Projektvorstellung

Untersuchung thermophysikalischer Eigenschaften von Ölen, Kältemitteln und deren Gemischen

Bei der Entwicklung neuer umweltfreundlicher Kältemittel und Schmierstoffen ist die Untersuchung ihrer thermophysikalischen Eigenschaften unabdingbar. Dies gilt beispielsweise für Ersatzkältemittel für Tieftemperaturanwendungen unterhalb von -50 °C, wie auch für die Optimierung von Schmierstoffen. Im Stoffdatenlabor können thermophysikalische Eigenschaften und Transporteigenschaften sowie Materialbeständigkeiten vermessen werden. Um eine Untersuchung von Kältemittelgemischen (insbesondere zeotroper Gemische) gewährleisten zu können, wird die Zusammensetzung der Dampfphase mit Hilfe der Gaschromotographie bestimmt. Die sogenannte Dampfraumkorrektur ermöglicht die Berechnung des im Schmierstoff gelösten Kältemittels.

Neben der Messung des Dampfdrucks von Kältemittel-Schmierstoff-Gemischen in einem Temperaturbereich von -30 bis 175 °C und einem Druck von bis zu 60 bar, kann zeitgleich eine Untersuchung der Mischungslücke vorgenommen werden. Mittels des gemessenen Dampfdrucks können Korrelationen zwischen dem reduzierten Dampfdruck, dem Sättigungsdampfdruck des reinen Kältemittels, dem im Schmierstoff gelösten Kältemittelmassenanteil und der Temperatur aufgestellt werden. Die Korrelationen werden zur Interpolation weiterer Daten verwendet und dienen als Grundlage für weitere Eigenschaftsvermessungen. Durch die zusätzliche Messung der Dichte mittels Biegeschwinger, der Viskosität mittels Kolbenviskosimeter und Schallgeschwindigkeit im Temperaturbereich von -20 bis 140 °C und einen maximalen Druck von 60 bar können Daniel Plots für die verschiedenen Kältemittel-Schmierstoff-Gemische erstellt werden. Die untere Messgrenze der Viskosität liegt bei 2,5 mPas und die obere bei 50 mPas. Die Messung erfolgt in einem Durchflussmessaufbau, um eine gute und gleichmäßig Mischung zu gewährleisten.

Zusätzlich zu der Vermessung von Daniel Plots werden Messungen der Oberflächenspannung von Schmierstoffen in Gasatmosphären mittels der Methode des hängenden Tropfens im Temperaturbereich von -60 bis 110 °C und einem maximalen Druck von 150 bar durchgeführt.
Zur weiteren Charakterisierung des Kältemittel-Schmierstoff-Gemischs können die Wärmeleitfähigkeiten von Fluiden mit der Hitzdrahtmethode in einem Temperaturbereich von -20 bis 80 °C und einem Druck von bis zu 40 bar vermessen werden. Bei allen bis hierhin vorgestellten Messmethoden können Additive des Schmierstoffes Auswirkungen aufweisen, jedoch ist die Wirkung von Antischaumadditiven bei der Vermessung der Schaumaffinität und Schaumstabilität am stärksten ausgeprägt. Die Vermessungsgrenzen der Schäumung liegen bei -20 bis 90 °C und einem maximalen Druck von 20 bar.

Die Einsatzgrenzen von Kältemittel-Schmierstoff-Gemischen bezüglich ihrer Materialstabilität werden mit Hilfe eines „Sealed-Tube-Test“, bzw. je nach untersuchtem Stoffgemisch auch in abgewandelter Form, überprüft. Die unteren Einsatzbedingungen, insbesondere der Gefrierpunkt des Kältemittels, können bis zu einer Temperatur von -110 °C mittels der Gefrierpunktmessung ermittelt werden.
Die hier vorgestellten Methoden werden zielführend für die Entwicklung von Kältemitteln und Schmierstoffen sowie der Bestimmung ihrer Einsatzmöglichkeiten eingesetzt.

Kontakt Katharina Stöckel