Was ist ein Tribometer?
Ein Tribometer ist ein Gerät, das verschiedene Reibungskräfte misst.
Reibung ist eine Art von Widerstandskraft, die auftritt, wenn zwei Objekte miteinander in Kontakt sind, und kann in statische und dynamische Reibungskräfte unterteilt werden. Die statische Reibungskraft ist die Reibungskraft, die auf ein stationäres Objekt ausgeübt wird, während die dynamische Reibungskraft die Reibungskraft ist, die auf ein sich bewegendes Objekt ausgeübt wird.
Durch die Messung des Haftreibungskoeffizienten lässt sich daher der Bewegungs- und Gleitwiderstand des Objekts im Stillstand beurteilen. Der Gleitreibungskoeffizient hingegen gibt die Reibungskraft zwischen sich bewegenden Objekten an und kann daher zur Beurteilung der Gleitfähigkeit oder des Verschleißes eines Objekts während der Bewegung verwendet werden.
Anwendungen von Tribometern
Tribometer werden zur Prüfung und Bewertung der Leistung verschiedener Materialien und Produkte eingesetzt.
1. Bewertung von Materialien
Ein Beispiel ist die Bewertung von Gummi und Kunststoff. Harze wie Gummi und Kunststoffe werden häufig als Stoßdämpfer und Sicherheitsvorrichtungen verwendet. Die Lebensdauer und Sicherheit des Materials wird daher durch Messung der Reibungskraft mit einem Tribometer überprüft.
2. Auswertung im Automobilbereich
Tribometer werden auch zur Bewertung von lackierten Oberflächen eingesetzt. Bei der Lackierung von Autokarosserien und anderen Oberflächen müssen diese so haltbar sein, dass sie einer gewissen Reibung standhalten. Wenn eine Oberfläche beschichtet wird, muss sie außerdem kratz- und abblätternsicher sein. Tribometer sind ebenfalls nützlich, um diese Leistungen zu bewerten.
3. Bewertung im Bereich der Baumaterialien
Die Bewertung von Beschichtungen auf Baumaterialien ist eine weitere Anwendung für Tribometer. Sie werden verwendet, um die Gleitfähigkeit von Holzböden in Turnhallen und Häusern sowie die Kratzfestigkeit von Farben und anderen Beschichtungen zu messen.
4. Bewertung im medizinischen Bereich
Im medizinischen Bereich werden Reibungsmessgeräte auch zur Messung der Reibung von künstlichen Gelenken und Injektionsnadeln verwendet.
Funktionsweise der Tribometer
Wie bereits erwähnt, gibt es zwei Arten von Reibungskräften: „statische Reibungskraft“ und „dynamische Reibungskraft“. Es gibt zwei Arten von Tribometern: solche, die den „Haftreibungskoeffizienten“ messen und solche, die den „kinetischen Reibungskoeffizienten“ messen.
1. Typ zur Messung des Haftreibungskoeffizienten
Diese Art von Tribometern wird zur Bestimmung des Haftreibungskoeffizienten verwendet. Er wird häufig zur Messung des Haftreibungskoeffizienten von Papier und Kunststofffolien verwendet. Es gibt zwei Messmethoden: die geneigte Methode und die horizontale Methode. Bei der Neigungsmethode werden Gewichte auf die Probe gelegt und diese geneigt.
Der Haftreibungskoeffizient kann dann aus dem Neigungswinkel berechnet werden, bei dem das Gewicht auf der geneigten Fläche zu gleiten beginnt. Der Haftreibungskoeffizient kurz bevor das Gewicht nach unten zu rutschen beginnt, wird als maximaler Haftreibungskoeffizient bezeichnet und ist ein Indikator für die Gleitfähigkeit bzw. Nicht-Gleitfähigkeit des Objekts. Bei der horizontalen Methode wird ein Gewicht auf die Probe gelegt, eine Last aufgebracht, um sie in Richtung der Oberfläche zu ziehen, und der Reibungswiderstand, wenn sie sich zu bewegen beginnt, wird ermittelt, um den Haftreibungskoeffizienten (maximaler Haftreibungskoeffizient) zu messen.
Diese Methode kann auch zur Messung des Gleitreibungskoeffizienten im bewegten Zustand verwendet werden. Die horizontale Methode wird zur Bewertung von Papier- und Kunststofffolien sowie von Leder verwendet.
2. Art der Messung des dynamischen Reibungskoeffizienten
Während horizontale Reibungsmesser auch den Gleitreibungskoeffizienten messen können, gibt es viele andere Arten von Reibungsmessern, die auf die Messung des Gleitreibungskoeffizienten spezialisiert sind. Tribometer, die den Gleitreibungskoeffizienten messen, messen im Wesentlichen den Gleitreibungskoeffizienten, indem sie ein bestimmtes Gegenmaterial über eine Probe gleiten lassen.
Darüber hinaus lassen sich diese Tribometer zur Messung des Gleitreibungskoeffizienten grob in zwei Typen unterteilen: rotierende Typen, bei denen die Bewegungsrichtung in der Rotationsrichtung liegt, und hin- und hergehende Typen, bei denen die Bewegungsrichtung in der linearen Hin- und Herrichtung liegt. Die folgenden Methoden werden zur Messung des dynamischen Reibungskoeffizienten verwendet, der bei den oben genannten Gleitbewegungen auftritt.
- Methoden, bei denen Dehnungsmessstreifen oder Kraftmessdosen verwendet werden, um die Reibungskraft direkt mit einem Drehmomentmesser zu messen und zu berechnen.
- Methoden, die die Lastleistung des Antriebsmotors messen und in eine Berechnung umsetzen
- Methoden, die aus dem Schwingungsdämpfungsverhalten aufgrund von Reibung berechnen.
Arten von Tribometern
Es gibt zwei Haupttypen von Tribometern, die sich auf die Messung des Gleitreibungskoeffizienten spezialisiert haben: Rotations- und Pendelreibungsmesser. Beide Typen sind als Punktkontakt-, Linienkontakt- und Oberflächenkontaktmessgeräte erhältlich.
1. Punkt-Kontakt-Methode
Die beiden Arten des Punkt-Kontakt-Typs sind Kugel-auf-Platte und Kugel-auf-Scheibe. Bei diesen Prüfverfahren ist die Kugel ein kugelförmiges, vorgeschriebenes Gegenstück. Eine Scheibe hingegen bezieht sich auf einen scheibenförmigen Prüfling und eine Platte auf eine aus dem Prüfling bestehende Platte. Wenn es sich bei der Probe um eine Scheibe handelt, wird der Reibungskoeffizient also durch Rotation gemessen, während bei einer Platte der Reibungskoeffizient durch Hin- und Hergleiten gemessen wird.
Der Vorteil dieser Methode besteht darin, dass aufgrund des Punktkontakts leicht ein Treffer erzielt werden kann. Sie hat jedoch den Nachteil, dass sich die Kontaktfläche verändert und die Reibungskraft nicht korrekt gemessen werden kann, wenn die verwendeten Kugeln oder Stifte aufgrund von Verschleiß rasiert sind.
2. Linearer-Kontakt-Methode
Es gibt zwei Arten von Linearkontakten: die Block-auf-Ring-Methode und die Stiftblockmethode. Bei der Block-auf-Ring-Methode wird der Reibungskoeffizient gemessen, indem eine blockförmige Probe gegen die Seite eines zylindrischen Gegenstücks gedrückt wird.
Bei der Stift-Block-Methode zur Messung des Reibungskoeffizienten wird eine stiftförmige Probe zwischen einem Paar blockförmiger Gegenmaterialien eingeklemmt und durch Drehen des Stiftes innerhalb des Paares gemessen. Mit anderen Worten, sowohl die Block-auf-Ring-Methode als auch die Pin-Block-Methode sind Rotationsverfahren.
Die Stiftblockmethode wird häufig zur Messung der Reibungskraft von Schmierstoffen wie Öl verwendet.
3. Oberflächen-Kontakt-Methode
Es gibt drei Arten von Oberflächenkontakten: Block-auf-Platte, Stift-auf-Scheibe und Druckzylinder. Bei dieser Methode ist der Stift ein zylindrisches Gegenstück. Bei der Druckzylindermethode wird der Reibungskoeffizient gemessen, indem die Stirnfläche eines zylindrischen Gegenkörpers gegen eine Probe auf einer flachen Platte gedrückt wird.
Bei der Block-auf-Platte-Methode handelt es sich um eine reziproke Methode, während die Stift-auf-Scheibe- und die Druckzylinder-Methode rotierend sind. Der Vorteil des Oberflächenkontakts besteht darin, dass der Kontakt auf einer Oberfläche hergestellt wird und die an der Reibung beteiligte Fläche größer und dauerhafter ist.