Reibungskoeffizient

Reibungskoeffizient – Maß für den Widerstand zwischen Kontaktflächen

Was ist der Reibungskoeffizient?

Der Reibungskoeffizient ist eine dimensionslose Kennzahl, die beschreibt, wie groß der Reibungswiderstand zwischen zwei sich berührenden Oberflächen ist.

Er wird in der Regel mit dem griechischen Buchstaben μ bezeichnet. Dieser Buchstabe wird als Mü ausgesprochen.

Der Reibungskoeffizient hängt nicht nur von den Werkstoffen ab, sondern von der gesamten Reibpaarung und den vorliegenden Betriebsbedingungen.

Dazu gehören:

• Werkstoffkombination
• Oberflächenrauheit
• Schmierung
• Temperatur
• Flächenpressung
• Relativgeschwindigkeit
• Verschleißzustand
• Verunreinigungen
• Beschichtungen
• Feuchtigkeit
• Oxidschichten

Der Reibungskoeffizient ist unter anderem von Bedeutung bei:

• Werkzeugmaschinen
• Gleitführungen
• Wälzführungen
• Lagern
• Schraubverbindungen
• Spannmitteln
• Riemenantrieben
• Kupplungen
• Bremsen
• Dichtungen
• Umformprozessen
• Zerspanungsprozessen
• Werkstückspannungen

Grundformel der Reibung

Die Reibungskraft lässt sich in einem vereinfachten Modell folgendermaßen berechnen:

[
F_R = \mu \times F_N
]

Dabei gilt:

• (F_R): Reibungskraft in Newton
• (\mu): Reibungskoeffizient
• (F_N): Normalkraft in Newton

Die Normalkraft wirkt senkrecht auf die Kontaktfläche. Die Reibungskraft wirkt der tatsächlichen oder beabsichtigten Relativbewegung entgegen.

Der Reibungskoeffizient ergibt sich durch Umstellen der Formel:

[
\mu = \frac{F_R}{F_N}
]

Da sowohl Reibungs- als auch Normalkraft in Newton angegeben werden, besitzt der Reibungskoeffizient keine Einheit.

Einfaches Berechnungsbeispiel

Ein Werkstück wird mit einer Normalkraft von 1.000 N auf eine Unterlage gedrückt. Der Reibungskoeffizient beträgt:

[
\mu = 0{,}2
]

Die Reibungskraft beträgt:

[
F_R = 0{,}2 \times 1000
]

[
F_R = 200\ \text{N}
]

Es ist somit eine Kraft von ungefähr 200 N erforderlich, um den angenommenen Reibungswiderstand zu überwinden.

Dieses einfache Modell gilt nur unter bestimmten Bedingungen. In der Praxis kann sich der Reibungskoeffizient während der Bewegung verändern.

Haftreibung

Die Haftreibung wirkt zwischen zwei Kontaktflächen, solange noch keine Relativbewegung stattfindet.

Sie verhindert zunächst, dass ein Körper zu gleiten beginnt.

Der Haftreibungskoeffizient wird häufig bezeichnet mit:

[
\mu_H
]

Die maximal übertragbare Haftreibungskraft beträgt:

[
F_{H,\text{max}} = \mu_H \times F_N
]

Solange die angreifende Kraft kleiner als die maximal mögliche Haftreibungskraft ist, bleibt der Körper in Ruhe.

Wird die Grenze überschritten, beginnt die Relativbewegung.

Gleitreibung

Die Gleitreibung wirkt, wenn sich zwei Oberflächen gegeneinander bewegen.

Der Gleitreibungskoeffizient wird häufig bezeichnet mit:

[
\mu_G
]

Die Gleitreibungskraft wird vereinfacht berechnet mit:

[
F_G = \mu_G \times F_N
]

Bei vielen Werkstoffpaarungen ist der Gleitreibungskoeffizient kleiner als der Haftreibungskoeffizient:

[
\mu_G < \mu_H
]

Deshalb ist häufig mehr Kraft erforderlich, um eine Bewegung zu beginnen, als um sie anschließend aufrechtzuerhalten.

Unterschied zwischen Haft- und Gleitreibung

Merkmal	Haftreibung	Gleitreibung
Relativbewegung	keine	vorhanden
Reibungskoeffizient	(\mu_H)	(\mu_G)
Wirkung	verhindert Bewegungsbeginn	hemmt vorhandene Bewegung
Typischer Wert	häufig höher	häufig niedriger
Beispiel	festgespanntes Werkstück	gleitender Maschinentisch

Der Übergang von Haft- zu Gleitreibung kann ruckartig erfolgen. Bei Maschinenführungen kann daraus der sogenannte Stick-Slip-Effekt entstehen.

Roll- und Wälzreibung

Bei einer rollenden oder wälzenden Bewegung entsteht normalerweise ein geringerer Bewegungswiderstand als beim Gleiten.

Beispiele sind:

• Kugellager
• Rollenlager
• Kugelumlaufführungen
• Rollenführungen
• Kugelgewindetriebe

Der Widerstand entsteht unter anderem durch:

• elastische Verformung
• Lagerreibung
• Schmierstoffverdrängung
• Dichtungsreibung
• Mikroschlupf
• innere Werkstoffdämpfung

Für Roll- und Wälzvorgänge ist ein einfacher dimensionsloser Reibungskoeffizient nicht immer ausreichend. Je nach Berechnungsmodell werden andere Kennwerte verwendet.

Warum entsteht Reibung?

Technische Oberflächen sind auch nach einer feinen Bearbeitung nicht vollkommen glatt. Unter dem Mikroskop besitzen sie Erhebungen und Vertiefungen.

Die tatsächliche Berührung findet nur an einzelnen Rauheitsspitzen statt. An diesen Kontaktstellen können hohe lokale Drücke entstehen.

Reibung entsteht unter anderem durch:

• Verformung von Rauheitsspitzen
• Mikroskopisches Verhaken
• Adhäsion zwischen Werkstoffen
• Abscheren von Materialbrücken
• Pflügen harter Partikel
• Verdrängen von Schmierstoff
• elastische und plastische Verformung
• Oberflächenbeschädigungen

Der Reibungskoeffizient ist deshalb kein reiner Materialwert. Er beschreibt das Verhalten einer bestimmten Reibpaarung unter bestimmten Bedingungen.

Einfluss der Werkstoffpaarung

Unterschiedliche Werkstoffkombinationen besitzen unterschiedliche Reibungseigenschaften.

Beispiele für Reibpaarungen sind:

• Stahl auf Stahl
• Stahl auf Gusseisen
• Stahl auf Aluminium
• Stahl auf Kunststoff
• Bronze auf Stahl
• Hartmetall auf Stahl
• Keramik auf Stahl
• Kunststoff auf Aluminium

Gleichartige metallische Werkstoffe können zur Adhäsion und zum Fressen neigen. Unterschiedliche Werkstoffe werden deshalb häufig gezielt miteinander kombiniert.

Typische Gleitlagerpaarungen sind beispielsweise:

• Bronze auf Stahl
• Kunststoff auf Stahl
• beschichtete Führung auf Gusseisen

Typische Richtwerte

Reibungskoeffizienten sind keine festen Universalwerte. Die folgenden Werte dienen nur als grobe Orientierung:

Reibpaarung	Zustand	ungefährer Reibungskoeffizient
Stahl auf Stahl	trocken	0,5 bis 0,8
Stahl auf Stahl	geschmiert	0,05 bis 0,2
Stahl auf Gusseisen	trocken	0,2 bis 0,4
Stahl auf Aluminium	trocken	0,3 bis 0,6
Stahl auf Bronze	geschmiert	0,05 bis 0,15
Kunststoff auf Stahl	abhängig vom Kunststoff	0,1 bis 0,4
Gummi auf trockener Fahrbahn	trocken	etwa 0,7 bis über 1,0
PTFE auf Stahl	trocken	etwa 0,04 bis 0,1

Die tatsächlichen Werte müssen für technische Berechnungen aus geprüften Tabellen, Herstellerangaben oder Versuchen entnommen werden.

Einfluss der Oberflächenrauheit

Die Rauheit beeinflusst den Reibungskoeffizienten, allerdings nicht immer in einer einfachen Richtung.

Eine sehr raue Oberfläche kann zu stärkerem mechanischem Verhaken führen. Eine extrem glatte metallische Oberfläche kann dagegen eine größere reale Kontaktfläche und stärkere Adhäsion verursachen.

Der optimale Oberflächenzustand hängt von der Anwendung ab.

Bei einer geschmierten Gleitführung muss die Oberfläche beispielsweise:

• ausreichend glatt für eine gleichmäßige Bewegung sein
• gleichzeitig Schmierstofftaschen besitzen
• eine tragfähige Kontaktstruktur aufweisen

Deshalb werden Maschinenführungen häufig geschabt, geschliffen oder mit speziellen Gleitbelägen versehen.

Einfluss der Schmierung

Ein Schmierstoff trennt die Kontaktflächen teilweise oder vollständig voneinander.

Dadurch können reduziert werden:

• Reibung
• Verschleiß
• Wärmeentwicklung
• Fressneigung
• Korrosion
• Geräuschentwicklung

Mögliche Schmierstoffe sind:

• Öl
• Fett
• Kühlschmierstoff
• Festschmierstoff
• Graphit
• Molybdändisulfid
• PTFE
• Spezialbeschichtungen

Je nach Schmierzustand wird zwischen Grenzreibung, Mischreibung und Flüssigkeitsreibung unterschieden.

Grenzreibung

Bei der Grenzreibung ist der Schmierfilm sehr dünn. Die Rauheitsspitzen der Oberflächen können sich teilweise noch berühren.

Die Reibung wird stark durch Oberflächen, Beschichtungen und Schmierstoffadditive beeinflusst.

Grenzreibung tritt beispielsweise auf bei:

• Anlaufbewegungen
• niedrigen Geschwindigkeiten
• hohen Belastungen
• unzureichender Schmierstoffversorgung
• kurzen Bewegungen

Mischreibung

Bei der Mischreibung wird ein Teil der Last durch den Schmierfilm und ein Teil durch direkten Oberflächenkontakt übertragen.

Dieser Zustand tritt häufig während des Übergangs zwischen Grenz- und Flüssigkeitsreibung auf.

Die Reibung ist niedriger als bei reinem Festkörperkontakt, aber höher als bei einem vollständig tragenden Schmierfilm.

Flüssigkeitsreibung

Bei der Flüssigkeitsreibung werden die Oberflächen vollständig durch einen Schmierfilm voneinander getrennt.

Die Reibung entsteht überwiegend durch die innere Scherung des Schmierstoffs.

Der Reibungswiderstand hängt dann unter anderem ab von:

• Viskosität
• Geschwindigkeit
• Schmierfilmdicke
• Temperatur
• Flächenpressung
• Geometrie der Gleitflächen

Hydrodynamische Gleitlager arbeiten im vorgesehenen Betriebszustand mit einem tragenden Schmierfilm.

Einfluss der Temperatur

Die Temperatur kann den Reibungskoeffizienten auf unterschiedliche Weise beeinflussen.

Mögliche Auswirkungen sind:

• Veränderung der Schmierstoffviskosität
• Erweichung von Kunststoffen
• Bildung oder Zerstörung von Oxidschichten
• thermische Ausdehnung
• Veränderung der Oberflächenhärte
• beschleunigter Verschleiß
• Verdampfen von Schmierstoff

Bei steigender Temperatur wird Öl normalerweise dünnflüssiger. Dadurch kann der Schmierfilm abnehmen und der direkte Oberflächenkontakt zunehmen.

Einfluss der Geschwindigkeit

Der Reibungskoeffizient kann sich mit der Relativgeschwindigkeit verändern.

Bei niedriger Geschwindigkeit kann Grenz- oder Mischreibung vorliegen. Mit steigender Geschwindigkeit kann sich ein tragfähiger Schmierfilm aufbauen.

Bei sehr hoher Geschwindigkeit können dagegen auftreten:

• Erwärmung
• Schmierstoffverwirbelung
• erhöhte Flüssigkeitsreibung
• instabiler Schmierfilm
• Schwingungen

Deshalb ist der Reibungskoeffizient in vielen technischen Systemen keine konstante Größe.

Einfluss der Normalkraft

Im einfachen Coulomb-Modell ist die Reibungskraft proportional zur Normalkraft:

[
F_R = \mu \times F_N
]

In der Praxis kann sich der Reibungskoeffizient bei sehr hoher oder sehr niedriger Flächenpressung verändern.

Ursachen sind:

• plastische Verformung
• Veränderung der realen Kontaktfläche
• Zusammenbruch des Schmierfilms
• Erwärmung
• Oberflächenbeschädigung
• Materialübertragung

Reibungskoeffizient bei Maschinenführungen

Werkzeugmaschinen benötigen präzise und leichtgängige Führungen.

Verwendet werden unter anderem:

• Gleitführungen
• Kugelumlaufführungen
• Rollenführungen
• hydrostatische Führungen
• aerostatische Führungen

Bei Gleitführungen beeinflusst der Reibungskoeffizient:

• erforderliche Vorschubkraft
• Positioniergenauigkeit
• Wärmeentwicklung
• Verschleiß
• Stick-Slip-Verhalten
• Regelverhalten der CNC-Achse

Ein möglichst gleichmäßiger Reibungsverlauf ist häufig wichtiger als ein extrem niedriger Einzelwert.

Stick-Slip-Effekt

Der Stick-Slip-Effekt bezeichnet eine ruckartige Bewegung durch den Wechsel zwischen Haften und Gleiten.

Er entsteht, wenn der Haftreibungskoeffizient deutlich größer als der Gleitreibungskoeffizient ist.

Der Ablauf ist:

1. Der Antrieb baut Kraft auf.
2. Die Führung haftet zunächst.
3. Die maximale Haftreibung wird überschritten.
4. Die Achse beginnt plötzlich zu gleiten.
5. Die benötigte Reibungskraft fällt ab.
6. Die Achse bewegt sich ruckartig.
7. Der Vorgang wiederholt sich.

Mögliche Folgen sind:

• Ruckeln
• Positionierfehler
• schlechte Oberflächen
• Konturabweichungen
• erhöhter Verschleiß

Moderne Führungen, geeignete Schmierung und CNC-Regelungen reduzieren den Stick-Slip-Effekt.

Reibungskoeffizient in der Spanntechnik

Bei kraftschlüssigen Spannungen wird die Haltekraft durch Reibung übertragen.

Beispiele sind:

• Schraubstock
• Dreibackenfutter
• Spannzange
• Spannpratze
• Reibschlussverbindung
• Klemmnabe

Die übertragbare Reibungskraft wird vereinfacht berechnet mit:

[
F_R = \mu \times F_N
]

Je höher Normalkraft und Reibungskoeffizient sind, desto größere Kräfte können übertragen werden.

Ein zu niedriger Reibungskoeffizient kann dazu führen, dass das Werkstück während der Bearbeitung verrutscht.

Beispiel aus der Werkstückspannung

Ein Werkstück wird mit einer gesamten Normalkraft von 10.000 N gespannt. Der angenommene Reibungskoeffizient beträgt:

[
\mu = 0{,}15
]

Die theoretisch übertragbare Reibungskraft beträgt:

[
F_R = 0{,}15 \times 10000
]

[
F_R = 1500\ \text{N}
]

In einer realen Spannungsberechnung müssen zusätzlich Sicherheitsfaktoren, wechselnde Schnittkräfte, Schwingungen und die tatsächliche Kontaktverteilung berücksichtigt werden.

Reibung im Schraubstock

Die Haltewirkung eines Schraubstocks entsteht nicht allein durch die Spannkraft der beweglichen Backe.

Entscheidend sind außerdem:

• Reibungskoeffizient zwischen Backe und Werkstück
• Reibung an der Werkstückauflage
• Form der Spannbacken
• Einspanntiefe
• Oberflächenzustand
• Werkstoff
• Richtung der Bearbeitungskraft

Gezahnte, beschichtete oder weiche Formbacken können den Kraft- beziehungsweise Formschluss verbessern.

Kühlschmierstoff, Öl oder Späne auf den Spannflächen können den Reibungskoeffizienten verändern.

Reibungskoeffizient bei Schraubverbindungen

Bei einer Schraubverbindung wird ein großer Teil des Anziehdrehmoments zur Überwindung der Reibung benötigt.

Reibung entsteht:

• im Gewinde
• unter dem Schraubenkopf
• unter der Mutter
• an Unterlegscheiben
• an Kontaktflächen

Nur ein Teil des Drehmoments erzeugt die gewünschte Vorspannkraft.

Ändert sich der Reibungskoeffizient, verändert sich bei gleichem Anziehdrehmoment auch die Vorspannkraft.

Mögliche Einflussfaktoren sind:

• Schmierung
• Beschichtung
• Oberflächenzustand
• Materialpaarung
• Korrosion
• Gewindequalität
• wiederholtes Anziehen

Deshalb müssen Drehmomentangaben immer zum vorgesehenen Reibungszustand passen.

Reibungskoeffizient bei Riemenantrieben

Bei Riemenantrieben wird die Umfangskraft durch Reibung zwischen Riemen und Scheibe übertragen.

Die übertragbare Kraft hängt ab von:

• Reibungskoeffizient
• Umschlingungswinkel
• Vorspannung
• Riemenwerkstoff
• Scheibenoberfläche
• Verschmutzung
• Feuchtigkeit

Ein zu geringer Reibungskoeffizient führt zu Schlupf. Ein unnötig hoher Reibwert oder zu große Vorspannung kann Lager und Riemen belasten.

Reibung in der Zerspanung

Bei der Zerspanung entsteht Reibung an mehreren Stellen:

• zwischen Span und Spanfläche
• zwischen Werkzeugfreifläche und Werkstück
• zwischen Span und Werkstück
• innerhalb der Umformzone des Spans
• zwischen Werkzeug und bereits bearbeiteter Oberfläche

Der Reibungszustand beeinflusst:

• Schnittkraft
• Temperatur
• Spanbildung
• Werkzeugverschleiß
• Oberflächenqualität
• Aufbauschneidenbildung
• benötigte Maschinenleistung

Der Reibungskoeffizient in der Zerspanungszone kann wegen hoher Drücke, Temperaturen und Materialverformungen nicht immer mit einem einfachen Coulomb-Modell beschrieben werden.

Reibung an der Spanfläche

Der entstehende Span gleitet mit hoher Geschwindigkeit über die Spanfläche des Werkzeugs.

Dabei wirken:

• hohe Flächenpressungen
• hohe Temperaturen
• starke plastische Verformung
• Adhäsion
• Materialübertragung

Eine geeignete Werkzeugbeschichtung kann die Reibung reduzieren und den Spanfluss verbessern.

Typische Beschichtungen sind:

• TiN
• TiAlN
• AlTiN
• AlCrN
• DLC
• diamantähnliche oder diamantbasierte Beschichtungen

Die Eignung hängt von Werkstoff, Werkzeug und Bearbeitungsbedingungen ab.

Reibung an der Freifläche

Die Freifläche liegt hinter der Werkzeugschneide und kann die neu erzeugte Werkstückoberfläche berühren.

Zu geringe Freiwinkel, Werkzeugverschleiß oder elastische Rückfederung des Werkstoffs erhöhen die Reibung.

Mögliche Folgen sind:

• Freiflächenverschleiß
• Erwärmung
• schlechte Oberflächen
• Maßabweichungen
• höhere Schnittkräfte

Kühlschmierstoff und Reibung

Kühlschmierstoff kann die Reibung zwischen Werkzeug, Span und Werkstück reduzieren.

Seine Aufgaben sind:

• schmieren
• kühlen
• Späne abtransportieren
• Korrosion verhindern
• Aufbauschneiden reduzieren
• Oberflächenqualität verbessern

Ob Kühlung, Minimalmengenschmierung oder Trockenbearbeitung geeignet ist, hängt von Werkstoff und Bearbeitungsverfahren ab.

Reibung bei Gleich- und Gegenlauf

Beim Gegenlauffräsen beginnt die Schneide mit einer Spanungsdicke nahe null. Dadurch reibt sie zunächst auf der Werkstückoberfläche.

Beim Gleichlauffräsen beginnt die Schneide dagegen mit einer größeren Spanungsdicke und bildet unmittelbarer einen Span.

Aus diesem Grund kann Gleichlauf bei geeigneten Maschinen zu:

• geringerer Reibung
• weniger Wärme
• niedrigerer Kaltverfestigung
• besserer Oberfläche
• längerer Werkzeugstandzeit

führen.

Reibungsleistung und Wärme

Reibung wandelt mechanische Energie in Wärme um.

Die Reibungsleistung kann vereinfacht berechnet werden mit:

[
P_R = F_R \times v
]

Dabei gilt:

• (P_R): Reibungsleistung in Watt
• (F_R): Reibungskraft in Newton
• (v): Relativgeschwindigkeit in m/s

Je größer Reibungskraft und Geschwindigkeit sind, desto mehr Wärme entsteht.

Diese Wärme kann verursachen:

• thermische Ausdehnung
• Maßabweichungen
• Schmierstoffalterung
• Werkzeugverschleiß
• Oberflächenschäden
• Verformung
• Fressen

Reibwinkel

Der Reibungskoeffizient kann über den Reibwinkel beschrieben werden:

[
\mu = \tan(\rho)
]

Dabei gilt:

• (\mu): Reibungskoeffizient
• (\rho): Reibwinkel

Umgekehrt gilt:

[
\rho = \arctan(\mu)
]

Der Reibwinkel wird unter anderem bei Keilen, Schrauben, schiefen Ebenen und Spannmechanismen verwendet.

Schiefe Ebene

Auf einer schiefen Ebene beginnt ein Körper zu gleiten, wenn der Neigungswinkel einen bestimmten Wert überschreitet.

Im idealisierten Grenzfall gilt:

[
\mu_H = \tan(\alpha)
]

Dabei ist (\alpha) der Winkel, bei dem die Bewegung gerade beginnt.

Beispiel:

Beginnt ein Körper bei 20° zu gleiten, beträgt der Haftreibungskoeffizient näherungsweise:

[
\mu_H = \tan(20^\circ)
]

[
\mu_H \approx 0{,}364
]

Dieses Verfahren kann zur einfachen experimentellen Bestimmung eines Haftreibungskoeffizienten verwendet werden.

Bestimmung des Reibungskoeffizienten

Der Reibungskoeffizient kann experimentell ermittelt werden.

Mögliche Verfahren sind:

• Zugversuch auf einer ebenen Fläche
• schiefe Ebene
• Tribometer
• Stift-Scheibe-Prüfung
• Block-Ring-Prüfung
• Pendelprüfung
• Drehmomentmessung
• Lagerprüfstand

Bei einer einfachen Zugprüfung wird die Kraft gemessen, die zum Beginn oder Aufrechterhalten einer Bewegung erforderlich ist.

Dann gilt:

[
\mu = \frac{F_R}{F_N}
]

Für belastbare technische Daten müssen Temperatur, Geschwindigkeit, Flächenpressung, Schmierung und Oberflächenzustand dokumentiert werden.

Verschleiß und Reibung

Reibung und Verschleiß hängen miteinander zusammen, sind jedoch nicht identisch.

Ein niedriger Reibungskoeffizient bedeutet nicht automatisch geringen Verschleiß. Ebenso kann eine Reibpaarung mit höherem Reibwert unter bestimmten Bedingungen verschleißarm arbeiten.

Typische Verschleißmechanismen sind:

• Adhäsion
• Abrasion
• Oberflächenzerrüttung
• tribochemische Reaktion
• Erosion
• Fressen

Der technische Bereich, der sich mit Reibung, Schmierung und Verschleiß beschäftigt, wird als Tribologie bezeichnet.

Fressen

Fressen ist eine schwere Form des adhäsiven Verschleißes. Dabei verschweißen Rauheitsspitzen kurzzeitig miteinander und werden anschließend gewaltsam getrennt.

Mögliche Ursachen sind:

• hohe Flächenpressung
• mangelhafte Schmierung
• ungeeignete Materialpaarung
• hohe Temperatur
• zu geringe Relativgeschwindigkeit für den Schmierfilm
• beschädigte Oberflächen

Fressen kann innerhalb kurzer Zeit zu schweren Schäden an Führungen, Lagern, Gewinden und Werkzeugen führen.

Reibung gezielt erhöhen

In manchen Anwendungen ist ein hoher Reibungskoeffizient erwünscht.

Beispiele sind:

• Werkstückspannung
• Bremsen
• Kupplungen
• Reibschlussverbindungen
• Klemmungen
• Riemenantriebe
• Spannzangen
• Greifer

Möglichkeiten zur Erhöhung der Reibung sind:

• Aufrauen
• Verzahnen
• Beschichten
• Reinigen der Kontaktfläche
• Entfernen von Öl
• Verwendung reibwerterhöhender Folien
• Auswahl geeigneter Materialpaarungen

Reibung gezielt reduzieren

In anderen Anwendungen soll der Reibungskoeffizient möglichst klein sein.

Beispiele sind:

• Maschinenführungen
• Lager
• Kugelgewindetriebe
• Dichtungen
• Spanabfluss
• Werkzeugoberflächen
• bewegte Maschinenteile

Möglichkeiten zur Reduzierung sind:

• Schmierung
• Polieren
• geeignete Werkstoffpaarung
• Beschichtung
• Wälzlagerung
• hydrostatische Führung
• Verringerung der Flächenpressung
• saubere Oberflächen
• optimierte Geometrie

Häufige Fehler bei der Anwendung

Reibungskoeffizient als fester Materialwert betrachtet

Der Reibungskoeffizient gilt immer für eine bestimmte Reibpaarung unter bestimmten Bedingungen.

Haft- und Gleitreibung verwechselt

Der Haftreibungskoeffizient ist häufig größer als der Gleitreibungskoeffizient.

Schmierzustand nicht berücksichtigt

Öl, Fett oder Kühlschmierstoff können den Reibungskoeffizienten erheblich verändern.

Tabellenwert ungeprüft übernommen

Oberflächen, Temperatur, Belastung und Geschwindigkeit können vom Tabellenversuch abweichen.

Sicherheit nicht berücksichtigt

Bei Spannungen und kraftschlüssigen Verbindungen muss mit ausreichenden Sicherheitsfaktoren gerechnet werden.

Reibung und Verschleiß gleichgesetzt

Ein niedriger Reibwert garantiert nicht automatisch eine hohe Lebensdauer.

Kontaktfläche falsch bewertet

Im einfachen Coulomb-Modell erscheint die nominelle Fläche nicht unmittelbar. Die reale Kontaktfläche und Flächenpressung beeinflussen das Verhalten in der Praxis dennoch.

Bedeutung in der CNC-Technik

Der Reibungskoeffizient beeinflusst zahlreiche Bereiche einer CNC-Maschine:

• Vorschubkräfte
• Achsregelung
• Maschinenführungen
• Werkstückspannung
• Werkzeugspannung
• Schraubverbindungen
• Lager
• Dichtungen
• Spanbildung
• Werkzeugverschleiß
• Schnittkräfte
• Oberflächenqualität
• Wärmeentwicklung

Besonders in der Spanntechnik ist ein zuverlässig angenommener Reibungskoeffizient wichtig, damit das Werkstück den auftretenden Bearbeitungskräften standhält.

Fazit

Der Reibungskoeffizient ist eine dimensionslose Kennzahl für den Reibungswiderstand zwischen zwei Kontaktflächen. Er wird mit dem Formelzeichen (\mu) bezeichnet.

Im vereinfachten Reibungsmodell gilt:

[
F_R = \mu \times F_N
]

Der Reibungskoeffizient ist kein unveränderlicher Materialwert. Er hängt von Werkstoffpaarung, Oberflächenzustand, Schmierung, Temperatur, Geschwindigkeit, Flächenpressung und Verschleiß ab.

In der CNC-Technik beeinflusst er unter anderem Maschinenführungen, Werkstückspannung, Schraubverbindungen, Spanbildung und Werkzeugverschleiß. Für sicherheitsrelevante Berechnungen sollten deshalb geprüfte Werte, Herstellerangaben und geeignete Sicherheitsfaktoren verwendet werden.