Bewegungsformen Tribometrie Auszug Ebene Bewegung

In der Tribometrie spielt die Bewegungsform der Reibpartner eine zentrale Rolle. Sie bestimmt maßgeblich, wie realitätsnah und aussagekräftig tribologische Untersuchungen an Maschinenkomponenten, oder in der Prothetik in biologischen Systemen, gestaltet werden können. 

Während die Natur mit einer endlosen Vielfalt an Gelenken und Bewegungsabläufen aufwartet, konzentrieren wir uns in der Tribometrie häufig auf vereinfachte, aber gezielt gewählte Bewegungsformen, die wichtige Elemente des realen Systems wie Beschleunigungsverhalten, Bewegungsvektor oder Haftanfälligkeit abbilden. Im Folgenden werden verschiedene Bewegungsarten vorgestellt, die mithilfe des Haptilator-Prototyps für tribologische Untersuchungen genutzt werden können. Die Betrachtung beschränkt sich dabei auf ebene Bewegungen, was die Komplexität reduziert, aber dennoch zahlreiche experimentelle Möglichkeiten eröffnet.

Die klassische linear-oszillierende Bewegung mit definierten Umkehrpunkten wird häufig in Modellsystemen eingesetzt. Die Auswertung über einen Zyklus ermöglicht Rückschlüsse auf Grenz- und Mischreibung. Verschiedene Geschwindigkeitsprofile – beispielsweise sinusförmig oder trapezförmig, gegebenenfalls auch mit definierbarem Ruck – erlauben Aussagen zum Aufbau von Schmierfilmen oder zu geschwindigkeitsabhängigen Eigenschaften der Tribosystem-Elemente.

Wenn der oszillierenden Bewegung die Rückbewegung durch Entlastung genommen wird, erhält man eine repetierende Bewegung.  Diese Bewegungsform zeichnet sich durch eine unidirektionale Wiederholung mit belastungs- und berührungsfreier Rückkehr zum Ausgangspunkt aus. Typische Anwendungen finden sich beispielsweise in Schalt- oder Rastmechanismen, wo diskrete Positionswechsel erforderlich sind. Im tribologischen Kontext kann eine repetierende Bewegung gezielt Materialverschleiß oder Kontaktermüdung untersuchen, da die Belastung jeweils in dieselbe Richtung wirkt. Im Gegensatz zur Oszillation entfällt hier die Symmetrie, was zu anderen Reibungs- und Verschleißmustern führt.

Normal- oder schrägschlagende Belastungen erzeugen nicht nur eine tribologische Beanspruchung, sondern induzieren auch hohe mechanische Spitzenlasten in den Bauteilen bzw. Probekörpern. Diese können zu Mikroverformungen, Oberflächenermüdung oder sogar Materialausbrüchen führen. Normalschlag kann beispielhaft für die Prüfung von Lageroberflächen unter stoßartiger Belastung (z. B. Pleuel im Verbrennungsmotor) genutzt werden. Schrägschlag symmetrisch / asymmetrisch erlaubt die Simulation von kombinierten Gleit- und Impact-Belastungen, wie sie in Roboter-Gelenken oder Getriebezähnen auftreten. Alle Schlagformen führen zu einer sehr lokalisierten Beanspruchung.

Die vielfältigen Bewegungsmöglichkeiten erlauben eine optimierte Durchführung der Slurry-Abrasion-Prüfung nach Miller (auch Miller Number Test, ASTM G75). Dieses Verfahren bewertet den Abrasionsverschleiß von Materialien in einer Schlämme (Slurry) aus abrasiven Partikeln und Flüssigkeit. Dabei bewegt sich eine Probe unter definierten Bedingungen (Druck, Geschwindigkeit, Partikelgröße) durch das Slurry, um deren Erosionsbeständigkeit zu quantifizieren – besonders relevant für Pumpen, Rohrleitungen und Bergbauanwendungen.

Im Gegensatz zum konventionellen Miller-Aufbau, bei dem die Probe lediglich einseitig und mit festem seitlichem Versatz im Slurry-Bad angehoben wird, ermöglicht das beidseitige Anheben mit definierbarem Versatz eine effizientere Prüfung: Die Schlämme wird weniger vor der Probe weggeschoben, stattdessen gelangt mehr Abrasivmaterial in den Kontaktbereich. Dies führt zu einer Zeitersparnis und einer besseren Ausnutzung des Slurrys – einfach erreicht durch eine geschickte Gestaltung der Bewegungsform.