wurden die Öle von Optimal Products, Proben wurden mir freundlicherweise von JonnyBravo gestellt.

https://optimal-products.de/produkt/silikonoel-1-liter-20-cst-100-000-cst/

Resultat: Oben Hui, unten Pfui

währende die Difföle noch einigermaßen passen, sind die Dämpferöle voll daneben, das 400er hat mehr als 100% Abweichung. Da ich es selbst nicht glauben konnte habe ich alles mehrfach gecheckt, und an verschiedenen Tagen gemessen. Wert passt aber.

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Die komplette Liste kann jetzt hier eingesehen werden:

https://docs.google.com/spreadsheets/d/16oNSC1g6B3-KcueCREIVO-IPquVYOQsnQ86GIylBeYw/edit?usp=sharing

bitte um kurze Bestätigung ob das funktioniert

Danke
 

beama

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Es gibt noch eine kleine Neuigkeit

Ich habe den noch ein Öl von Optimal Products gemessen, hat statt 700mPas 1670mPas. Also mehr als 100% Abweichung.

Habe es mit in die Liste aufgenommen.

edit:

ich kämpfe noch mit der Liste....

Jedenfalls haben wir so einen neuen Spitzenreiter mit 140% Abweichung vom Sollwert.

edit2:

Liste passt, habe noch ein paar Änderungen in der Berechnung gemacht und kleine Fehler geändert.
 
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