Reibungszustände

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

Aus der 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

Wie in der Abbildung ersichtlich ist, stehen die Oberflächen der Bauteile bei der Festkörperreibung mit ihren Oberflächenrauheiten in direktem Kontakt zueinander. Zwischen den an der Reibung beteiligten Körpern ist keine Trennschicht (Schmierstoff) vorhanden, dies bedeutet, beide Körper berühren sich.

Die Festkörperreibung wird oft auch als Trockenreibung bezeichnet.

Wird eines der Bauteile nun durch eine Betriebskraft $ F $ belastet und tritt zusätzlich eine Bewegung mit der Geschwindigkeit $ v $ auf, kommt es zur Festkörperreibung. 

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

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. 

Deshalb werden in der Regel Schmierstoffe bei Gleitlagern eingesetzt sowie mit Drehzahlen gearbeitet, die diese Festkörperreibung unterbinden.

2. Haftschichtenreibung

Bei der Haftschichtenreibung (auch Grenzreibung genannt), werden die Reibungseigenschaften gegenüber der Festkörperreibung stark verbessert, indem man die Kontaktoberflächen eines oder beider Bauteile mit Matreialschichten versieht, welche geringe Reibungskoeffiziernten aufweisen. Ein gängiges Material hierfür ist Teflon. 

3. Mischreibung

Bei der Mischreibung wird zwischen den Kontaktpartnern im Lager ein Schmiermittel aufgebracht, welches den Spalt zwischen den beiden Bauteilen jedoch nur zum Teil ausfüllt. Beide Kontaktpartner werden zwar teilweise voneinander getrennt, dennoch tritt an manchen Stellen (Kontaktzone) noch eine Festkörperreibung auf. 

Bei den an der Reibung beteiligten Körpern tritt somit Trockenreibung und Flüssigkeitsreibung (siehe unten) gleichzeitig auf. Der mit einem Schmierfilm gefüllte Spalt zwischen den beiden beteiligten Körpern ist so gering, dass sich die beteiligten Körper teilweise noch berühren.

4. 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 an der Reibung beteiligten Körper werden dabei vollständig durch einen Schmierfilm getrennt. Der sogenannte Reibungsbeiwert µ und der Verschleiß sinken auf ein Minimum. Dies ist der ideale Zustand für den Betrieb eines Gleitlagers.

Die Druckerzeugung kann dabei auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen:

Hydrostatische Schmierung: Eine Pumpe ausserhalb der Kontaktzone erzeugt notwendigen Druck.

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