Wat Is Tribologie, deel 3: Terminologie, normen en tests in de tribologie

Figuur 1: Het ontwerp en onderhoud van lagers wordt sterk beïnvloed door tribologie.

In de loop der tijd zijn er talrijke testmethoden en normen ontwikkeld om te begrijpen welke variabelen een tribologisch systeem beïnvloeden. Inzicht in deze variabelen helpt producenten smeermiddelen op een zinvolle manier te ontwikkelen, zodat ze het smeermiddel kunnen toewijzen aan een specifieke toepassing, zoals lagers, tandwielsystemen, pompen, enzovoort.

Het artikel onderzoekt de testmethoden die worden gebruikt om de geschiktheid van een smeermiddel voor een toepassing te bepalen. We behandelen ook een reeks termen die vaak in de tribologie wordt gebruikt en die zal helpen om de verschillende factoren te begrijpen die een rol spelen bij het werken met tribologische systemen.

In deze driedelige serie bekijken we de basis van tribologie en de toepassing van tribologie in de mechanica.

Opmerking: Momenteel verkopen wij geen smeermiddelen.

Inhoudsopgave

Internationale testmethoden en normen in de tribologie
Belangrijke tribologische terminologie

Testmethoden en normen

Om de kwaliteit en de bruikbaarheid van een smeermiddel te garanderen, kunnen verschillende tests worden uitgevoerd. Deze controleren hoe de fysische en chemische eigenschappen van het smeermiddel reageren op verschillende invloedsfactoren. De verkregen gegevens worden gebruikt om de geschikte toepassing van het smeermiddel te bepalen.

Viscositeitstesten

De viscositeit van een olie wordt bepaald met verschillende meetinstrumenten, afhankelijk van het soort product. Een viscositeitsmeter met vallende kogels wordt gebruikt om te voldoen aan de specificaties volgens DIN 51562-1 of soortgelijke methoden. De specificatie van de kinematische viscositeit V (ny) [mm2 /s] geschiedt bij +40°C. De waarde, bijvoorbeeld bij +100°C, is vaak ook van belang, zodat ook de daling van de viscositeit bij hogere temperaturen kan worden beoordeeld.

Vlampunttest

In wezen verwijst het vlampunt naar de laagste temperatuur waarbij voldoende ontvlambare damp zal ontbranden bij contact met een ontstekingsbron. Brandbare vloeistoffen kunnen volgens deze methode op brandgevaar worden beoordeeld. De meetmethoden zijn afhankelijk van het soort product en de hoogte van het vlampunt. Er zijn twee tests beschikbaar, gesloten kroezen (volgens DIN ISO 2592) of open kroezen (volgens ISO 1523:2002), ook bekend als de open beker- of gesloten bekertest. Deze test is belangrijk in de tribologie omdat hoge wrijving meestal extreme warmteontwikkeling veroorzaakt.

Draadwrijvingstest

Een proefbank voor schroeven wordt gebruikt om de schroefdraadwrijving te bepalen. ISO 16047 definieert de wrijvingscoëfficiënt van een geschroefde verbinding als de kracht die wordt uitgeoefend wanneer schroeven en moeren worden aangedraaid. De test wordt beïnvloed door de draadafmetingen, het materiaal en het oppervlaktetype. Ook smering en coatings kunnen de tribologische eigenschappen van schroefdraadverbindingen beïnvloeden. Op die manier zou een benchmark worden vastgesteld en kan de invloed van de verschillende parameters worden gemeten.

Gecondenseerd water test & zoutsproeitest

Een van de belangrijkste tests, vooral voor metalen onderdelen in toepassingen, is hoe deze worden aangetast door corrosie. Smering biedt een hoge mate van bescherming tegen corrosie, hoeveel wordt bepaald met de condenswatertest en de zoutsproeitest. Beide tests zijn bedoeld om te zien hoe lang het duurt voordat een onderdeel sporen van corrosie vertoont. De condenswatertest is gedefinieerd in DIN 50017, de zoutsproeitest is gedefinieerd in ISO 9227.

Bij de condenswatertest wordt vochtige lucht gecondenseerd op het oppervlak van een nat of droog gesmeerd teststuk in een beschermde omgeving. Voor de blootstelling aan condenswater is een bepaalde tijdsduur vereist. Uit deze proeven kunnen precieze conclusies worden getrokken met betrekking tot de prestaties van de corrosiebescherming. Deze tests kunnen ook eventuele defecten in een coating opsporen.

Zoutsproeitests worden onder soortgelijke omstandigheden uitgevoerd. Bij deze test wordt een zout klimaat nagebootst, waarbij gecoate platen worden blootgesteld aan een zoutnevel volgens ISO 9227. Er wordt nagegaan na hoeveel uur er sporen van roest ontstaan en hoeveel bescherming het smeermiddel biedt tegen corrosie.

Consistentie testen

Figuur 2: Zachte smeermiddelen worden gebruikt voor verschillende soorten lagers, zoals glijlagers, rollagers en kogellagers.

Penetrometers meten de consistentie van smeervet volgens ISO 2137, waarbij het vet vóór de meting wordt bewerkt om de lagerspanning te simuleren. Op basis van de penetratiediepte van een kegel kan de consistentieklasse worden toegekend volgens DIN 51818. De klassen gaan van zeer zacht (klasse 000) tot zeer stevig (klasse 6). Raadpleeg de volgende tabel:

NLGI-klasse	Bewerkte penetratie (1/10 mm)	Type vet	Toepassing
000	445-475	Vloeibare vetten en oliën	Gecentraliseerde smeersystemen, transmissies
00	400-430	Vloeibare vetten en oliën	Gecentraliseerde smeersystemen, transmissies
0	355-385	Vloeibare vetten	Gecentraliseerde smeersystemen, transmissies
1	310-340	Zachte vetten	glijlagers, rollagers, waterpompen
2	265-295	Zachte vetten	glijlagers, rollagers, waterpompen
3	220-250	Zachte vetten	glijlagers, rollagers, waterpompen
4	175-205	Zachte vetten	glijlagers, rollagers, waterpompen
5	130-160	Harde vetten	Afdichtingsvetten, blokkerende vetten
6	85-115	Harde vetten	Afdichtingsvetten, blokkerende vetten

losbreekkoppel test

Deze test wordt voornamelijk uitgevoerd voor montage- en schroefpasta's die bij hoge temperaturen worden gebruikt. Een bevestigingsmiddel wordt gesmeerd en vastgedraaid tot 40 of 70 Newtonmeter. Daarna wordt het bevestigingsmiddel gedurende 100 uur blootgesteld aan temperaturen tussen 200°C en 650°C. Het benodigde losbreekkoppel na verhitting wordt vergeleken met het aandraaimoment.

Vloeipunt test

Het vloeipunt van een smeermiddel wordt gemeten aan de hand van parameters die zijn vastgelegd in DIN ISO 3016. Bij deze methode wordt het monster verwarmd en vervolgens afgekoeld in een bepaald tempo. De stroomkarakteristieken van het monster worden onderzocht met intervallen van 3°C (37°F). Het vloeipunt is de laagste temperatuur waarbij beweging ("uitgieten" of "stromen") van een monster wordt waargenomen. Tests zoals deze zijn bijzonder waardevol voor smeringen die worden gebruikt in koude opslagruimten, koude klimaten, enz.

Press-fit-test

Bij een press-fit test wordt onderzocht hoe vaste smeermiddelen zich gedragen en hechten onder zeer hoge druk en lage glijsnelheden. Deze test meet de wrijvingscoëfficiënt en bepaalt of er stick-slipping optreedt. Dit is van cruciaal belang voor montagewerk (b.v. persen), alsook voor geleiders en geleidingen (b.v. werktuigmachines).

Druppelpunt test

Het druppelpunt van een smeervet wordt gedefinieerd als de temperatuur waarbij het vet van een halfvaste toestand overgaat in een vloeibare toestand wanneer het wordt getest onder de in ISO 2176 omschreven omstandigheden. In vetten die conventionele zepen als verdikkingsmiddelen bevatten, is dit de typische verandering in toestand. Vet dat andere verdikkingsmiddelen dan conventionele zepen bevat, wordt mogelijk niet vloeibaar, hetgeen betekent dat het druppelpunt ontbreekt. Het druppelpunt ligt boven de aanbevolen maximale bedrijfstemperatuur.

Vier-ballen test

De testbank met vier kogels is een toestel voor het testen van smeermiddelen dat wordt gebruikt voor hoge oppervlaktedrukken in het gemengde wrijvingsbereik. Volgens ISO 20623 bestaat de proefbank met vier kogels uit een roterende bewegende kogel die over drie vaste kogels glijdt.

Bij het testen van de maximale belastbaarheid van het smeermiddel wordt een testkracht uitgeoefend op de bewegende kogel, die in stappen wordt verhoogd totdat het systeem met vier kogels als gevolg van de geproduceerde wrijvingswarmte aan elkaar is gelast. De test is bedoeld om de maximale belastbaarheid van een smeermiddel te testen.

Tribologische lineaire-oscillatietest

Deze in de internationale norm ISO 19291 beschreven testmethoden zijn gebaseerd op een lineaire-oscillatietestmachine. Het bepaalt tribologische hoeveelheden zoals draagvermogen, slijtage, wrijving, en het gedrag onder extreme druk van oliën en vetten in toepassingen zoals kogellagers.

Anticorrosieve coating test

De dikte van de coating wordt gemeten door een kogel gedurende een vooraf bepaalde tijd met een vooraf ingestelde snelheid op één enkele plaats te laten ronddraaien, waardoor de coating erodeert. De straal wordt vervolgens onder een microscoop onderzocht om de penetratiediepte te bepalen en zo de dikte van de coating te bepalen. Waarden als deze zijn vrij belangrijk omdat zij de levensduur van de corrosiebescherming bepalen.

Belangrijke tribologische terminologie

De onderstaande tabel bevat termen die hun oorsprong vinden in tribologie en smering.

Additieven	Smeermiddelen maken gebruik van additieven om specifieke eigenschappen, zoals anticorrosie-eigenschappen, te verbeteren.
Veroudering	Verwijst naar de verandering van de stoffen op een chemisch niveau. Bedrijfstijd, licht, medium, lucht, warmte, enz. zijn factoren die veroudering veroorzaken.
Grenssmering	Smering tussen twee wrijvende oppervlakken waarbij geen volledig vloeibare smeerfilm wordt gevormd.
Bright stock	Deze zware smeermiddel basis heeft een laag stolpunt en wordt gebruikt in afgewerkte mengsels om een goede lagerfilmsterkte te verkrijgen, schuren te voorkomen en het olieverbruik te verminderen.
Brookfield viscositeit	Basis voor ASTM-methode D 2983; gebruikt voor het meten van de viscositeit van smeermiddelen bij lage temperatuur. Berekent het koppel dat nodig is om een spindel met een constante snelheid in olie bij een bepaalde temperatuur te laten draaien.
Gecentraliseerde smering	Smering via een centrale plaats die een gedoseerde hoeveelheid smeermiddel levert.
Circulerende smering	Een smeermethode met een pomp die het smeermiddel laat recirculeren.
Degradatie	Het geleidelijke prestatieverlies van een machine of smeermiddel.
Wasmiddel	Een additief of een samengesteld smeermiddel dat onoplosbare stoffen in suspensie houdt en voorkomt dat ze zich afzetten op plaatsen waar ze schade zouden kunnen veroorzaken.
Elastohydrodynamische smering	Het is gebruikelijk dat tribologische interfaces worden blootgesteld aan zeer hoge belastingen en drukken. Als gevolg daarvan vervormen de lichamen zelf elastisch, wat het glijden aan gesmeerde raakvlakken vergemakkelijkt. De filmdikte is het resultaat van zowel de elastische vervorming van de lichamen als van de hydrodynamische stroming van de vloeistof.
Verdampingsverlies	Het resultaat van blootstelling van olie aan hoge temperaturen gedurende een bepaalde tijd. Olie moet zo weinig mogelijk verdampen in verhouding tot zijn gewicht.
Noodsmering	Vaste smeermiddelen worden gebruikt wanneer olie en vet niet voldoende smering bieden.
EP smeermiddelen	Deze smeermiddelen zijn ontworpen om bestand te zijn tegen hoge druk en slijtage. Zij worden vervaardigd met specifieke additieven.
Extreme druk additief	Additief dat ervoor zorgt dat glijdende metalen oppervlakken gesmeerd blijven onder extreme druk. Zij worden gemaakt van reactieve verbindingen van zwavel, chloor of fosfor.
Wrijving	Eenvoudig gezegd, wrijving is weerstand tegen beweging. Materialen, geometrie en oppervlakte-eigenschappen van lichamen die met elkaar in contact komen, bepalen de mate van weerstand, evenals de bedrijfsomstandigheden en de omgeving. Om de efficiëntie van een onderdeel of proces te maximaliseren, is het vaak wenselijk de wrijving tot een minimum te beperken.
Fretting corrosie	Micro-wrijving treedt op bij onderdelen die aan trillingen worden blootgesteld. Dit resulteert in de vorming van roest en schurende staaldeeltjes, of fretting.
Brandwerende vloeistof	Een smeermiddel dat wordt gebruikt bij hoge temperatuur of gevaarlijke hydraulische toepassingen. De drie meest voorkomende soorten brandwerende vloeistoffen zijn water-petroleumolie-emulsies, water-glycolvloeistoffen, en niet-waterige vloeistoffen met een lage vluchtigheid.
Film versterkers:	Het vermogen van een smeermiddel om te voorkomen dat metalen onderdelen beschadigd raken.
Krachtaanvoersmering	Een smeersysteem waarbij het smeermiddel onder druk op het lageroppervlak wordt aangebracht.
Film smering	Een continue smeerfilm die twee oppervlakken volledig van elkaar scheidt, in tegenstelling tot grenssmering.
Grafiet	Een kristallijne vorm van koolstof met een laminaire structuur die als smeermiddel wordt gebruikt. Dit kan een natuurlijk of synthetisch soort materiaal zijn.
Hydrostatische smering	Een smeermethode waarbij smeermiddelen onder voldoende externe druk worden toegevoerd om een vloeistoffilm te vormen tussen tegenover elkaar liggende oppervlakken.
Smeermiddel voor hypoïde tandwielen	Tandwielsmeermiddel met extreme druk eigenschappen, bedoeld voor gebruik met hypoïde tandwielen, zoals in differentiëlen.
ISO	International Standardization Organisation
ISO viscositeitsgraad	Een getal dat de nominale viscositeit aangeeft van een industrieel vloeibaar smeermiddel bij 40°C, zoals gedefinieerd door ISO-norm 3448.
Journal	Beschrijft het deel van een as dat draait of schommelt in of tegen een lager of waar een lager omheen draait of schommelt.
Journaal lager	Lagers die roterend of oscillerend bewegen in combinatie met journaals. Het lageroppervlak van een volle glijlager of glijlager is 360° in omvang. Een gedeeltelijke lager heeft een lageroppervlak dat minder dan 360° in omvang is.
Kinematische viscositeit	De tijd die een vaste hoeveelheid olie nodig heeft om onder invloed van de zwaartekracht door een capillair te stromen.
smeermiddelen	Smeermiddel wordt hoofdzakelijk gebruikt om de wrijving en slijtage tussen twee glijdende oppervlakken te verminderen. Bovendien transporteren zij warmte en verontreinigingen weg van de interface. De meeste smeermiddelen bestaan uit olie of vet en chemische stoffen, additieven genoemd, die de prestaties van de olie of het vet verbeteren. Smeermiddelen kunnen ook gassen of vaste stoffen zijn, afhankelijk van de toepassing.
Draagvermogen	Het vermogen van een smeermiddel om op een gesmeerd oppervlak een film te vormen die bestand is tegen breuk onder bepaalde belastingsomstandigheden. Dit is de maximale belasting die het gesmeerde systeem aankan zonder uitval of overmatige slijtage.
Smeerbaarheid	Werkzaamheid van een olie of vet als smeermiddel; ook filmsterkte genoemd.
Moly	Vast smeermiddel en wrijvingsverminderaar op basis van molybdeendisulfide, gedispergeerd in bepaalde oliën en vetten of als zodanig gebruikt.
Micron	Eén micron is 0,0001 centimeter. De grootte van de verontreiniging wordt gewoonlijk in micron aangegeven. Een micron wordt weergegeven als µm
Newtoniaanse vloeistof	De viscositeit van een vloeistof bij een gegeven temperatuur is constant, ongeacht de afschuifsnelheid. Eenvoudige oliën zijn Newtoniaanse vloeistoffen. Meervoudige oliën zijn niet-Newtoniaanse vloeistoffen aangezien hun viscositeit verandert met de afschuifsnelheid.
Vettigheid	Een smeermiddel dat een lage wrijving produceert onder grenssmeringsomstandigheden. Als de wrijving afneemt, neemt de vettigheid toe.
Oxidatiestabiliteit	Het vermogen van een smeermiddel om weerstand te bieden tegen natuurlijke degradatie wanneer het in contact komt met zuurstof.
Polaire verbinding	Verbindingen waarvan de moleculen aan de ene kant positieve en aan de andere kant negatieve elektrische eigenschappen bezitten. De polariteit van een molecuul geeft het een hoge affiniteit voor vaste oppervlakken; deze moleculen fungeren als smeeradditieven (olieachtige stoffen) en vormen een hardnekkige, wrijvingsverlagende film. Zij fungeren als emulgatoren in smeermiddelen en helpen bij de vorming van stabiele olie-water-emulsies doordat zij aan de ene kant in olie en aan de andere kant in water oplosbaar zijn. Dergelijke smeermiddelen worden beschreven als smeermiddelen met goede metaalbevochtigende eigenschappen.
Proactief onderhoud	De routinematige opsporing en correctie van omstandigheden die anders tot storingen zouden leiden, een vorm van toestandsafhankelijk onderhoud. Hoge niveaus van smeermiddelverontreiniging, uitlijning en balans behoren tot de belangrijkste redenen om dit toe te passen.
Ringsmering	Smeersysteem waarbij het smeermiddel door een oliering naar het lager wordt toegevoerd.
Oppervlakteruwheid	Oppervlakteruwheid kan een grote invloed hebben op glijdende interfaces. De ruwheid van een oppervlak wordt meestal gemeten met profilometrie. De ruwheid beïnvloedt de wrijving en slijtage op verschillende manieren, afhankelijk van het soort glijden.
Stick-slip	Dit doet zich met name voor wanneer de smerende werking onvoldoende is voor toepassingen bij lage snelheden. In het beginstadium van het proces is de wrijving groter, en naarmate de snelheid van het proces toeneemt, neemt de wrijving af.
Schurende deeltjes	Als gevolg van een volledige afbraak van de smeermiddelfilm ontstaan verdraaide en verkleurde metaaldeeltjes.
Spatsmering	In een smeersysteem dompelen onderdelen van een mechanisme zich onder in smeermiddel en spatten dit op zichzelf of op andere mechanismen.
Synthetisch smeermiddel	Chemisch gesynthetiseerd in plaats van gewonnen of geraffineerd uit aardolie, om een verbinding met voorspelbare eigenschappen te verkrijgen.
Oplosmiddelen	Stoffen die andere stoffen kunnen oplossen zonder hun chemische samenstelling te veranderen.
Synthetische oliën	Deze oliën zijn het resultaat van chemische reacties. Door de chemische weerstand te verhogen of de temperatuur-viscositeitsrelatie te verbeteren, kunnen hun eigenschappen worden aangepast aan de toepassing.
Thermische stabiliteit	Het vermogen van brandstof of smeermiddel om bestand te zijn tegen oxidatie onder hoge temperatuursomstandigheden.
Filmsmering	Een smeringstoestand waarbij de wrijving tussen oppervlakken afhangt van zowel de eigenschappen van de oppervlakken als de viscositeit van het smeermiddel.
Thixotropy	De eigenschap van een smeervet die tot uiting komt in een zacht worden van de consistentie na afschuiving, gevolgd door een verharding van de consistentie na beëindiging van de afschuiving.
Tribologie	Studie van de smering, de wrijving en de slijtage van oppervlakken in relatieve beweging.
Tribologische slijtage	Tribologische slijtage is het gevolg van relatieve beweging aan het oppervlak van een voorwerp.
VCI (dampfase-inhibitor)	De anticorrosieve eigenschappen worden verbeterd door het gebruik van dit duurzame additief.
Viscometer of viscosimeter	Apparaat dat wordt gebruikt om de viscositeit van een vloeistof te bepalen.
Viscositeit	Een maat voor de stromingsweerstand van een vloeistof
Viscositeit- absoluut	Verhouding tussen afschuifspanning en afschuifsnelheid van een vloeistof. Gewoonlijk uitgedrukt in centipoises
Viscositeit - kinematisch	Het wordt gemeten als het verschil tussen de absolute viscositeit en de dichtheid van de vloeistof. Gewoonlijk wordt het uitgedrukt in centistokes.
Viscositeit- SUS	Saybolt Universal Seconds (SUS) zijn het aantal seconden dat 60 milliliter olie nodig heeft om door een standaard opening te stromen bij een bepaalde temperatuur.
Viscositeitsklasse	Een systeem om smeermiddelen te definiëren aan de hand van hun viscositeit voor specifieke toepassingen, zoals industriële oliën, tandwieloliën, motoroliën voor automobielen, tandwieloliën voor vliegtuigzuigermotoren.
Viscositeitsindex (VI)	Een maat voor de verandering van de viscositeit van een vloeistof met de temperatuur. Wanneer de viscositeitsindex hoog is, is de relatieve verandering van de viscositeit met de temperatuur kleiner.
Viscositeitsindexverbeteraars	Viscositeitverhogende additieven voor vloeistoffen over hun hele nuttige temperatuurbereik. De additieven zijn polymeren met een hoog moleculair gewicht en verdikkingsvermogen, die nodig zijn voor de formulering van multigrade motoroliën.
Viscositeit modificator	Een smeeradditief, gewoonlijk een polymeer met een hoog moleculair gewicht, dat de neiging van een olie vermindert om de viscositeit te veranderen met de temperatuur.
Viskeus	Een vloeistof met viscositeit. Een vloeistof met viscositeit. Vaak gebruikt als synoniem voor hoge viscositeit.
Slijtage	Slijtage is een verlies van materialen, gewoonlijk veroorzaakt door het schuiven van materialen. Het is gewoonlijk ongewenst dat slijtage optreedt, aangezien dit de wrijving kan verhogen en tot uitval van onderdelen kan leiden. Slijtage kan tot een minimum worden beperkt door een smeermiddel te gebruiken om de twee lichamen te scheiden zodat zij elkaar niet rechtstreeks raken.
Witte olie	De olie wordt sterk geraffineerd om de onvoorspelbare bestanddelen te verwijderen. Paraffinehoudende minerale olie is het hoofdbestanddeel, en wordt meestal voor medische doeleinden gebruikt.
ZDDP (zinkdialkyldithiofosfaat)	Dit additief wordt gewoonlijk aangetroffen in hydraulische en smeervloeistoffen en wordt gebruikt om slijtage te voorkomen.