Reibung (1): Grundlagen 22.11.2008, 12:47

Reibung: Grundlagen (Ausschnitt)

In allen mechanischen Geräten spielt die Reibung eine wichtige Rolle. In der Regel möchte man sie unbedingt vermeiden, weil sie den Wirkungsgrad verringert. Andererseits gibt es Systeme, die ohne Reibung nicht funktionieren würden: Kupplungen und Bremsen beispielweise.

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2. Ausbildungsjahr 

Wovon die Reibung abhängt 

In allen mechanischen Geräten spielt die Reibung eine wichtige Rolle. In der Regel möchte man sie unbedingt vermeiden, weil sie den Wirkungsgrad verringert. Aber es gibt Systeme, die ohne sie nicht funktionieren würden: Kupplungen und Bremsen beispielweise.

Ein Stahlklotz (links im Bild) mit dem Gewicht F = 20 N soll auf einer trockenen Stahlunterlage bewegt werden. Dafür ist eine bestimmte Kraft FR nötig. FR ist die Kraft, die erforderlich ist, um den Reibungswiderstand zwischen Klotz und Unterlage zu überwinden. Sie ist also gleich groß wie die gegen die Zugrichtung wirkende, bremsende Reibkraft.

Wie groß ist FR? Gleich groß wie F? Oder ist es kleiner? Größer?

Und weiter: Wenn sich die Reibflächen des Klotzes wie 1: 1/2: 1/4 verhalten; wie werden sich die Kräfte FR verändern, wenn man den Klotz jeweils auf eine dieser Flächen legt und auf seiner Unterlage verschiebt (Bild)?

Experimentierklötze aus Holz zur Ermittlung der Reibzahl

Im Versuch - der Klotz liegt auf der großen Fläche A - zeigt sich, dass FR = 4 N ist, d. h. die Kraft FR ist wesentlich kleiner als das Gewicht F.
Legt man den Klotz auf die kleineren Flächen A/2 und A/4, dann ändert sich an der Zugkraft nichts. Dies heißt: Die Reibkraft ist unabhängig von der Größe der Reibfläche.
Setzt man die Kräfte FR und F ins Verhältnis zueinander, dann erhält man die Reibzahl µ ( = mü) = FR / F.
µ ist dimensionslos d. h. ohne Einheit.

Da FR kleiner ist als F, erhalten wir für µ stets eine Zahl <1. Nun sollten Sie noch überlegen, auf welche Weise sich FR bei gleich bleibendem F verändern lässt.

Die Reibkraft hängt zum einen vom Zustand der aufeinander reibenden Oberflächen ab. Sind sie rau, wird auch der Reibungswiderstand groß sein. Es ist auch von Bedeutung, ob die Flächen trocken oder geschmiert sind. Schließlich spielt das Material der aufeinander gleitenden Körper eine Rolle: Stahl lässt sich auf Grauguss leichter bewegen als auf Gummi.
Suchen Sie bitte aus einem Tabellenbuch die Reibwerte für folgende Werkstoffpaarungen heraus: Stahl auf Guss (trocken und geschmiert); Stahl auf Reibbelag.
Im Tabellenbuch werden Sie zwei verschiedene Reibzahlen finden: die Haftreibzahl und die Gleitreibzahl. Die letztere ist etwas geringer als die erste. Das liegt daran, dass die Reibung im Anlaufstadium immer etwas höher ist als während der Bewegung. Wir wollen hier nur mit der Gleitreibzahl rechnen.

Aufgaben

a) Wie groß ist die Reibzahl zwischen dem Messer und der Reibplatte eines Messerbalkens, wenn bei einer Druckkraft von 72 N ein Reibungswiderstand von 21 N gemessen wird?

µ = FR : F = 21 N : 72 N = 0,29

b) Welche Kraft muss zum Wegschieben einer Ersatzteilkiste aufgewendet werden, wenn sie 35 daN wiegt und eine Reibzahl 0,25 angenommen wird?

FR = µ • F = 0,25 • 35 daN = 8,75 daN

c) Berechnen Sie die Kraft, mit der eine Schraubzwinge ein Stück Holz zusammenklemmen muss, damit es bei einer Zugkraft von 200 N nicht aus den Backen herausrutscht (µ = 0,45).

(Lösung: F = 444,4 N)

d) Ein Kurbelwellenzapfen wird mit 18200 N belastet. Die Reibzahl zwischen Zapfen und Bohrung beträgt 0,008. Wie groß ist der Reibwiderstand?

(Lösung: FR = 145,6 N).
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Siehe auch Beitrag Reibung (2)