Haftreibung
Haftreibung ist eine physikalische Kraft, die zwei sich berührende Körper daran hindert, sich gegeneinander zu bewegen.
Voraussetzung für das Auftreten von Haftreibung ist, dass sich zwei Körper berühren und dass die Berührungsfläche unter einem gewissen Druck steht. Wenn dann eine äußere Kraft Fa einen der beiden Körper entlang der Berührungsfläche gegenüber dem anderen zu verschieben sucht, dann baut sich eine entgegengesetzte, betragsgleiche Kraft -Fa auf, die eine Relativbewegung der beiden Körper verhindert.
Der genaue Sprachgebrauch ist nun uneinheitlich: Haftreibung bezeichnet
(In letzter Zeit wird bevorzugt das Wort ?Haftung? und nicht ?Haftreibung? benutzt, die Bedeutung bleibt aber wie bisher gleich)
*entweder die in einer konkreten Situation tatsächlich wirkende Haftkraft (auch als Ruhereibung bezeichnet) -Fa
*oder den maximalen Betrag, den diese Haftkraft für ein bestimmtes Körperpaar annehmen kann (auch als Losbrechmoment bezeichnet).
Haftreibung unterscheidet sich von jeder anderen Form von Reibung dadurch, dass keine Energie umgewandelt und keine Wärme erzeugt wird; in manchen Kontexten mag es der Verständlichkeit dienen, das Wort ?Haftreibung? ganz zu vermeiden und stattdessen von ?Haftkraft? und ?maximaler Haftkraft? zu sprechen (vgl. Herrmann 2003).
Mit anderen Formen der Reibung hat die Haftreibung gemeinsam, dass sie von Materialeigenschaften und Oberflächenbeschaffenheit abhängt und deshalb nur in grober Näherung durch eine einfache physikalische Gesetzmäßigkeit beschrieben werden kann:
Die durch Haftreibung hervorgerufene maximale Haltekraft (Ruhereibung) FH ist abhängig von der Normalkraft FN und von der Haftreibungszahl (siehe auch Reibungskoeffizient) ?H.
In vielen Fällen ist Haftreibungszahl ?H unabhängig von der Größe der Berührungsfläche und der Normalkraft. Eine Ausnahme davon ist beispielsweise ein Autoreifen (siehe unten).
Die Haftreibungszahl ?H wird bestimmt durch die Rauigkeit und die Stoffarten der reibenden Flächen.
Für die Haftreibung ergibt sich im Gegensatz zur Gleitreibung nicht eine Gleichung, sondern eine Ungleichung:
:
Die maximale Haltekraft wird zu
:
Die tatsächlich wirkende Kraft hängt von der Belastung des Körpers ab und wird mit Hilfe der Gleichgewichtsbedingungen unabhängig von ?H berechnet. Der Haftreibungskoeffizient bestimmt jedoch, ob Ruhe für die gegeben Situation überhaupt möglich ist:
Gleichgewicht ist möglich, falls
Beispielwerte
{| class="prettytable" style="border:1px black solid"
|- class="hintergrundfarbe6"
!Werkstoff
!Haftreibungszahl
|-
|Beton auf Kies
/'>0,87
|-
|Beton auf Ton
/'>0,3
|-
|Asphalt, trocken
/'><0,9
|-
|Gummireifen auf Asphalt, nass
|<0,5
|-
|Gummireifen auf Beton, trocken
|<1,0
|-
|Gummireifen auf Beton, nass
|<0,6
|-
|Dichtungen)
/'>0,6
|-
|Ölfilm
/'>0,08
|-
|Stahl auf Aluminium auf Aluminium
/'>1,0
|-
|Reifenaufstandsfläche eine Rolle, da bei Reibung von gummielastischen Stoffen auf rauhen Oberfläche die Verzahnung eine Rolle spielt. Je nach Gummimischung und nach Fahrbahnbelag treten auch effektive Haftreibungszahlen auf, die deutlich >1 sind (im Motorsport annähernd µ = 2), allerdings ist die Anwendung der Haftreibungsmodelle auf Gummi problematisch, da sich das Material eher wie eine hochviskose Flüssigkeit verhält, z.B. zeigt sich eine deutlichere Abhängigkeit des Reibungskoeffizienten von der Normalkraft als bei anderen Stoffen. Um an einem drehenden Reifen eine Umfangskraft aufbauen zu können ist auch ein Teilgleiten in der Auflagefläche nötig (Umfangsschlupf).
Literatur
*F. Herrmann: Praxis der Naturwissenschaften. Ausg. 3/52, 46 (2003) [Altlasten der Physik].
• Skript der TU Braunschweig (Haftreibung und ihre Anwendung in Problemen der Mechanik s. Kapitel 5)
