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Maschinenelemente 2

Reibungszustände

Bis hier sollte Ihnen der Begriff der Reibung und ihre Relevanz für Lager bekannt sein. Da Reibung aber eine besonders entscheidende Rolle bei Gleitlagern spielt, werden wir die Thematik hier nochmals vertiefen. 

Aus einer physikalischen Betrachtung heraus lassen sich grob vier Reibungszustände unterscheiden:

  1. Festkörperreibung $\rightarrow $ gänzlich trockene Reibung
  2. Haftschichtenreibung $\rightarrow $ kann auch der Festkörperreibung zugeordnet werden
  3. Mischreibung $\rightarrow $ flüssige und trockene Reibung
  4. Flüssigkeitsreibung $\rightarrow $ gänzlich flüssige Reibung, kein Kontakt der Oberflächen mehr

1. Festkörperreibung

Festkörperreibung
Festkörperreibung

Wie in der Abbildung ersichtlich ist, stehen die Oberflächen der Bauteile mit ihren Oberflächenrauhigkeiten in direktem Kontakt zueinander. Wird eines der Bauteile nun durch eine Betriebskraft $ F $ belastet und tritt zusätzlich eine Bewegung mit der Geschwindigkeit $ v $ auf. So kommt es zur Festkörperreibung. 

Der dabei gemessene Gleitreibungskoeffizient $ \mu_{Gleit} $ entspricht dabei zu Beginn der Bewegung ungefähr dem Hafteibungskoeffizienten $ \mu_{Haft}$. Letzteren gilt es zuerst zu überwinden. 

Merke

Festkörperreibung: $\mu_{Gleit} \approx \mu_{Haft} $

Aufgrund der Reibung tritt an den Kontaktstellen zwischen den Oberflächen ein örtliches Verschweißen auf und die Oberflächenspitzen werden gegebenenfalls abgeschert. Diese doch zum Teil sehr gravierenden Werkstoffschädigungen sind für ein Gleitlager sehr unerwünscht. 

2. Haftschichtenreibung

Haftschichtenreibung
Haftschichtenreibung

In der Haftschichtenreibung, oder Grenzreibung, werden die Reibungseigenschaften gegenüber Festkörperreibung stark verbessert indem man die Kontaktoberflächen mit Schichten versieht. Ein gängiges Material hierfür ist Teflon. 

Beispiel

Falls Sie sich nun fragen, weshalb man nicht direkt auf die unten behandelte Misch- ober Flüssigkeitsreibung übergeht, so ist diese Frage aus physikalischer Sicht gänzlich berechtigt. Aber es gibt Industriezweige wie die Pharmaindustrie oder die Lebensmittelindustrie in der Schmiermittel, sowie Öle oder Fette, unter gar keinen Umständen an oder in die Produkte gelangen dürfen. Aus diesem Grund muss auf die Haftschichtenreibung ausgewichen werden. 

Merke

Haftschichtenreibung: $\mu_{Haftschicht} < \mu_{Haft} $

3. Mischreibung

Mischreibung
Mischreibung

Bei der Mischreibung wird zwischen den Kontaktpartner im Lager eine Schmiermittel aufgebracht, welches den Spalt zum Teil ausfüllt. Beide Kontaktpartner werden teilweise getrennt, dennoch tritt an manchen Stellen [Kontaktzone] noch eine Festkörperreibung auf. 

4. Flüssigkeitsreibung

Flüssigkeitsreibung
Flüssigkeitsreibung

Bei der Flüssigkeitsreibung besteht kein direkter Kontakt mehr zwischen den Bauteilen. Als Trennmedium dient dabei ein flüssiger Schmierfilm. Dieser besitzt einen aufgebauten Druck, welcher die gesamte Belastung überträgt. Wie groß die  dabei auftretende [innere] Reibung ausfällt, hängt von der chemischen Struktur des Schmiermittels ab. 

Die Druckerzeugung kann auf unterschiedliche Weise erfolgen:

Hydrostatische Schmierung: Pumpe ausserhalb der Kontaktzone erzeugt notwendigen Druck

Hydrodynamische Schmierung: Bauteilbewegung erzeugt notwendigen Druck, indem Schmiermittel in einen sich verengenden Spalt gefördert wird.