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Definition

Tribologie ist die Wissenschaft und Technik von aufeinander einwirkenden Oberflächen in Relativbewegungen. Sie umfasst das Gesamtgebiet von Reibung und Verschleiss einschliesslich Schmierung und schliesst entsprechende Grenzwechsel-wirkungen sowohl zwischen Festkörpern als auch zwischen Festkörpern und Flüssigkeiten oder Gasen ein .

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Gebiete

Kinematik: Bewegungserzeugung, Bewegungsübertragung, Bewegungshemmung

Dynamik: Kraftübertragung über Kontakt-Grenzflächen

Arbeit und mechanische Energie: Übertragung und Umwandlung mechanischer Energie

Stofftransport: Stofftransport fester, flüssiger oder gasförmiger Medien

Formgebung und Fertigung: spannende und spanlose Fertigung, Oberflächentechnik

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Welche Aufgabe hat die Tribologie?

Die Aufgabe der Tribologie ist es reibungs- und verschleissbedingte Energie- und Stoffverluste in Hinsicht auf einen möglichst störungsfreien Betrieb von technischen Systemen zu minimieren. Durch die positive Veränderung der aufeinander wirkenden Oberflächen in Relativbewegung (tribologisches System) werden ein höherer Wirkungsgrad und eine grössere Zuverlässigkeit erreicht

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Gesichtspunkte die durch den Einsatz von Tribologie positiv verändert

werden kann Erhöhung von Leistung und

Wirkungsgrad Verbesserung der Qualität Zuverlässigkeit und Gebrauchsdauer Energie und Materialeinsparung Verminderung von Umwelteinflüssen

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Optimierung tribologischer Vorgänge

Aus der Frage heraus wie tribologische Systeme optimiert werden können lassen sich 3. Kategorien herausstellen.

1.) Vermeidung des tribologischen Kontaktes Das sind Maßnahmen mit dem Ziel, die gewünschten Funktionen ohne jeden tribologischen Kontakt zu ermöglichen (z.B. Ersatz analoger Uhren durch digitale Uhren)

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Optimierung tribologischer Vorgänge

2.) Beeinflussung des Beanspruchungskollektivs Dies sind Maßnahmen, zur Verringerung der Beanspruchung des Tribosystems ohne Beeinträchtigung der gewünschten Funktion( Ersetzen von Gleitlagern durch Wälzlager)

3.) Beeinflussung der Systemstruktur a) durch konstruktive Maßnahmen d.h. Gestaltung und Auslegung der Reibpaarung unter tribologischen Gesichtspunkten b) durch schmierungstechnische Maßnahmen d.h. Auswahl und Anwendung eines geeigneten Schmierstoffes c) durch werkstofftechnische Maßnahmen d.h. Auswahl optimaler Werkstoffpaarungen oder Aufbringen tribologisch optimierter Oberflächenschichten

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Reibung Grundlagen

Reibung äußert sich als Reibungskraft, der eine Relativbewegung kontaktierender Körper verhindert (Ruhereibung), oder einer Relativbewegung entgegenwirkt und zum Verlust mechanischer Energie führt. Dieser Energieverlust offenbart sich in der Erwärmung der beteiligten Elemente (Oberflächen der Reibpartner, Schmierstoff, Umgebung). Dabei sind diese Energieverluste in den meisten Fällen unerwünscht, andernfalls hat die Reibung auch ihren Nutzen z.B. Selbsthemmung von Schrauben, Bremsen des Autos, Reibradgetrieben.

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Grundlagen zum Verschleißverhalten von Werkstoffen

"Verschleiß ist der fortschreitende Materialverlust aus der Oberfläche eines festen Körpers, hervorgerufen durch mechanische Ursachen, d.h. Kontakt und Relativbewegung eines festen, flüssigen oder gasförmigen Gegenkörpers". So ist der Verschleiß in der DIN 50 320 definiert. Zur Verringerung des Verschleißes von Werkstoffen ist die Kenntnis der verursachenden Mechanismen Voraussetzung. Für diese Untersuchung hat sich der Einsatz des Rasterelektronen-mikroskops bewährt, da es Aussagen über die Oberflächenverformung und die Veränderung des Metallgefüges im oberflächennahen Bereich sowie über die gebildeten Reaktionsschichten ermöglicht. Die Untersuchung der Erscheinungsformen von Verschleißflächen ist zur Optimierung tribo-technischer Elemente von Maschinen ebenso von Interesse wie bei der Verschleißanalyse im praktischen Betrieb bei der Schadensbeurteilung.

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Verschieden polierte Oberflächen

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Grundlagen

Leonardo da Vinci1. Reibung ist unabhängig von der

geometrischen KontaktflächeEuler und Amoton2. Reibung ist proportional zur NormalkraftCoulomb3. Reibung ist unabhängig von der

Geschwindigkeit

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200 Jahre später: Adhäsions-Modell von Bowden-Tabor

Dank systematischer Experimente entdecken Bowden und Tabor:

Die reale Kontakfläche ist viel kleiner wie die geometrischeKontakfläche

Reibung FF ist proportional zur realen Kontaktfläche AR

ist die Scherspannung und hängt molekularen Eigenschaften ab, ähnlich wiedie Adhäsion

Die Anzahl der Kontakte nimmt mit der Normalkraft zuund ist unabhängig von der geometrischen Kontaktfläche

RF AF ⋅= F.P. Bowden1950

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Reale Kontaktfläche AR

Die reale Kontaktfläche ist viel kleiner als die geometrische Fläche (typisch 10-5) D.h. der makroskopische Kontakt wird durch Mikrokontakte gemacht. Die Scherung der Mikrokontakte ist für die makroskopische Reibung verantwortlich.

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Mechanismen der Reibung

•Grundsätzlich wird Bewegungsenergie in Gitterschwingungen (Phononen) umgewandelt

•Plastische Deformation von Mikrokontakten ursprüngliche Vorstellung von Bowden und Tabor

•Atomare Reibung mit Instabilitäten geht auf Tomlinson 1929 zurück

•Viskose Reibung z.B. Stokes‘ Reibung, siehe Physik I

•Verschleiss (plowing, abrasive wear, adhesive wear...)