Tribologische Basics

In der Tribologie gibt es einige grundlegenden Wirk-Zusammenhänge, welche die Reibung und den Verschleiß beeinflussen.

Reibung, Reibungskraft, Reibungszahl, Reibungskoeffizient f, früher µ.

Man unterscheidet trockenes Reiben und Reibung in Gegenwart eines Zwischenstoffs.
Der Zwischenstoff ist in den meisten Fällen eine Flüssigkeit. Wasser, Öl, Fett, etc.
Aber auch Gase können das tribologische Verhalten beeinflussen. Wasserstoff z.B. verhindert die Entstehung von Reibrost.

Die Reibung entsteht beim Übergleiten einer Oberfläche durch einen Gegenkörper. Zum Übergleiten wird eine Kraft benötigt, die größer ist als die Reibkraft. Die Reibkraft ist der bewegenden Kraft immer entgegengesetzt. Die Kraft, welche wirkt, um das System aus dem Stillstand in Bewegung zu setzen, ist die statische Reibkraft oder Haft-Reibungskraft.

Die Haft-Reibung ist nicht immer größer als die Gleitreibung. Bei manchen Polymeren ist das umgekehrt (PTFE, POM). Die Reibung ist eine Systemeigenschaft. Es gibt nicht die Reibung von Stahl oder die Reibung von Kunststoff, sondern nur eine Reibkraft von Stahl gegen einen Kunststoff oder Stahl gegen Eis (Beispiel Schlittschuhkufen).

Stahl gegen Stahl hat eine sehr hohe Reibung. Stahl gegen Eis hat eine niedrige Reibung.
Neben der Gleitpaarung (Stahl gegen Polymer) und dem Zwischenstoff (Fett) hängt die Reibungskraft von der wirkenden Last (Andrückkraft) ab. Doppelte Last = doppelte Reibkraft.

Die Kontaktfläche beeinflusst die Reibkraft beim trockenen Gleiten nicht (Ausnahmen bestätigen die Regel)!
Der Quotient Reibkraft geteilt durch die Normalkraft (Andrückkraft) ist der Reibungskoeffizient “f” (Friction coefficient). Früher hieß der “µ”.

Die Gleitgeschwindigkeit hat auch Einfluss auf die Reibung. Je schneller etwas gleitet, desto mehr Reibungswärme entsteht. Diese Reibungswärme kann so hoch werden, dass die reibenden Werkstoffe schmelzen (Beispiel Reibschweißen).

Im geschmierten Zustand ist die Sache komplizierter. Die Flüssigkeit im Reibspalt erzeugt mit zunehmender Gleitgeschwindigkeit Auftriebskräfte, die so hoch werden können, dass das System aufschwimmt. Ähnlich dem Wasserski-Effekt oder dem Aquaplaning. Hier wirken zusätzlich zu der Festkörperreibung noch rheologische Kräfte. Viskose Reibung der Flüssigkeit, Fließgrenze, Tropfpunkt, Schmelzpunk usw. Eine zähflüssige Substanz im Reibspalt (Honig) kann die Reibung erhöhen.

Die Oberflächen-Rauigkeit hat ebenso Einfluss auf die Reibung. Raue Oberflächen haben hohe Reibung, glatte Oberflächen niedrige Reibung. 
Aber Vorsicht: Bei sehr glatten Oberflächen (superfinish) steigt die Reibung wieder an.

Der Einfluss der Luftfeuchtigkeit ist unterschiedlich. Manche Polymere lieben die Feuchte, andere dagegen gar nicht.

Graphit ist ein Material mit ausgezeichneten Gleiteigenschaften. Ohne Luftfeuchtigkeit versagt er aber völlig.