Der Reibwert oder Reibungskoeffizient ist proportional zur Reibungskraft, z.B. eine Widerstandskraft beim Gleiten über eine Oberfläche. Genauer gesagt, ist der Reibwert das Verhältnis der Reibungskraft zur Anpresskraft zwischen zwei Körpern. Die positive Eigenschaft des Reibwerts ist, dass Kräfte durch Berührung übertragen werden können. Es ist also kein Formschluss erforderlich. Klemmverbindungen sind daher kostengünstig und vor allem einstellbar. Herausfordernd sind die naturgemäß großen Streuungen der Reibwerte. Gleichzeitig werden durch das Design Reibwerte beeinflusst und lassen sich ganz nach der Zielsetzung in einem weiten Bereich gestalten. Das ist unser Spezialgebiet. Ebenso sind auch Verschleiß und Verschleißpartikel herausfordernde Themen, die wir beispielsweise durch Verschleißmodelle und Testing bewerten.
Reibung gibt den nötigen Halt
Reibung ermöglicht es Kräfte zu übertragen. Durch die Reibung eines tiefen Pfahls im Boden können selbst in sandigen Böden hohe Gebäude errichtet werden. Wollen wir Kräfte in Kontakten übertragen z.B. Reifenkontakte mit der Straße, ist das Ziel die Reibwerte zu erhöhen. Gerade wenn es darum geht, einen guten Halt zu erzeugen, ist die Natur sehr kreativ und bietet viele faszinierende Lösungen. Diese Ideen greifen wir im Bereich Bionik auf. Auch in der Technik werden oft reibwert-erhöhende Maßnahmen durchgeführt.
Reibung erzeugt Wärme
Im Winter reiben wir die Hände aneinander. Unsere Vorfahren setzten die Reibung gezielt ein, um ein Feuer zu entfachen. Auch heute verwenden zahlreiche Prozesse insbesondere Fertigungsprozesse die Reibung gezielt, um Bauteile zu erwärmen z.B. beim Fließbohren, Reibschweißen oder beim Rührreibschweißen. Durch mechanische Beanspruchung kann in elastokalorischen Werkstoffen z.B. Nickel-Titan-Legierungen, gezielt Wärme aufgenommen und abgegeben werden. Dieses Kreislauf- oder Wärmepumpenprinzip wird zum Kühlen oder Heizen eingesetzt. Bei Batteriespeichern oder in der Leistungselektronik nutzen wir diese Effekte für das Wärmemanagement, um Bauteile zu erwärmen oder zu kühlen.
Diese Seite fokussiert sich auf positive Eigenschaften, die Nutzung und Gestaltung der Reibung und des Reibwerts. Dagegen gilt es in Antrieben und Lagerungen die Reibung zu reduzieren, um Bewegung zu ermöglichen. Also die Bewegung nicht zu bremsen, die Erwärmung des Systems zu minimieren und Energie einzusparen. Das ist der klassische Bereich der Tribologie, oder einfacher der Reibungslehre.
Reibung erzeugt Wärme. In Fertigungsprozessen wie dem Fließbohren wird die Reibwärme gezielt zur Umformung eingesetzt. In tribologischen Gleit- oder Wälzkontakten in Antrieben und Triebwerken werden Reibwerte jedoch minimiert, die Effizienz maximiert.
Tribometer zur präzisen Untersuchung von Kontakten, zur Ermittlung von Reibwerten, Temperaturen, Verschleißbeträgen, Körperschall, Schwingungen und Geräuschen.
Reibwertmessung
Reibwerte können sehr einfach auf der schiefen Ebene ermittelt werden. Je steiler der Winkel bei dem sich ein Körper losreißt, desto höher die Haftreibung. Natürlich gibt es auch genauere Messmethoden. In beanspruchten Kontakten verwenden wir Kraftsensoren, um Anpresskräfte und Reibkräfte präzise zu messen. Die benötigte Kraft ist beispielsweise bei der Montage eines Steckers sehr wichtig. In bewegten Systemen verwenden wir Tribometer, spezielle Prüfstände, um wichtige Kenngrößen für die Kontakte zu bestimmen. Hier wird beispielsweise der Einfluss eines Schmierstoffs untersucht. Ebenso messen wir Reibwert-Schlupf-Kurven.
Betrag der Reibwerte
Reibwerte sind Systemgrößen. Damit sind Reibwerte von sehr vielen Einflussgrößen abhängig. Das sogenannte tribologische System. Wichtige Einflussgrößen sind beispielsweise die Werkstoffe und Oberflächen, Schmierung, Partikel und Bewegungsart/überlagerte Bewegung. Somit werden Reibwerte in einem weiten Bereich gestaltet. Für energieeffiziente Systeme oder elektrische Kontakte gilt es Reibungsverlust zu minimieren. Für die Übertragung hoher Kräfte, wie dem Reifen auf der Straße oder in kraftschlüssigen Verbindungen maximieren wir die Reibwerte gezielt.
Werkstoffe und Oberflächen, Schmierung, Partikel und Bewegungsart/überlagerte Bewegung ergeben sehr unterschiedliche Reibwerte.
Die Gestaltung der Reibwerte durch reibwerterhöhende vs. reibwertminimierende Designmaßnahmen
Reibwertminimierung durch Schmierstoffe oder Medien
Ein weiteres wichtiges Designelement sind die Schmierstoffe. Die wesentliche Aufgabe eines Schmierstoffes ist es die Reibpartner bestmöglich zu unterstützen. Damit wird der Reibwert, die Reibung und der Verschleiß sehr gut kontrolliert. Auf Grund dieser enormen Bedeutung wird oft auch vom Designelement Schmierstoff gesprochen. Der Schmierstoff kann jedoch eine ganze Reihe von Aufgaben übernehmen, vielfältige Anforderungen erfüllen.
SuperLubricity oder Supraschmierfähigkeit
Durch die Gestaltung der Oberflächen und Werkstoffe in Zusammenarbeit mit dem Schmierstoff oder eines vorhandenen umgebenden Mediums kann die Reibung nahezu vollständig verschwinden.
Definierte eingestellte Reibwertbereiche
Bei sogenannten reibschlüssigen/kraftschlüssigen Verbindungen und Maschinenelementen hat die Reibung bzw. die Streuung der Reibwerte einen sehr großen Einfluss auf das Ergebnis. Die Reibwerte streuen in der Regel um ein Vielfaches. Um die Zuverlässigkeit zu steigern können die Reibwerte eingestellt werden. Im einfachsten Fall ist ein definiertes einbringen eines Schmierstoffes. Zuverlässiger und vor allem montage-freundlicher sind jedoch sogenannte Gleitbeschichtungen z.B. durch Schleudern aufgebrachte wachsbasierte Schichten. Diese Schichten werden bspw. auf Gewinde und Auflageflächen von zuverlässigen Schraubenverbindungen aufgebracht.
Gestaltung der Oberfläche: Topografie und Strukturierung
Glatte Oberfläche haben tendenziell geringere Reibwerte als raue Oberfläche. Ob wir bei Glatteis und spiegelglatter Fahrbahn unterwegs oder auf einem rauen Trittbrett und Gitter stehen ist ein himmelweiter unterschied. In der Praxis ist es jedoch ein kompliziertes Thema, weil es unterschiedliche Reibmechanismen und unterschiedliche Verschleißmechanismen gibt. Deshalb gibt es auch immer Ausnahmen, wenn z.B. sehr glatte Oberflächen keinen Schmierstoff transportieren, dadurch warm werden und aneinanderkleben oder verschweißen.
Reibwerterhöhende Maßnahmen
Soll eine Reibfläche besonders hohe Kräfte übertragen, gibt es reibwerterhöhende Maßnahmen. In der Praxis werden beispielsweise weiche Beschichtungen aufgebracht. Weitere Möglichkeiten sind das Einbringen von harten Partikeln (Streusalz oder Streusplitt-Effekt) oder auch rauere, vergrößerte Oberflächen zu schaffen. Letzteres ermöglicht sehr hohe Reibwerte, ein regelrechtes ankleben/Adhäsion. Dadurch kann z.B. das Tier Gecko an Wänden oder über-kopf an Decken gehen.
Für Ihren Erfolg scheuen wir uns weder vor µ noch vor Verschleiß und stehen Ihnen für Fragen zur Verfügung.
Link zur Kontakt-Seite