Ursachen der Reibung

Die tatsächliche Kontaktfläche zweier Reibkörper ist wesentlich geringer als dies makroskopisch betrachtet zu vermuten wäre, da jede reale Oberfläche eine bestimmte Rauhigkeit aufweißt. Demnach können sich lediglich an den Stellen Kontakte ausbilden, an denen zwei
Rauhigkeitsspitzen aufeinander liegen. Es wird angenommen, dass die Mikrokontaktstellen zeitlich und örtlich stochastisch über die makroskopische Kontaktfläche verteilt sind. Bei mikroskopischer Betrachtungsweise lassen sich 4 wesentliche Prozesse als Ursache der
durch Reibung hervorgerufenen Kraftwirkung finden, die auch als Reibungsmechanismen bezeichnet werden.

(1) Adhäsion und Scheren
(2) Plastische Deformation
(3) Furchung
(4) Elastische Hysterese und Dämpfung

Adhäsion ist die Bildung von atomaren oder molekularen Bindungen, bzw. Wechselwirkungen an den tatsächlichen, mikroskopischen Kontaktflächen der Reibpartner und beruht auf der Wirkung von „Van-der-Waals-Kräften“. Diese Kraftwirkung kann sich aus Dipol-, Induktions- und Dispersionskräften sowie aus Wasserstoff-Brückenbindungen zusammensetzen. Bei der Relativbewegung zweier Oberflächen werden ständig adhäsive Bindungen zerstört und neu gebildet, was sich makroskopisch in Form einer der Relativbewegung
entgegen gerichteten Kraft äußert.

Deformation tritt auf, wenn sich zwei raue Oberflächen unter einer Druckkraft gegeneinander bewegen und sich in Folge dessen das Rauhigkeitsprofil der Oberflächenstruktur ändert. Elastische und plastische Deformationen der Rauheitsspitzen führen zu energetisch dissipativen Prozessen, wobei mechanische Bewegungsenergie der Reibkörper in andere Energieformen, vornehmlich Wärme, umgewandelt wird.

Furchung kann auftreten, wenn die Reibpartner unterschiedliche Härten aufweisen. Die Rauheitsspitzen des Reibkörpers höherer Härte dringen dabei in die Oberfläche des Körpers niederer Härte ein und verursachen im Grenzschichtbereich einen hohen Verschleiß. Die
daraus resultierende Reibkraftkomponente kann einen erheblichen Anteil an der gesamten Reibkraft annehmen. Tritt die Furchung im Tribotechnischen System direkt zwischen dem Grund- und dem Gegenkörper auf, spricht man von Gegenkörperfurchung. Sind am Reibvorgang weitere Partikel beteiligt, solche können beispielsweiße durch Verschleißerscheinungen zwischen Grund- und Gegenkörper auftreten, spricht man von Teilchenfurchung.

Energiedissipation beim Reibvorgang ist die Umwandlung mechanischer Bewegungsenergie in andere Energieformen, wobei der größte Anteil in Form von Wärme frei wird. Die dafür verantwortlichen physikalischen Prozesse sind äußerst komplex. Elastische und
plastische Deformationen erzeugen örtliche Spannungs- und Schwingungsfelder, die über Gitterschwingungen abgebaut werden. Des Weiteren können unterschiedliche Formen von Energieabsorptionen und Energieemissionen auftreten.