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Kinematische-Viskositätseinheiten und Umrechnungen

Rechnen Sie zwischen Quadratmeter pro Sekunde und Zentistokes um und erfahren Sie mehr über Motoröl- und Flüssigkeitsklassifizierung.

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Kurz erklärt: kinematische-viskositätseinheiten und umrechnungen

Kinematische Viskosität ist die physikalische Größe, die das Verhältnis der dynamischen Viskosität eines Fluids zu seiner Dichte angibt. Sie wird in vielen technischen Anwendungen als Alternative zur dynamischen Viskosität verwendet, von der Motorölklassifizierung bis zu strömungsmechanischen Berechnungen.

Im Internationalen Einheitensystem ist die abgeleitete Einheit der kinematischen Viskosität Quadratmeter pro Sekunde (m²/s); in der Öl- und Fahrzeugindustrie ist jedoch die aus dem CGS-System stammende Einheit Zentistokes (cSt) deutlich gebräuchlicher.

Physikalische Größe
Kinematische Viskosität
Dimensionssymbol
[L²T⁻¹]
Abgeleitete SI-Einheit
Quadratmeter pro Sekunde
SI-Einheitensymbol
m²/s
Grundformel
ν = μ / ρ (Dynamische Viskosität / Dichte)

Was ist kinematische Viskosität?

Kinematische Viskosität (ν, Ny) ergibt sich, indem die dynamische Viskosität (μ) eines Fluids durch seine Dichte (ρ) geteilt wird: ν = μ / ρ. Sie gibt an, wie stark ein Fluid 'im Verhältnis zu seinem eigenen Gewicht' dem Fließen widersteht.

Während dynamische Viskosität die innere Reibung eines Fluids direkt misst, setzt kinematische Viskosität diesen Widerstand in Beziehung zur Dichte des Fluids -- deshalb ist sie in der Strömungsmechanik (besonders bei der Berechnung der Reynolds-Zahl) unmittelbar nützlicher.

Die SI-Einheit der kinematischen Viskosität

Quadratmeter pro Sekunde (m²/s) ist die abgeleitete SI-Einheit der kinematischen Viskosität, für alltägliche Fluide jedoch extrem groß. Deshalb werden in der Praxis Quadratmillimeter pro Sekunde (mm²/s) oder Zentistokes (cSt) bevorzugt -- beide sind zahlenmäßig identisch.

Die kinematische Viskosität eines Fluids mit niedriger Viskosität wie Wasser liegt bei 20 °C bei etwa 1 cSt (0,000001 m²/s); da die Dichte von Wasser etwa 1 g/cm³ beträgt, entspricht dieser Wert zahlenmäßig auch seiner dynamischen Viskosität (etwa 1 cP).

Zentistokes: die Einheit der Öl- und Fahrzeugindustrie

Zentistokes (cSt) ist ein Hundertstel der aus dem CGS-System stammenden Einheit Stokes, benannt nach dem britischen Physiker George Gabriel Stokes. Sie ist weltweit die Standardeinheit für die Viskositätsklassifizierung von Motoröl, Hydrauliköl und anderen industriellen Fluiden.

Die auf Motorölbehältern angegebenen Viskositätswerte (etwa die kinematische Viskosität bei 100 °C) werden meist in Zentistokes angegeben und dienen dazu zu überprüfen, ob das Öl der jeweiligen SAE-Viskositätsklasse (etwa 5W-30) entspricht.

Warum wird durch die Dichte geteilt?

Selbst wenn zwei Fluide dieselbe dynamische Viskosität besitzen, kann sich ihr Fließverhalten (besonders die Fließgeschwindigkeit unter Schwerkrafteinfluss) unterscheiden, wenn ihre Dichte unterschiedlich ist. Kinematische Viskosität berücksichtigt diesen Dichteeffekt und ermöglicht so einen faireren Vergleich des 'Fließverhaltens' von Fluiden.

Diese Eigenschaft ist der Grund, warum kinematische Viskosität besonders bei schwerkraftgetriebenen Systemen (etwa wenn ein Fluid in einem Viskosimeter allein durch sein eigenes Gewicht fließt) die natürlich gemessene Größe ist.

Die SAE-Motorölklassifizierung

Das SAE-Klassifizierungssystem (Society of Automotive Engineers) für Motoröle basiert sowohl auf der kinematischen Viskosität bei niedriger Temperatur (Kaltstart) als auch bei hoher Temperatur (Betriebstemperatur, meist 100 °C).

Bei der Bezeichnung '5W-30' steht die '5W' für die Fließfähigkeit des Öls bei kaltem Wetter (W für Winter), während '30' die Viskositätsklasse bei 100 °C angibt -- damit soll erreicht werden, dass ein Öl beim Kaltstart flüssig genug ist, um den Motor zu schützen, und bei Betriebstemperatur 'dick' genug bleibt, um einen ausreichenden Schmierfilm zu erhalten.

Wie wird kinematische Viskosität gemessen?

Kinematische Viskosität wird am häufigsten mit Kapillarviskosimetern (vom Typ Ostwald oder Cannon-Fenske) gemessen; dabei wird gemessen, wie lange das Fluid unter Schwerkrafteinfluss durch ein enges Röhrchen fließt, woraus sich die kinematische Viskosität direkt berechnen lässt.

Alternativ lässt sich kinematische Viskosität auch indirekt ermitteln, indem die dynamische Viskosität gemessen und durch die Dichte des Fluids geteilt wird; dieses Verfahren wird bevorzugt in Laboren mit Rotationsviskosimetern eingesetzt.

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Quadratmeter pro Sekundem²/sÖffnen
ZentistokescStÖffnen
Quadratmillimeter pro Sekundemm²/sÖffnen

Quellen

  1. BIPM: The International System of Units (SI Brochure)
  2. NIST: Guide for the Use of the International System of Units

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