Misst den inneren Widerstand gegen Scherbeanspruchung

Die dynamische Viskosität (auch absolute Viskosität genannt) quantifiziert, wie viel Kraft erforderlich ist, um eine Flüssigkeitsschicht über eine andere zu bewegen. Es ist die intrinsische Eigenschaft des Fluids selbst, unabhängig von der Dichte. Höhere Werte bedeuten mehr Widerstand.

Formel: τ = μ × (du/dy) wobei τ = Scherspannung, du/dy = Geschwindigkeitsgradient

Einheiten: Pa·s (SI), Poise (P), Centipoise (cP). Wasser @ 20°C = 1.002 cP

Dynamische Viskosität geteilt durch Dichte

Die kinematische Viskosität misst, wie schnell ein Fluid unter dem Einfluss der Schwerkraft fließt. Sie berücksichtigt sowohl den inneren Widerstand (dynamische Viskosität) als auch die Masse pro Volumen (Dichte). Sie wird verwendet, wenn schwerkraftbedingter Fluss wichtig ist, wie z.B. das Ablassen von Öl oder das Ausgießen von Flüssigkeit.

Formel: ν = μ / ρ wobei μ = dynamische Viskosität, ρ = Dichte

Einheiten: m²/s (SI), Stokes (St), Centistokes (cSt). Wasser @ 20°C = 1.004 cSt

• μ (dynamisch) = 1.002 cP = 0.001002 Pa·s
• ρ (Dichte) = 998.2 kg/m³
• ν (kinematisch) = μ/ρ = 1.004 cSt = 1.004 mm²/s
• Verhältnis: ν/μ ≈ 1.0 (Wasser ist die Referenz)

• μ (dynamisch) = 62 cP = 0.062 Pa·s
• ρ (Dichte) = 850 kg/m³
• ν (kinematisch) = μ/ρ = 73 cSt = 73 mm²/s
• Hinweis: Die kinematische ist 18% höher als die dynamische (aufgrund geringerer Dichte)

• μ (dynamisch) = 1,412 cP = 1.412 Pa·s
• ρ (Dichte) = 1,261 kg/m³
• ν (kinematisch) = μ/ρ = 1,120 cSt = 1,120 mm²/s
• Hinweis: Sehr viskos – 1.400× zähflüssiger als Wasser

• μ (dynamisch) = 0.0181 cP = 1.81×10⁻⁵ Pa·s
• ρ (Dichte) = 1.204 kg/m³
• ν (kinematisch) = μ/ρ = 15.1 cSt = 15.1 mm²/s
• Hinweis: Niedrige dynamische, hohe kinematische Viskosität (Gase haben eine geringe Dichte)

ASTM D88 Norm, weit verbreitet in Nordamerika für Erdölprodukte

ν(cSt) = 0.226 × SUS - 195/SUS (gültig für SUS > 32)

• Gemessen bei bestimmten Temperaturen: 100°F (37.8°C) oder 210°F (98.9°C)
• Gängiger Bereich: 31-1000+ SUS
• Beispiel: SAE 30 Öl ≈ 300 SUS @ 100°F
• Saybolt Furol (SFS) Variante für sehr viskose Flüssigkeiten: ×10 größere Öffnung

Britische IP 70 Norm, verbreitet in Großbritannien und dem ehemaligen Commonwealth

ν(cSt) = 0.26 × RW1 - 179/RW1 (gültig für RW1 > 34)

• Gemessen bei 70°F (21.1°C), 100°F oder 140°F
• Redwood Nr. 2 Variante für zähflüssigere Fluide
• Umrechnung: RW1 ≈ SUS × 1.15 (ungefähr)
• Weitgehend durch ISO-Normen ersetzt, aber in älteren Spezifikationen noch referenziert

DIN 51560 Deutsche Norm, verwendet in Europa und der Erdölindustrie

ν(cSt) = 7.6 × °E - 6.0/°E (gültig für °E > 1.2)

• Gemessen bei 20°C, 50°C oder 100°C
• °E = 1.0 für Wasser @ 20°C (per Definition)
• Gängiger Bereich: 1.0-20°E
• Beispiel: Dieselkraftstoff ≈ 3-5°E @ 20°C

Das am längsten laufende Laborexperiment der Welt (seit 1927) an der University of Queensland zeigt, wie Pech (Teer) durch einen Trichter fließt. Es sieht fest aus, ist aber tatsächlich eine Flüssigkeit mit extrem hoher Viskosität – 100 Milliarden Mal viskoser als Wasser! In 94 Jahren sind nur 9 Tropfen gefallen.

Basaltische Lava (niedrige Viskosität, 10-100 Pa·s) erzeugt sanfte Eruptionen im hawaiianischen Stil mit fließenden Flüssen. Rhyolithische Lava (hohe Viskosität, 100.000+ Pa·s) erzeugt explosive Eruptionen im Stil des Mount St. Helens, weil Gase nicht entweichen können. Die Viskosität formt buchstäblich Vulkane.

Blut ist aufgrund der roten Blutkörperchen 3-4 Mal viskoser als Wasser (3-4 cP bei 37°C). Eine hohe Blutviskosität erhöht das Risiko für Schlaganfall/Herzinfarkt. Niedrig dosiertes Aspirin reduziert die Viskosität, indem es die Thrombozytenaggregation verhindert. Die Messung der Blutviskosität kann Herz-Kreislauf-Erkrankungen vorhersagen.

Entgegen dem Volksglauben sind alte Fenster unten nicht dicker, weil das Glas fließt. Die Viskosität von Glas bei Raumtemperatur beträgt 10²⁰ Pa·s (eine Billion Billionen Mal mehr als Wasser). Es würde länger als das Alter des Universums dauern, bis es 1 mm fließt. Es ist ein echter Feststoff, keine langsame Flüssigkeit.

SAE 10W-30 bedeutet: 10W = Winterviskosität bei 0°F (Fließfähigkeit bei niedriger Temperatur), 30 = Viskosität bei 212°F (Schutz bei Betriebstemperatur). Das 'W' steht für Winter, nicht für Gewicht (weight). Mehrbereichsöle verwenden Polymere, die sich bei Kälte zusammenziehen (niedrige Viskosität) und bei Wärme ausdehnen (erhalten die Viskosität).

Wasserläufer nutzen die Oberflächenspannung, aber auch die Viskosität des Wassers. Ihre Beinbewegungen erzeugen Wirbel, die gegen den viskosen Widerstand drücken und sie vorwärts treiben. In einer Flüssigkeit ohne Viskosität (theoretisch) könnten sie sich nicht bewegen – sie würden ohne Halt abrutschen.

Isaac Newton beschreibt die Viskosität in den Principia Mathematica. Führt das Konzept der 'inneren Reibung' in Fluiden ein.

Jean Poiseuille untersucht den Blutfluss in Kapillaren. Leitet das Poiseuille'sche Gesetz ab, das die Durchflussrate mit der Viskosität in Beziehung setzt.

George Stokes leitet Gleichungen für die viskose Strömung ab. Beweist die Beziehung zwischen dynamischer und kinematischer Viskosität.

Osborne Reynolds führt die Reynolds-Zahl ein. Setzt die Viskosität in Beziehung zum Strömungsregime (laminar vs. turbulent).

Das Saybolt-Viskosimeter wird in den USA standardisiert. Die Auslaufbecher-Methode wird zum Industriestandard in der Erdölindustrie.

Poise und Stokes werden als CGS-Einheiten benannt. 1 P = 0.1 Pa·s, 1 St = 1 cm²/s werden zum Standard.

Das Pechtropfenexperiment beginnt an der University of Queensland. Es läuft immer noch – das am längsten laufende Laborexperiment aller Zeiten.

Das SI-System übernimmt Pa·s und m²/s als Standardeinheiten. Centipoise (cP) und Centistokes (cSt) bleiben gebräuchlich.

ASTM D445 standardisiert die Messung der kinematischen Viskosität. Das Kapillarviskosimeter wird zum Industriestandard.

Rotationsviskosimeter ermöglichen die Messung von nicht-newtonschen Fluiden. Wichtig für Farben, Polymere, Lebensmittel.

Digitale Viskosimeter automatisieren die Messung. Temperaturgeregelte Bäder gewährleisten eine Präzision von ±0.01 cSt.

Auswahl von Motoröl, Hydraulikflüssigkeit und Lagerschmierung:

• SAE-Klassen: 10W-30 bedeutet 10W bei 0°F, 30 bei 212°F (kinematische Viskositätsbereiche)
• ISO VG-Klassen: VG 32, VG 46, VG 68 (kinematische Viskosität bei 40°C in cSt)
• Lagerauswahl: Zu dünnflüssig = Verschleiß, zu zähflüssig = Reibung/Wärme
• Viskositätsindex (VI): Misst die Temperaturempfindlichkeit (höher = besser)
• Mehrbereichsöle: Additive erhalten die Viskosität über Temperaturbereiche
• Hydrauliksysteme: Typischerweise 32-68 cSt bei 40°C für optimale Leistung

Viskositätsspezifikationen für Kraftstoff, Rohöl und Raffination:

• Schweres Heizöl: Gemessen in cSt bei 50°C (muss zum Pumpen erhitzt werden)
• Diesel: 2-4.5 cSt bei 40°C (EN 590 Spezifikation)
• Rohölklassifizierung: Leicht (<10 cSt), mittel, schwer (>50 cSt)
• Pipeline-Fluss: Viskosität bestimmt die erforderliche Pumpleistung
• Bunkertreibstoff-Sorten: IFO 180, IFO 380 (cSt bei 50°C)
• Raffinationsprozess: Visbreaking reduziert schwere Fraktionen

Qualitätskontrolle und Prozessoptimierung:

• Honigklassifizierung: 2.000-10.000 cP bei 20°C (abhängig vom Feuchtigkeitsgehalt)
• Sirupkonsistenz: Ahornsirup 150-200 cP, Maissirup 2.000+ cP
• Molkereiprodukte: Viskosität der Sahne beeinflusst Textur und Mundgefühl
• Schokolade: 10.000-20.000 cP bei 40°C (Temperierprozess)
• Karbonisierung von Getränken: Viskosität beeinflusst die Blasenbildung
• Speiseöl: 50-100 cP bei 20°C (Rauchpunkt korreliert mit Viskosität)

Farben, Klebstoffe, Polymere und Prozesssteuerung:

• Farbviskosität: 70-100 KU (Krebs-Einheiten) für Anwendungskonsistenz
• Sprühbeschichtung: Typischerweise 20-50 cP (zu zähflüssig verstopft, zu dünnflüssig läuft)
• Klebstoffe: 500-50.000 cP je nach Anwendungsmethode
• Polymerschmelzen: 100-100.000 Pa·s (Extrusion/Formen)
• Druckfarben: 50-150 cP für Flexodruck, 1-5 P für Offsetdruck
• Qualitätskontrolle: Viskosität zeigt Chargenkonsistenz und Haltbarkeit an

Die dynamische Viskosität (Pa·s, Poise) misst den inneren Widerstand eines Fluids gegen Scherung – seine absolute 'Zähflüssigkeit'. Die kinematische Viskosität (m²/s, Stokes) ist die dynamische Viskosität geteilt durch die Dichte – wie schnell es unter dem Einfluss der Schwerkraft fließt. Um zwischen ihnen umzurechnen, benötigen Sie die Dichte: ν = μ/ρ. Stellen Sie es sich so vor: Honig hat eine hohe dynamische Viskosität (er ist zähflüssig), aber Quecksilber hat auch eine hohe kinematische Viskosität, obwohl es 'dünnflüssig' ist (weil es sehr dicht ist).

Nicht ohne die Dichte des Fluids bei der Messtemperatur zu kennen. Für Wasser nahe 20°C gilt 1 cP ≈ 1 cSt (weil die Dichte von Wasser ≈ 1 g/cm³ beträgt). Aber für Motoröl (Dichte ≈ 0.9) gilt 90 cP = 100 cSt. Unser Umrechner blockiert typübergreifende Umrechnungen, um Fehler zu vermeiden. Verwenden Sie diese Formel: cSt = cP / (Dichte in g/cm³).

SAE-Viskositätsklassen geben Bereiche der kinematischen Viskosität an. '10W' bedeutet, dass es die Anforderungen an die Fließfähigkeit bei niedrigen Temperaturen erfüllt (W = Winter, getestet bei 0°F). '30' bedeutet, dass es die Anforderungen an die Viskosität bei hohen Temperaturen erfüllt (getestet bei 212°F). Mehrbereichsöle (wie 10W-30) verwenden Additive, um die Viskosität über einen weiten Temperaturbereich zu erhalten, im Gegensatz zu Einbereichsölen (SAE 30), die bei Erwärmung dramatisch dünnflüssiger werden.

Saybolt Universal-Sekunden (SUS) messen, wie lange es dauert, bis 60 ml eines Fluids durch eine kalibrierte Öffnung fließen. Die empirische Formel lautet: cSt = 0.226×SUS - 195/SUS (für SUS > 32). Zum Beispiel entsprechen 100 SUS ≈ 21 cSt. SUS wird trotz seiner älteren Methode immer noch in Erdölspezifikationen verwendet. Moderne Labore verwenden kinematische Viskosimeter, die cSt direkt nach ASTM D445 messen.

Eine höhere Temperatur gibt den Molekülen mehr kinetische Energie, sodass sie leichter aneinander vorbeigleiten können. Bei Flüssigkeiten sinkt die Viskosität typischerweise um 2-10% pro °C. Motoröl kann bei 20°C 200 cP haben, aber bei 100°C nur noch 15 cP (eine 13-fache Abnahme!). Der Viskositätsindex (VI) misst diese Temperaturempfindlichkeit: Öle mit hohem VI (100+) behalten ihre Viskosität besser bei, während Öle mit niedrigem VI (<50) bei Erwärmung dramatisch dünnflüssiger werden.

Die meisten Hydrauliksysteme arbeiten am besten bei 25-50 cSt bei 40°C. Zu niedrig (<10 cSt) verursacht interne Leckagen und Verschleiß. Zu hoch (>100 cSt) verursacht eine träge Reaktion, hohen Energieverbrauch und Wärmeentwicklung. Überprüfen Sie die Spezifikation Ihres Pumpenherstellers – Flügelzellenpumpen bevorzugen 25-35 cSt, Kolbenpumpen tolerieren 35-70 cSt. ISO VG 46 (46 cSt bei 40°C) ist das gebräuchlichste Allzweck-Hydrauliköl.

Es gibt kein theoretisches Maximum, aber praktische Messungen werden oberhalb von 1 Million cP (1000 Pa·s) schwierig. Bitumen/Pech kann 100 Milliarden Pa·s erreichen. Einige Polymerschmelzen überschreiten 1 Million Pa·s. Bei extremen Viskositäten verschwimmt die Grenze zwischen flüssig und fest – diese Materialien zeigen sowohl viskoses Fließen (wie Flüssigkeiten) als auch elastische Rückstellung (wie Feststoffe), was als Viskoelastizität bezeichnet wird.

Poise ehrt Jean Léonard Marie Poiseuille (1840er Jahre), der den Blutfluss in Kapillaren untersuchte. Stokes ehrt George Gabriel Stokes (1850er Jahre), der die Gleichungen für die viskose Strömung ableitete und die Beziehung zwischen dynamischer und kinematischer Viskosität bewies. Ein Reyn (Pfund-Kraft-Sekunde pro Quadratzoll) ist nach Osbourne Reynolds (1880er Jahre) benannt, der für die Reynolds-Zahl in der Fluiddynamik berühmt ist.