Wahre Kontaktfläche: Was ist damit gemeint?

Fläche, in der sich die Rauheitsspitzen zweier Oberflächen tatsächlich berühren. Verformen sich die Rauheitsspitzen plastisch, ist sie gleich der Last geteilt durch die Härte und weit kleiner als die scheinbare Kontaktfläche.

Japanische Bezeichnung: 真実接触面積

„Wahre Kontaktfläche“ kommt in 4 Übungsfragen aus 1 Thema vor, darunter Oberflächentechnik und Tribologie.

Fachgebiet: Oberflächentechnik und Tribologie

Selbst ausprobieren: Fragen zu Wahre Kontaktfläche

Ein ebener Block aus Stahl (Eindringhärte H = 2,0 GPa) liegt auf einer Platte aus demselben Stahl; auf die scheinbare Kontaktfläche von 10 cm² wirkt eine Normalkraft von 1,0 kN. Alle sich berührenden Rauheitsspitzen seien plastisch verformt. Welcher Wert kommt dem Anteil der mit Ar = W/H abgeschätzten wahren Kontaktfläche an der scheinbaren Kontaktfläche am nächsten?

  1. AEtwa 0,5 %
  2. BEtwa 50 %
  3. CEtwa 0,05 %
Lösung und Erläuterung anzeigen

Lösung: C. Etwa 0,05 %

Die wahre Kontaktfläche beträgt Ar = W/H = 1,0×10³/(2,0×10⁹) = 5,0×10⁻⁷ m² = 0,50 mm². Die scheinbare Fläche ist 10 cm² = 1000 mm², der Anteil also 0,50/1000 = 5×10⁻⁴, etwa 0,05 %. Auch bei scheinbar ebenen Flächen berührt sich tatsächlich nur ein winziger Teil an den Spitzen der Rauheiten, und dort herrscht ein hoher Druck in Höhe der Härte. Etwa 0,5 % entsteht, wenn 1 cm² nicht als 100 mm², sondern als 10 mm² umgerechnet wird, etwa 50 %, wenn die Härte nicht in GPa, sondern in MPa eingesetzt wird. Der örtlich hohe Druck an den wahren Kontaktstellen und die beim Gleiten entstehende hohe Temperatur sind der Ausgangspunkt für Adhäsion und Verschleiß.

„Wahre Kontaktfläche“ in den Erläuterungen

Fragen, in denen „Wahre Kontaktfläche“ vorkommt (4)

  1. Ein ebener Block aus Stahl (Eindringhärte H = 2,0 GPa) liegt auf einer Platte aus demselben Stahl; auf die scheinbare Kontaktfläche von 10 cm² wirkt eine Normalkraft von 1,0 kN. Alle sich berührenden Rauheitsspitzen seien plastisch verformt. Welcher Wert kommt dem Anteil der mit Ar = W/H abgeschätzten wahren Kontaktfläche an der scheinbaren Kontaktfläche am nächsten?
  2. Welche Aussage über die bei trockener Gleitreibung zwischen Metallen empirisch meist gültigen Reibungsgesetze (Amontons-Coulombsche Gesetze) trifft zu?
  3. Nach der Adhäsionstheorie (dem Ansatz von Bowden und Tabor) wird die Reibungskraft durch die Kraft zum Abscheren der Adhäsionsstellen an den wahren Kontaktpunkten bestimmt, und die Reibungszahl ist μ = s/H (s Scherfestigkeit der Adhäsionsstellen, H Eindringhärte des weicheren Werkstoffs). Welcher Wert kommt μ für s = 0,30 GPa und H = 1,8 GPa am nächsten?
  4. In einem Stift-Scheibe-Versuch wird ein Stift mit der Härte H = 2,0 GPa unter einer Normalkraft von 50 N über einen Gleitweg von 1,0 km bewegt. Welche Kombination aus dem Verschleißvolumen des Stifts und der Änderung des Verschleißvolumens bei verdoppelter Last ist richtig, wenn in der Archard-Gleichung V = KWL/H der dimensionslose Verschleißkoeffizient K = 1,0×10⁻⁴ beträgt?

Verwandte Begriffe

Archard-Gleichung Abrasiver Verschleiß Adhäsiver Verschleiß Aufkohlen Außenstromlose Vernickelung Nitrieren Stribeck-Kurve

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