Ultraschallgeräte für ASTM D5621 für Scherstabilitätstests von Hydraulikflüssigkeiten

Die Standardtestmethode ASTM D5621 beschreibt ein Prüfverfahren zum Testen der Scherstabilität von Hydraulikflüssigkeiten und deren Viskosität bei 40°C bzw. 100°C. Um die Viskositätsstabilität von Hydraulikflüssigkeiten unter Scherung zu prüfen und zu bestimmen, ist eine zuverlässige Prüfmethode erforderlich. Die ASTM D5621 ist ein standardisiertes Protokoll für die Bewertung der Scherstabilität von Hydraulikflüssigkeiten unter Anwendung von Ultraschall-Scherkräften.

Ultraschall-Scherstabilitätsprüfung von Hydraulikflüssigkeiten nach ASTM D5621

ASTM D5621 ist ein standardisiertes Protokoll zur Bestimmung des Viskositätsverlusts von Hydraulikflüssigkeiten unter Scherung, d.h. Ultraschallscherung. Dazu werden Ultraschall-Scherkräfte auf Proben von Hydraulikflüssigkeiten angewendet, um deren Scherstabilität zu bewerten. Ideal für polymerhaltige Hydrauliköle und Motoröle.
Zweck: Hydraulikflüssigkeiten (spezifische Schmierstoffe), Motoröle, Getriebeflüssigkeiten für Autos, Traktorflüssigkeiten und andere Kraftübertragungsflüssigkeiten sind während des üblichen Betriebs unterschiedlich starken Scherkräften ausgesetzt, was zu Änderungen der Viskosität und einer anschließenden Verringerung der Effizienz führen kann. Um den Viskositätsindex von Hydraulikflüssigkeiten zu verbessern, werden solchen Hydraulikflüssigkeiten Polymere (z.B. Kammpolymere) zugesetzt. Der Test nach ASTM D5621 untersucht Viskositätsänderungen in polymerhaltigen Flüssigkeiten, die ultraschallerzeugten Scherkräften, sogenannten Schallschervibrationen, ausgesetzt werden.
Anwendung: Ziel des Standardprotokolls ASTM D5621 ist es, die Viskosität der Probe unter Scherbeanspruchung zu bestimmen. Diese Prüfung ist für Hydraulikflüssigkeiten relevant, da Hydraulikflüssigkeiten als Kraftübertragungsfluid einer Scherbeanspruchung ausgesetzt sind. Ihr Verhalten unter bestimmten Scherbedingungen muss bestimmt werden, um die geeignete Hydraulikflüssigkeitsqualität für den Einsatz in bestimmten Maschinen und Motoren auswählen zu können.
Verfahren: Die Anfangsviskosität der Hydraulikflüssigkeit wird bestimmt. Anschließend wird die Probe dannin das Prüfbecherglas gegeben, auf die Prüftemperatur temperiert und für die angegebene Prüfzeit mit einem Ultraschallgerät (d.h. Ultraschall-Hochschermischer) behandelt. Anschließend wird die Viskosität der beschallten Probe gemessen. Im Protokoll werden die Anfangsviskosität, die Endviskosität und die prozentuale Viskositätsänderung in Centistokes angegeben.

Equipment für das ASTM D5621 Standard-Testprotokol

Um das im ASTM D5621-Protokoll beschriebene und genormte Verfahren durchführen zu können, ist bestimmtes Equipment erforderlich.

• Ultra-Sonicator: ein Ultraschall-Schermischgerät mit fester Frequenz und Ultraschallhorn (auch Ultraschallstab, Ultraschallfinger oder Sonotrode genannt). Ein typisches Ultraschallgerät, das für die Prüfung nach ASTM D2603 verwendet wird, ist der UP400ST (24kHz, 400W) mit Ultraschallhorn (Sonotrode) S24d22.

Um eine zuverlässige Durchführung und wiederholbare Ergebnisse zu ermöglichen, werden die folgenden Utensilien empfohlen:

• Wasser-/Eisbad: Kühlwasserbad oder Eisbad, das in der Lage ist, eine Manteltemperatur von 0°C zu halten.
• Temperatursensor wie z.B. PT100 (im Lieferumfang der Ultraschallgeräte UP400ST enthalten)
• Griffin 50mL Becherglas aus Borosilikatglas.
• Schallschutzbox (optional): Eine Schallschutzbox (z.B. Schallschutzbox SPB-L für denUP400St), um den vom Ultraschallgerät erzeugten Schallpegel zu reduzieren.
• Viskosimeter: Jedes Viskosimeter und Bad, das die Anforderungen der Testmethode D445 erfüllt, ist ausreichend.

Scherstabilitäts-Prüfung nach ASTM D6080

„Das Viskositätsklassifizierungssystem für Hydraulikflüssigkeiten ist in der Norm ASTM D6080 definiert. Das Klassifizierungssystem D6080 verwendet die ASTM D5621 die Standardtestmethod zur Stabilitätsprüfung hydraulischer Flüssigkeiten unter ultraschall-generierter Scherung (engl. Standard Test Method for Sonic Shear Stability of Hydraulic Fluid), im Folgenden als Schallschertest bezeichnet. Die ASTM D5621 Norm dient als Grundlage für die Definition der Viskositätsklasse von Mehrbereichs-Hydraulikflüssigkeiten (ASTM D5621). Bei dem Verfahren nach D5621 wird das polymerhaltige Öl 40 min lang mit einem Ultraschallgerät beschallt. Der Abbau des Polymers durch die Schallmethode ist das Ergebnis von energetischer Vakuumblasenbildung und Blasenimplsion innerhalb der Flüssigkeit, wie sie bei Kavitation in Flüssigkeiten auftreten können. Es hat sich gezeigt, dass diese Methode zur Bestimmung des permanenten Viskositätsverlustes ähnliche Viskositätsänderungen hervorruft, wie sie bei Flügelrad-, Zahnrad- und Kolbenpumpenanwendungen beobachtet werden. Es wurden zudem Korrelationen mit der volumetrischen Effizienz der Pumpe beobachtet. Flüssigkeiten mit hohem Viskositätsinde, die einen geringeren permanenten Viskositätsverlust im Schallschertest aufweisen, bieten einen höheren volumetrischen Wirkungsgrad der Pumpe.“ (Michael et al., 2018).
Michael et al. (2018) konnten zudem beobachten, dass für diese spezielle Untersuchung von Hydraulikflüssigkeiten die Schallschertests gemäß ASTM D5621 am besten mit den Viskositätsmessungen am Ende des Tests korrelierten.

Warum Hielscher Ultraschallgeräte für Scherstabilitätsprüfungen nach ASTM D5621?

Hielscher Ultrasonics liefert Hochleistungs-Ultraschall-Schergeräte für Scherstabilitätsprüfungen nach ASTM D5621 und ASTM D2603. Mit einer festen Frequenz und einer zuverlässigen Ultraschall-Scherleistung sind Hielscher Ultraschall-Schergeräte ideal für die Scherstabilitätsbewertung der Viskosität von Hydraulikflüssigkeiten. Hielscher Ultraschallgeräte sind mit intelligenter Software und Menü-Settings ausgestattet, welche eine anspruchsvolle und zuverlässige Prüfung nach ASTM-Normen ermöglichen. Das Menü ist über ein digitales Touch-Display oder eine Browser-Fernbedienung leicht zugänglich. Während die Frequenz fest eingestellt ist, was für zuverlässige Beschallungsergebnisse und ASTM-Standards wichtig ist, kann die Amplitude präzise auf eine gewünschte Auslenkung eingestellt werden.
Die Kalibrierung der Hielscher Ultraschallgeräte ist einfach und kann über das übersichtlich strukturierte Menü schnell und unkompliziert durchgeführt werden. Alle digitalen Ultraschallgeräte sind mit einem steckbaren Temperatursensor ausgestattet, der die Probentemperatur kontinuierlich erfasst und an den Ultraschallgenerator zurückmeldet. Dort werden alle wichtigen Beschallungsdaten wie Amplitude, Beschallungszeit und -dauer, Temperatur und Druck (bei montiertem Drucksensor) automatisch auf einer eingebauten SD-Karte aufgezeichnet. Diese intelligenten Funktionen ermöglichen zuverlässige und reproduzierbare Ultraschall-Scherversuche und machen den Betrieb benutzerfreundlich und sicher.
Hielscher Ultraschallgeräte sind konform mit den Normen ASTM D-5621 und ASTM D-2603 für Scherstabilitätsprüfungen.

Das UP400St hat eine Festfrequenz von 24kHz und ist damit konform mit ASTM D5621. Ein typischer Geräteaufbau für die Prüfung nach ASTM D5621 ist das Ultraschall-Scher-System UP400ST mit Sonotrode (Ultraschallhorn / -stab) S24d22.