Reibung ist immer da, ob man will oder nicht. Manchmal ist sie erwünscht, manchmal stört sie. Am Institut für Nanotechnische Kunststoffanwendungen (INKA) ist es neuerdings möglich, Reibungseffekte genau zu untersuchen.
Reibung ist in unserem Alltag allgegenwärtig und spielt eine entscheidende Rolle. Reibung entsteht, wenn zwei sich berührende Gegenstände relativ zueinander bewegt werden. In manchen Fällen ist eine hohe Reibung erwünscht, zum Beispiel zwischen einer Schuhsohle und dem Boden. Wie unangenehm sich ein Mangel an Reibung anfühlt, merken wir vor allem auf eisiger Unterlage. In anderen Fällen wird hohe Reibung tunlichst vermieden. Man denke an Skirennfahrer, welche ihr Sportgerät so präparieren, dass sie durch den Kontakt mit dem Schnee möglichst wenig gebremst werden.
Ein wirtschaftlich relevanter Aspekt ist Abrieb, welcher durch Reibung entsteht. Im Alltag kennt man das von den Schuhen: Während das Obermaterial eines Schuhs noch in sehr gutem Zustand sein kann, muss der Unterteil nach einer gewissen Zeit beim Schumacher neu besohlt werden. Die unzähligen Kontakte zwischen Sohle und Boden haben zu Abrieb, also einem Materialverlust der Sohle, geführt.
In industriellen Anwendungen, beispielsweise bei Maschinen, ist man bestrebt, den Abrieb so gering wie möglich zu halten. Dafür werden optimierte Materialkombinationen erforscht. Um störende Reibung und Abrieb zu mindern, kommen Schmierstoffe zwischen den Materialpaarungen zum Einsatz. Fette, Öle oder aber auch nur Wasser können dabei die Lebensdauer von Bauteilen um ein Vielfaches verlängern.
Alle diese Aspekte werden in der Tribologie, der Lehre von Reibung, Abrieb und Schmierung, untersucht. Doch wie geht man hier konkret vor?
Wie misst man Reibung?
Reibung lässt sich mit einem sogenannten Tribometer messen. Die Funktion eines Tribometers ist vergleichbar mit derjenigen eines Plattenspielers. Bei Letzterem tastet eine Nadel die Struktur der Rillen einer Schallplatte ab und wandelt diese Information in ein elektrisches Signal und schliesslich in den Klang um. Beim Tribometer ist ebenfalls ein Stift mit einer rotierenden Probe in Kontakt und misst die Interaktion der beiden Komponenten. Allerdings ist beim Tribometer nicht der Klang das Ziel (obwohl solcher bei Reibung durchaus entstehen kann), sondern das Messen der Kräfte, welche die Reibpartner erfahren. Im Versuch drückt der Stift mit einer definierten Kraft vertikal auf die rotierende Probe und man misst die seitlich auftretende Kraft (Lateralkraft) am Stift, welche die sich unter dem Stift bewegende Probe verursacht (siehe Abb. 1). Das Verhältnis dieser beiden Kräfte ermöglicht eine Aussage über das Reibungsverhalten.
Tribologie am INKA
In unserem Labor steht seit Kurzem ein Tribometer der neuesten Generation, das Modell Nanovea T100, welches das Institut für Nanotechnische Kunststoffanwendungen (INKA) zusammen mit dem Institut für Kunststofftechnik und dem Institut für Produkt- und Produktionsengineering angeschafft hat. Dieses unterscheidet sich von herkömmlichen Tribometern dadurch, dass die auf die Probe aufgebrachte Last nicht über Gewichtsscheiben, sondern über eine pneumatische Vorrichtung erzeugt wird. Dies erlaubt eine präzisere Kontrolle über die effektiv aufgebrachte Last. Es können Lasten von 0.5 bis 100 N aufgebracht und der Probentisch mit bis zu 5000 Umdrehungen pro Minute rotiert werden. Ebenfalls können mit einem Linearmodul gerade Strecken gefahren und mit einer Diamantspitze Kratztests durchgeführt werden.
Aktuelle Projekte umfassen die Untersuchung, wie strukturierte Oberflächen das Reibungsverhalten von weichen Kunststoffen beeinflussen, oder Abriebtests mit Schuhsohlen aus rezykliertem Kunststoff. Gerne unterstützen wir Sie bei spezifischen Fragestellungen im Kontext der Tribologie.