Reibungskraft

Wenn ein Körper auf einem anderen Körper bewegt wird, reiben sich die Körper, so dass die Bewegung gehemmt wird. Die Kraft, die der Bewegung entgegen wirkt und zum Bewegen des Körpers aufgewendet werden muss, wird Reibungskraft genannt. Wie stark die Reibungskraft ist, ist abhängig vom Gewichtskraft, Material, von der Oberflächenbeschaffenheit und der Reibungsfläche der Körper. Bei rauhen Oberflächen ist die Hemmung größer als bei glatten Oberflächen. Es spielt auch eine Rolle, ob die Materialien feucht, trocken, geölt etc. sind.

Reibungskraft

Reibungszahl

Die Beeinflussung der Reibungskraft durch die Materialbeschaffenheit, die Ölung und Schmierung etc. wird als Reibungszahl angegeben. Je kleiner die Reibungszahl ist, umso geringer ist die Hemmung. Reibungszahlen sind Konstanten und man entnimmt sie aus Tabellen, die aus der Erfahrung heraus ungefähre Richtwerte angeben. Beispielsweise ist die Reibungszahl bei einer Gleitreibung für die Kombination Stahl & Stahl (trocken) bei ca. 0,15.

Reibungsarten

Bei der Reibung wird zwischen folgenden Reibungsarten unterschieden:

  • Haftreibung: Ein Körper haftet auf einem anderen Körper, z.B. haften bei einem stehenden Auto die Reifen mit der Straße.
  • Gleitreibung: Ein Körper gleitet auf einem anderen Körper, z.B. im Falle einer Vollbremsung eines fahrenden Autos, wenn die Reifen sich nicht mehr bewegen und auf der Straße gleiten.
  • Rollreibung: Ein Körper rollt auf einem anderen Körper, z.B. rollen bei einem fahrenden Auto die Reifen auf der Straße.

Formel für Reibungskraft bei Gleit- und Rollreibung

Formel für Reibungskraft

Folgende Formelzeichen werden bei den Berechnungen zur Gleit- und Rollreibung benutzt:

  • Kraft: Formelzeichen F
  • Reibungskraft: Formelzeichen FR
  • Reibungszahl (Gleitreibung): Formelzeichen μ
  • Rollreibungszahl: Formelzeichen μr
  • Radius des rollenden Körpers: Formelzeichen r

Beispiel für die Berechnung der Reibungskraft bei Gleitreibung:

Masse (m): 75 kg

Fallbeschleunigung (g): 9,81 m/s²

Reibungszahl (μ): 0,35

Gesucht: Gewichtskraft F, Reibungskraft FR

Berechnung der Gewichtskraft: 75 · 9,81 = 735,75 Newton

Berechnung der Reibungskraft: 735,75 · 0,35 = 257,51 Newton

Beispiel für die Berechnung der Reibungskraft bei Rollreibung:

Masse (m): 75 kg

Fallbeschleunigung (g): 9,81 m/s²

Reibungszahl (μr): 2 mm

Radius (r): 50 mm

Gesucht: Gewichtskraft F, Reibungskraft FR

Berechnung der Gewichtskraft: 75 · 9,81 = 735,75 Newton

Berechnung der Reibungskraft: 735,75 · 2 : 50= 29,43 Newton

Die Reibungskraft überwindet bei der Rollreibung die elastischen Verformungen zwischen dem rollenden Körper und der Unterlage, auf dem es rollt. Das bedeutet, der rollende Körper drückt etwas in die Unterlage ein und man muss die Reibungskraft aufwenden, damit der rollende Körper die Eindrückung überwindet und rollt. Die Rollreibungszahl ergibt sich durch den Abstand zwischen dem Mittelpunkt und der Einrückungskante. Bei mehreren Rollen, wie z.B. bei Wälzlagern und wenn die Lasten ungleich verteilt sind, wird für die Berechnung der Reibungskraft häufig die Formel wie bei der Gleitreibung benutzt und man rechnet mit der Reibungszahl (μ) anstelle der Rollreibungszahl (μr).

Rollreibung in Lagern

Lager enthalten rollende Körper, die einer Rollreibung ausgesetzt sind. Mit der Kraft des rollenden Körpers wird das Lager belastet. Wenn versucht wird, den Körper zu drehen, wirkt der Reibungsmoment der Drehung entgegen. Die Reibungskraft wird, wie bei der Gleitreibung, mit der Formel FR = F · μ berechnet. Es ist auch möglich, den Reibungsmoment oder die Reibungsleistung zu berechnen. Die Reibungsleistung verringert den Wirkungsgrad einer Anlage. Zur Berechnung der Reibungsleistung wird die Umfangsgeschwindigkeit oder die Winkelgeschwindigkeit benötigt.

Rollreibung in Lagern

Formel für Reibungsmoment und Reibungsleistung

Formel Reibungsmoment und Reibungsleistung

Beispiel für die Berechnung des Reibungsmoments:

Masse (m): 75 kg

Fallbeschleunigung (g): 9,81 m/s²

Reibungszahl (μ): 0,35

Radius (r): 100 mm (0,1 m)

Gesucht: Gewichtskraft F, Reibungsmoment MR

Berechnung der Gewichtskraft: 75 · 9,81 = 735,75 Newton

Berechnung des Reibungsmoments: 735,75 · 0,35 · 0,1 = 25,75 Newtonmeter

Beispiel für die Berechnung der Reibungsleistung:

Masse (m): 75 kg

Fallbeschleunigung (g): 9,81 m/s²

Umfangsgeschwindigkeit (v): 1,2 m/s

Gesucht: Gewichtskraft F, Reibungsleistung PR

Berechnung der Gewichtskraft: 75 · 9,81 = 735,75 Newton

Berechnung der Reibungsleistung: 735,75 · 1,2 = 882,9 Watt