Ultraschallgeräte zur Prüfung der Scherstabilität von Hydraulikflüssigkeiten nach ASTM D5621

Das Standardprüfverfahren ASTM D5621 beschreibt die Prüfung der Scherstabilität von Hydraulikflüssigkeiten mittels Ultraschall sowie ihrer Viskositäten bei 40°C beziehungsweise 100°C. Um die Viskositätsstabilität von Hydraulikflüssigkeiten unter Scherbeanspruchung zu prüfen und zu bestimmen, ist ein zuverlässiges Prüfverfahren erforderlich. ASTM D5621 ist ein standardisiertes Verfahren zur Bewertung der Scherstabilität von Hydraulikflüssigkeiten mithilfe ultraschallerzeugter Scherkräfte.

Ultraschallprüfung der Scherstabilität von Hydraulikflüssigkeiten nach ASTM D5621

ASTM D5621 ist ein standardisiertes Verfahren zur Bestimmung des Viskositätsverlusts von Hydraulikflüssigkeiten unter ultraschallerzeugter Scherbeanspruchung. Dazu werden Proben der Hydraulikflüssigkeit ultraschallerzeugten Scherkräften ausgesetzt, um ihre Scherstabilität zu bewerten. Ideal für polymerhaltige Hydrauliköle und Motoröle.
Zweck: Hydraulikflüssigkeiten (spezielle Schmierstoffe), Motoröle, Getriebeflüssigkeiten für Kraftfahrzeuge, Traktorflüssigkeiten und andere Flüssigkeiten zur Kraftübertragung sind im normalen Betrieb unterschiedlich starken Scherkräften ausgesetzt. Dies kann zu Viskositätsänderungen und einem anschließenden Rückgang des Wirkungsgrads führen. Zur Verbesserung des Viskositätsindex von Hydraulikflüssigkeiten werden diesen Polymere (z.B. Kammpolymere) zugesetzt. Die Prüfung nach ASTM D5621 untersucht Viskositätsänderungen in polymerhaltigen Flüssigkeiten, die ultraschallerzeugten Scherkräften, sogenannten akustischen Scherschwingungen, ausgesetzt sind.
Anwendung: Ziel des Standardverfahrens ASTM D5621 ist es, die Viskosität der Probe unter Scherbeanspruchung zu bestimmen. Diese Prüfung ist für Hydraulikflüssigkeiten relevant, da sie als Flüssigkeiten zur Kraftübertragung Scherbeanspruchungen ausgesetzt sind. Ihr Verhalten unter bestimmten Scherbedingungen muss ermittelt werden, um die geeignete Qualität der Hydraulikflüssigkeit für den Einsatz in bestimmten Maschinen und Motoren auszuwählen.
Durchführung: Zunächst wird die Ausgangsviskosität der Hydraulikflüssigkeit bestimmt. Anschließend wird die Probe in das Prüfbecherglas gegeben, auf die Prüftemperatur temperiert und für die vorgegebene Prüfdauer mit einem Ultraschallschwinger (d. h. einem Ultraschall-Schergerät) behandelt. Danach wird die Viskosität der beschallten Probe gemessen. Der Prüfbericht führt die Ausgangsviskosität, die Endviskosität und die prozentuale Viskositätsänderung in Centistokes auf.

Ausrüstung für das Standardprüfverfahren ASTM D5621 zur Prüfung der Scherstabilität von Hydraulikflüssigkeiten mittels Ultraschall

Für die Durchführung des in ASTM D5621 beschriebenen und standardisierten Verfahrens ist eine festgelegte Ausrüstung erforderlich.

• Ultraschallgerät: ein Ultraschall-Schergerät mit fester Frequenz und Ultraschallhorn (auch als Ultraschallsonde oder Sonotrode bezeichnet). Ein typisches Ultraschallgerät für Prüfungen nach ASTM D2603 ist das UP400ST (24kHz, 400W) mit Ultraschallsonde (Horn / Sonotrode) S24d22.

Um eine gleichmäßige Leistung und wiederholbare Ergebnisse zu ermöglichen, wird folgende Zusatzausrüstung empfohlen:

• Wasser- / Eisbad: Kühlwasserbad oder Eisbad, das eine Manteltemperatur von 0°C aufrechterhalten kann.
• Temperatursensor wie PT100 (im Lieferumfang der Ultraschallgeräte UP400ST enthalten)
• Griffin-Becherglas mit 50mL, aus Borosilikatglas.
• Schallschutzgehäuse (optional): Eine Schallschutzbox (z.B. Schallschutzbox SPB-L für UP400St), die das Ultraschallhorn umschließt und den vom Ultraschall-Schergerät erzeugten Geräuschpegel reduziert.
• Viskosimeter: Jedes Viskosimeter und jedes Bad, die den Anforderungen des Prüfverfahrens D445 entsprechen, sind ausreichend.

Ultraschall-Scherprüfung nach ASTM D6080

„Das Viskositätsklassifizierungssystem für Hydraulikflüssigkeiten ist in ASTM D6080 definiert. Das Klassifizierungssystem D6080 verwendet das Standardprüfverfahren ASTM D5621 zur Prüfung der Scherstabilität von Hydraulikflüssigkeiten mittels Ultraschall, nachfolgend als Ultraschall-Scherprüfung bezeichnet, als Grundlage für die Festlegung der Viskositätsklasse von Mehrbereichs-Hydraulikflüssigkeiten (ASTM D5621). Beim Verfahren D5621 wird das polymerhaltige Öl mit einem akustischen Oszillator für 40 min beschallt. Der Polymerabbau durch das akustische Verfahren ist das Ergebnis der energiereichen Bildung und des Kollapses von Hohlräumen innerhalb der Flüssigkeit, wie sie bei Kavitation in Flüssigkeiten auftreten können. Es hat sich gezeigt, dass dieses Verfahren zur Bestimmung des bleibenden Viskositätsverlusts Viskositätsänderungen hervorruft, die denen beim Einsatz von Flügelzellen-, Zahnrad- und Kolbenpumpen ähneln. Auch über Korrelationen mit dem volumetrischen Wirkungsgrad von Pumpen wurde berichtet. Flüssigkeiten mit hohem Viskositätsindex, die bei der Ultraschall-Scherprüfung einen geringeren bleibenden Viskositätsverlust aufwiesen, führten zu einem höheren volumetrischen Wirkungsgrad der Pumpen.“ (Michael et al., 2018).
Michael et al. (2018) stellten außerdem fest, dass in dieser speziellen Untersuchung die Ultraschall-Scherprüfung nach ASTM D5621 am besten mit den Viskositätsmessungen am Ende der Prüfung korrelierte.

Warum Ultraschallgeräte von Hielscher für Scherstabilitätsprüfungen nach ASTM D5621?

Hielscher Ultrasonics liefert leistungsstarke Ultraschall-Schergeräte für Scherstabilitätsprüfungen nach ASTM D5621 und ASTM D2603. Mit ihrer festen Frequenz und zuverlässigen ultraschallbasierten Scherleistung eignen sich die Ultraschall-Schergeräte von Hielscher ideal zur Bewertung der Scherstabilität von Hydraulikflüssigkeiten. Die Ultraschallgeräte von Hielscher verfügen über intelligente Software und Einstellungen, die anspruchsvolle Prüfungen nach ASTM-Normen ermöglichen. Das Menü ist über ein digitales Touchdisplay oder per Browser-Fernsteuerung leicht zugänglich. Während die Frequenz fest vorgegeben ist, was für zuverlässige Beschallungsergebnisse und die ASTM-Normen wichtig ist, lässt sich die Amplitude präzise auf die gewünschte Auslenkung einstellen.
Die Kalibrierung der Ultraschallgeräte von Hielscher ist einfach und lässt sich über das durchdachte Menü schnell und unkompliziert durchführen. Alle digitalen Ultraschallgeräte verfügen über einen steckbaren Temperatursensor, der die Probentemperatur kontinuierlich erfasst und an den Ultraschallgenerator übermittelt. Dort werden alle wichtigen Beschallungsdaten wie Amplitude, Beschallungszeit und -dauer, Temperatur sowie Druck (bei montiertem Drucksensor) automatisch auf einer integrierten SD-Karte aufgezeichnet. Diese intelligenten Funktionen ermöglichen zuverlässige und reproduzierbare Ultraschall-Scherprüfungen und machen die Bedienung benutzerfreundlich und sicher.
Die Geräte von Hielscher Ultrasonics für Scherstabilitätsprüfungen entsprechen sowohl ASTM D-5621 als auch ASTM D-2603.

Das UP400St hat eine feste Frequenz von 24kHz und entspricht damit ASTM D5621. Ein typischer Aufbau für die Prüfung nach ASTM D5621 besteht aus dem Ultraschall-Schersystem UP400ST mit Ultraschallsonde (Horn / Sonotrode) S24d22.