„Reibung“ – Versionsunterschied

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== Reibungsenergie ==
== Reibungsenergie ==
Entsprechend dem [[Energieerhaltungssatz]] geht durch Reibung keine Energie verloren. Dies gilt auch dann, wenn Energie aus einem betrachteten System verschwindet, weil sie unter [[Entropie (Thermodynamik)|Entropiezunahme]] in Wärmeenergie umgewandelt wurde. Ein gleitender [[Puck (Sport)|Hockey-Puck]] kommt zum Stillstand, weil Reibung seine kinetische Energie in Wärme umwandelt, die die Thermoenergie des Pucks und der Eisoberfläche erhöht. Da diese Wärme schnell [[Dissipation|dissipiert]], unterlagen frühe Philosophen, einschließlich [[Aristoteles]], dem [[Fehlschluss|Trugschluss]], dass bewegte Objekte ohne Einfluss einer treibenden Kraft Energie verlieren.<ref>''Der Weg zum physikalischen Kraftbegriff von Aristoteles bis Newton.'' Universität Regensburg, Fakultät für Physik, Arbeitsgruppe Didaktik der Physik [http://www.uni-regensburg.de/physik/didaktik-physik/medien/VeranstMat/ExpSemgemMat/Mechanik/physikalischer_kraftbegriff_von_aristoteles_bis_newton_info-jr.pdf PDF].</ref>

Wenn ein Objekt entlang eines Pfades <math>C</math> auf einer Oberfläche verschoben wird, berechnet sich die verrichtete Reibungsarbeit <math>{W}_\mathrm{fric}\,</math> aus dem Produkt des Weges und der entlang des Weges wirkenden Kraft, entsprechend der Definition der Arbeit.<ref>''Physik in Übersichten.'' Volk und Wissen, Berlin 1972, S. 74</ref> Sind Kraft oder Reibungskoeffizient über den Weg nicht konstant, ist ein [[Kurvenintegral]] anzusetzen.

Geht man von einer vollständigen Umwandlung in Wärmeenergie aus, gilt

:<math>{W}_\mathrm{fric} = E_\mathrm{th} = \int_C \mathbf{F}_\mathrm{fric}(\mathbf{x}) \cdot \mathrm d\mathbf{x}\ = \int_C \mu_\mathrm{k}\ \mathbf{F}_\mathrm{n}(\mathbf{x}) \cdot \mathrm d\mathbf{x}\, </math>
wobei
: <math>\mathbf{F}_\mathrm{fric}\,</math> die Reibungskraft,
: <math>\mathbf{F}_\mathrm{n}\,</math> die [[Normalkraft]],
: <math>\mu_\mathrm{k}\,</math> den [[Reibungskoeffizient|Gleitreibungskoeffizienten]] (innerhalb des Integrals, da er von Ort zu Ort variieren kann, z.&nbsp;B. durch Materialänderungen entlang des Pfads),
: <math>\mathbf{x}\,</math> die Position des Objekts darstellt.

Die aus einem System durch Reibung verlorene Energie ist ein klassisches Beispiel der thermodynamischen [[Thermodynamik#Thermodynamik irreversibler Prozesse|Irreversibilität]].


== Reibungszustände in der Schmierungstechnik ==
== Reibungszustände in der Schmierungstechnik ==

Version vom 19. Juni 2019, 10:27 Uhr

Reibung, auch Friktion oder Reibungswiderstand genannt, ist eine Kraft, die zwischen Körpern oder Teilchen wirkt, die einander berühren. Die Reibungskraft erschwert dann die Bewegung der Körper gegeneinander. Um eine Bewegung zu erzeugen oder aufrecht zu erhalten, ist Arbeit notwendig. Wenn bei einer Bewegung Reibung auftritt, wird ein Teil der Arbeit oder der Bewegungsenergie durch Dissipation in Reibungswärme umgewandelt und/oder für Verschleiß verbraucht.

Bei der Betrachtung von Reibungsvorgängen unterscheidet man zwischen äußerer Reibung und innerer Reibung. Die äußere Reibung tritt auf bei Reibung zwischen sich berührenden Außenflächen von Festkörpern. Die innere Reibung tritt auf zwischen benachbarten Teilchen bei Verformungsvorgängen innerhalb von Festkörpern, Flüssigkeiten und Gasen. In physikalischen Modellen werden Reibungskräfte oft vernachlässigt, wenn sie relativ klein und/oder quantitativ schwer erfassbar sind. Mit der wissenschaftlichen Untersuchung von Reibungsvorgängen beschäftigt sich die Tribologie (Reibungslehre).

Reibungsarten

Reibungsenergie

Reibungszustände in der Schmierungstechnik

Die Optimierung von Reibungsvorgängen ist Gegenstand der Tribologie.

Bei der Festkörperreibung berühren sich die aufeinander gleitenden Flächen. Dabei werden Oberflächenerhöhungen eingeebnet (Abrieb oder Verschleiß). Bei ungünstiger Werkstoffpaarung und großer Flächenpressung verschweißen die Oberflächen miteinander (Adhäsion). Festkörperreibung tritt beispielsweise bei Verwendung von Trockenschmierstoffen (Graphit, PTFE) auf, wenn kein Schmierstoff verwendet wird oder die Schmierung versagt. Dieser Reibungszustand wird daher auch als Trockenreibung bezeichnet und kann durch Linearkugellager deutlich verringert werden.

Die Mischreibung kann bei unzureichender Schmierung oder zu Beginn der Bewegung zweier Reibpartner mit Schmierung auftreten. Dabei berühren sich die Gleitflächen punktuell. Die Reibungskraft im Mischreibungsbereich ist Geschwindigkeitsabhängig und lässt sich an Gleitlagern beobachten. Dabei nimmt die Reibkraft / das Reibmoment mit steigender Gleitgeschwindigkeit ab, bis reine Fluidreibung auftritt und die Reibflächen trennt. Bei weiter steigender Gleitgeschwindigkeit nimmt dann die Reibkraft / das Reibmoment wieder zu. Im Mischreibungsgebiet nimmt der Verschleiß ähnlich mit dem Reibmoment ab, bis die Gleitgeschwindigkeit die nahezu verschleißfreie Fluidreibung erreicht hat. Die Mischreibung ist daher im Dauerbetrieb stets unerwünscht, ist aber manchmal unvermeidlich oder ihre Vermeidung ist so aufwändig, dass die Kosten für Verschleißreparaturen in Kauf genommen werden.

Die Fluidreibung tritt dann auf, wenn sich zwischen den Gleitflächen ein permanenter Schmierfilm bildet. Typische Schmierstoffe sind Öle, Wasser aber auch Gase (siehe Luftlager). Die Gleitflächen sind vollständig voneinander getrennt. Die entstehende Reibung beruht darauf, dass die Schmierstoffmoleküle aufeinander gleiten. Damit diese Scherkräfte nur zu einer tragbaren Temperaturerhöhung des Schmierstoffes führen, muss die entstehende Wärme auf geeignete Weise abgeführt werden. Fluidreibung ist der gewünschte Reibungszustand in Lagern und Führungen, wenn Dauerhaltbarkeit, hohe Gleitgeschwindigkeit und hohe Belastbarkeit benötigt werden. Ein wichtiges Beispiel ist die Drucköl-Schmierung der Lagerschalen zwischen Kurbelwelle und Pleuelstange im Automotor (Hydrodynamisches Gleitlager).

Der Übergang von der Mischreibung zur Fluidreibung wird durch die Stribeck-Kurve dargestellt, das Minimum von Reibkraft/-moment der Kurve markiert den Übergang zur reinen Fluidreibung.

Beispiele für Reibungsvorgänge

Siehe auch

Literatur

  • Gerd Fleischer (Hrsg.): Grundlagen zu Reibung und Verschleiß. Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1983.
  • Bo Persson: Sliding Friction. Physical Principles and Applications. Springer, 2002, ISBN 3-540-67192-7.
  • Ernest Rabinowicz: Friction and Wear of Materials. Wiley-Interscience, 1995, ISBN 0-471-83084-4.
  • Frank Philip Bowden, David Tabor: The Friction and Lubrication of Solids. Oxford University Press, 2001, ISBN 0-19-850777-1.
  • Valentin L. Popov: Kontaktmechanik und Reibung. Ein Lehr- und Anwendungsbuch von der Nanotribologie bis zur numerischen Simulation. Springer-Verlag, 2009, ISBN 978-3-540-88836-9.
Wiktionary: Reibung – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
Wiktionary: Friktion – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

  1. Brockhaus ABC Chemie, VEB F. A. Brockhaus Verlag Leipzig 1965, S. 1577–1578.