DE736812C - Verfahren zur Pruefung der strukturellen Eigenschaften zaeher Fluessigkeiten in engen Spalten - Google Patents

Description

• Verfahren zur Prüfung der strukturellen Eigenschaften zäher Flüssigkeiten in engen Spalten Es ist bekannt, die Fließeigenschaften, vor allem die Viscosität zäher Flüssigkeiten durch eine Messung in den als Viscosimeter bezeichneten Geräten zu bestimmen, deren Wirkung in der Regel auf der zu messenden Durchfluß zeigt der Versuchsflüssigkeit durch eine Kapillarröhre oder dem Absinken eines Fallgewichtes in derselben beruht. Diese Messungen sind mit mancherlei Ungenauigkeiten behaftet, an gewisse Temperaturgrenzen gebunden und ergeben in der sogenannten dynamischen Zähigkeit nur eine teilweise Kennzeichnung der mit der Zähigkeit zusammenhängenden physikalischen Eigenschaften der zu untersuchenden Stoffe.
• Andere bekannte Zähigkeitsmesser arbeiten in der Weise, daß z. B. eine Kugel aus Metall oder anderen Stoffen in eine Pfanne von ebenfalls kugelförmiger Gestalt gelegt wird, wobei die zu prüfende Flüssigkeit zwischen Kugel und Pfanne gebracht wird. Dabei wird die Zeit gemessen, die verläuft, bis die Kugel entweder durch ihr Eigengewicht senkrecht nach unten frei abfällt oder durch eine Zugkraft nach oben gehoben wird. Auch ebene Platten werden zu einem ähnlichen Vorgang benutzt, jedoch mit der Maßgabe, daß durch Vorsprünge auf einem der Körper eine Annäherung derselben nur bis zu einem I>estimmten Abstand möglich ist.
• Allen diesen vorbekannten Verfahren ist eigentümlich, daß sie im sogenannten hydrodynamischen Gebiet arbeiten, d. h. den Schmierfilm nicht erst durch einen Andrückvorgang bestimmter Art in einen Orientierungszustand der Molekülgruppen versetzen, der eintritt, wenn die Flächen eine gewisse Zeit unter Druck einander genähert werden, bis eine dem Film eigentümliche Mindestfilmdicke erreicht ist. In diesem Zustand tritt eine Art fixierter Struktur des Filmes ein, die man als quasi kristallin bezeichnen kann und die u. a. von der Beschaffenheit der den engen Spalt einschließenden Werkstoffe stark beeinflußt wird. Beim Abreißen muß man aber zwischen der Einwirkung normaler, d. h. senkrecht zur Fläche stehender Kräfte und solchen tangentialer Art streng unterscheiden, wozu die bisher bekannten Einrichtungen keine Möglichkeit bieten. Namentlich wenn die Oberflächen kugelförmiger Art sind, wird der Film in seinen verschiedenen Teilen gleichzeitig durch Normal- und Tangentialspannungen in verschiedenem Verhältnis beansprucht, so daß die Einzelfestigkeiten daraus nicht bestimmt werden können.
• Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren, um diese Eigenschaften zu bestimmen. Dasselbe beruht auf der neuen Erkenntnis, daß, wenn man unter Zwischenschaltung einer zähen Flüssigkeitsschicht eine ebene Platte gegen eine feste Grundplatte eine Zeit lang andrückt, zwischen den beiden Platten ein Kontaktzustand hergestellt wird, der infolge einer zeitgebundenen Orientierung der Molekülgruppen der Flüssigkeit einer gegenseitigen Bewegung der Platten erhebliche Kräfte entgegensetzt. Versucht man also, nach Erreichen des Kontaktzustandes die Platten voneinander abzureißen oder parallel zu verschieben, so sind dazu bestimmte Kräfte nötig, die erst nach einer bestimmten, jeweils verschiedenen Zeit das Abreißen bewirken. Die Kräfte bzw. Abreißzeiten stehen immer in einer bestimmten gesetzmäßigen Beziehung zueinander, nämlich derart, daß das Produkt aus Abreifikraft mal Abreißzeit jedesmal eine für die betreffende Paarung charakteristische konstante Zahl ergibt. Das Wesen der Erfindung ist demgemäß darin zu erblicken, daß auf der vollkommen ebenen Oberfläche einer festen Grundplatte eine ebenfalls ebene Abreißplatte aus jeweilig verschiedenen Werkstoffen unter Zwischenschaltung einer dünnen Schicht der zu prüfenden Flüssigkeit zunächst mit einer bestimmten Kraft und über eine bestimmte Zeit angedrückt und nach Erreichen der durch das Andrücken bewirkten Grenzschichtenstruktur der Zwischenschicht durch eine äußere Kraft senkrecht oder tangential zur Fläche abgerissen wird, zu dem Zweck, die bis zum Abreißen erforderliche Zeit zu messen und daraus die strukturellen Eigenschaften der Schichten in ihrem Verhältnis zu den sie begrenzenden Oberflächen zu bestimmen.
• Nach diesem Verfahren erhält man in dem Produkt aus Abreißkraft mal Abreißzeit die Xbreißzähigkeit, d. h. eine der Viscosimeterzähigkeit äquivalente Größe, aber von anderer Größenordnung. Diese Größe ist für die Beurteilung der Festigkeitseigenschaften der zähen Flüssigkeit in der Kombination mit den den Spalt begrenzenden Flächen von großer Bedeutung.
• In den Abb. I und 2 ist eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Meßanordnung als Beispiel angegeben, und zwar in bb. I für senkrechtes ,2breißetl (Zugversuche), in Abb. 2 für paralleles Abreißen Schubversuche). Dabei bedeutet n eine feste Grundplatte aus Stahl oder anderem ÄVerkstoff mit geglätteter Oberfläche. Diese Platte ist in einen Behälter b gestellt, der mit einer Heizflüssigkeitt, Kühlflüssigkeit 0. dgl. bis dicht unter die Oberfläche der Platte gefüllt und auf eine bestimmte \7ersuchstemperatur eingeregelt wird. Auf der Oberfläche der Platte wird eine Xtersuchsflüssigkeit/z ausgebreitet. c ist die Abreißplatte, die zunächst mittels eines Hebels d, der abnehmbar ist und mit einem Gewicht belastet wird, angedriickt wird. Nach einer bestimmten Zeit wird der Hebel abgehoben und entweder eine senkrechte Zugvorrichtung e (Abb. I) oder eine waagerechte e' (Abb. 2) zur Wirkung mit einer bestimmten Zugkraft Pz bzw. Ps auf die Abreißplatte geschaltet. Nach Ablauf einer bestimmten Zeit, die gemessen wird, reißt der Kontakt plötzlich ab. Abreißkraft Pz bzw. P5, Andrückkraft Pd und Abreißzeit tA liefern dann die Gesetzmäßigkeiten, die zur Bestimmung der Eigenschaften der Flüssigkeiten bzw. der Werkstoffpaarung erforderlich sind.
• Diese Eigenschaften sind sowohl von der Temperatur wie von der Oberflächenrauhi ;, keit der beiden Platten abhängig. Das Verfahren gestattet, die Abreißzähigkeiten bei verschiedenen Werkstoffen der Platten, verschiedenen Flüssigkeiten wie auch Temperaturen leicht und schnell zu messen. Es kann aber auch zur vergleichsweisen Bestimmung des Rauhigkeitsgrades verschiedener Abreißplatten benutzt werden. Dazu ist nur nötig, die Ahreißzähigkeit einer geeichten Abreißplatte von bekanntem Rauhigkeitsgrad mittels einer gleichbleibenden Eichflüssigkeit unter gleichen Temperaturen mit derjenigen anderer Platten von anderem Rauhigkeitsgrad zu vergleichen. Man kann auf diese Weise sehr empfindlich den Bearbeitungszustand irgendwelcher Oberflächen bzw. ihren Rauhigkeitsgrad feststellen.
• Besonders wertvoll ist das Verfahren zur Beurteilung der Schmierfähigkeit der verschiedensten Schmierstoffe, da die Abreißen zähigkeit über die Lebensdauer derselben Aufschluß gibt.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE : I. Verfahren zur Prüfung der strukturellen Eigenschaften zäher Flüssigkeiten in engen Spalten zwischen zwei Körpern gleichen oder verschiedenen Werkstoffs, deren Oberflächen unter Zwischellschaltung des zu prüfenden Stoffes zunächst einander angenähert und dann unter Einwirkung innerer Kräfte voneinander getrennt werden, dadurch gekeniizeichnet, daß auf der vollkommen ebenen Oberfläche einer festen Grundplatte eine ebenfalls ebene Abreißplatte aus jeweilig verschiedenen Werkstoffen unter Zwischenschaltung einer dünnen Schicht der zu prüfenden Flüssigkeit zunächst mit einer bestimmten Kraft und iiber eine bestimmte Zeit angedrückt und nach Erreichen der durch das Andrücken bewirkten Grenzschichtenstruktur der Zwischenschicht durch eine äußere Kraft senkrecht oder tangential zur Fläche abgerissen wird, zu dem Zweck, die bis zum Abreißen erforderliche Zeit zu messen und daraus die strukturellen Eigenschaften der Schicht in ihrem Verhältnis zu den sie begrenzenden Oberflächen zu bestimmen.
2. 2. Ausführungsform nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Einhaltens einer gleichmäßigen Versuchstemperatur die Grundplatte in einen mit einer Heizflüssigkeit o. dgl. gefüllten Behälter gestellt wird, dessen Inhalt durch Heizung oder Kühlung auf einer bestimmten Temperatur gehalten werden kann.
3. 3. Verfahren zur vergleichenden Messung von Oberflächenrauhigkeiten nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abreißzähigkeiten verschieden rauher Oberflächen der Abreißplatte bei gleichbleibender Versuchsflüssigkeit und Temperatur mit der Abreißzähigkeit einer geeichten Abreißplatte verglichen werden.