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Tribologie Reibungslehre von altgriechisch τρίβειν tribein reiben abnutzen und logie befasst sich mit der wissenschaftli

Tribologie

Tribologie (Reibungslehre, von altgriechisch τρίβειν tribein „reiben, abnutzen“ und -logie) befasst sich mit der wissenschaftlichen Beschreibung von Reibung, der Berechnung und Messung von Reibungskoeffizienten, dem Verschleiß und der erforderlichen Schmierung zwischen aufeinander einwirkenden, in Relativbewegung befindlichen Oberflächen. Dies schließt auch die Entwicklung von Technologien zur Optimierung von Reibungsvorgängen ein, die sich als „wechselwirkende Oberflächen in relativer Bewegung“ oder „tribologisches System“ beschreiben lassen. Tribologie wird interdisziplinär in der Werkstoffwissenschaft, Physik, Chemie und dem Maschinenbau betrieben.

Tribologische Versuche von Leonardo da Vinci

Aufgaben Bearbeiten

Die Tribologie untersucht Reibung, Schmierung und Verschleiß von Lagern, Führungen, Getrieben, Motoren und anderen Maschinenelementen. Neben der Entwicklung geeigneter Schmierstoffe stehen Fragen der Werkstoffauswahl, der Oberflächenbehandlung und -beschichtung und der Oberflächentopografie im Vordergrund aktueller Entwicklungen. Neben den Fragestellungen im Maschinenbau gibt es zahlreiche weitere Gebiete, bei denen Reibung und Verschleiß von großer Bedeutung sind. So beschäftigt sich zum Beispiel die Biotribologie mit der Verbesserung von Endoprothesen oder die Geotribologie mit Verwerfungen.

Organisationen, die sich mit Tribologie befassen, sind in Deutschland der gemeinnützige Verein Gesellschaft für Tribologie (internationale Fachtagung Reibung, Schmierung und Verschleiß), in Österreich die Österreichische Tribologische Gesellschaft und in der Schweiz die Swiss Tribology. Darüber hinaus existieren Institute mit tribologischer Ausrichtung an den Universitäten in Aachen, Berlin, Clausthal, Hannover, Magdeburg und München.

Relevanz Bearbeiten

In einem Forschungsbericht von 1966 wurden die durch Reibung und Verschleiß entstehenden Kosten im Vereinigten Königreich mit 1,1–1,4 % des Bruttoinlandsproduktes beziffert. Daraus resultierte eine erhöhte öffentliche Wahrnehmung des Begriffs Tribologie und vermehrte Förderungen von Projekten und Vereinigungen mit Bezug zur Tribologie.

Im Jahr 2017 wurde eine Studie zum Einfluss der Tribologie auf den weltweiten Energieverbrauch, Kosten und Emissionen veröffentlicht. In der Studie wird der Energieverbrauch im Verkehrswesen, Produktion, Energiegewinnung und Bauwesen berücksichtigt. Folgendes konnte festgestellt werden:

  • 23 % des weltweiten Energieverbrauches entstehen durch tribologische Kontakte. 20 % entstehen durch Reibung und 3 % durch die Wiederaufbereitung von verschlissenen Bauteilen.
  • Durch die Nutzung neuer Technologien zur Reduzierung der Reibung und zum Verschleißschutz könnten Energieverluste durch Reibung und Verschleiß langfristig (15 Jahre) um 40 % und kurzfristig (8 Jahre) um 18 % reduziert werden. Dies würde kurzfristig zu jährlichen Einsparungen des Bruttoinlandsproduktes von 1,4 % führen. Langfristig könnten 8,7 % eingespart werden.
  • Die größten kurzfristigen Energieeinsparungen können im Verkehrswesen (25 %) und der Energieerzeugung (20 %) vorgenommen werden. Die potenziellen Einsparungen im Bauwesen werden auf 10 % geschätzt.
  • Durch den Einsatz fortschrittlicher tribologischer Technologien können die globalen Kohlendioxidemissionen um bis zu 1.460 Millionen Tonnen Kohlendioxidäquivalent gesenkt werden. Langfristig könnten sogar 3.140 Millionen Tonnen Kohlendioxidäquivalent eingespart werden. Kurzfristig könnten somit 450.000 Millionen Euro und langfristig 970.000 Millionen Euro eingespart werden.

Die steigende Nachfrage nach Energieeinsparungen führte in jüngster Zeit zu vermehrter Forschung der Supraschmierfähigkeit. Darüber hinaus erlaubt die Entwicklung neuer Materialien wie Graphene und ionische Flüssigkeiten grundlegend neue Ansätze zur Lösung tribologischer Probleme.

Begriff und Einordnung Bearbeiten

Der Begriff Tribologie wurde ab etwa 1966 in England als Fachterminus verwendet:

  • Nach Peter Jost (1966): „Tribologie ist die Wissenschaft und die Technologie der aufeinander einwirkenden, in Relativbewegung befindlichen Oberflächen und der damit zusammenhängenden praktischen Vorgänge.“
  • Nach DIN 50323 (Norm wurde zurückgezogen): „Tribologie ist die Wissenschaft und Technik von aufeinander einwirkenden Oberflächen in Relativbewegung. Sie umfasst das Gesamtgebiet von Reibung und Verschleiß, einschließlich Schmierung, und schließt entsprechende Grenzflächenwechselwirkungen sowohl zwischen Festkörpern als auch zwischen Festkörpern und Flüssigkeiten oder Gasen ein.“
  • Nach Horst Czichos (1992): „Tribologie ist ein interdisziplinäres Fachgebiet zur Optimierung mechanischer Technologien durch Verminderung reibungs- und verschleißbedingter Energie- und Stoffverluste.“

Daneben wird das Feld nach folgenden Teilgebieten aufgeteilt:

  • Unter Nanotribologie wird die Untersuchung der Reibung im Nanometerbereich verstanden. Dabei sind entweder spezielle Reibungseffekte in der Mikro- oder Nanotechnologie (Rasterkraftmikroskope, Festplattenköpfe etc.) oder die Untersuchung von Reibung an sich auf atomarer Ebene Forschungsgegenstand.
  • Die Tribophysik ist das Teilgebiet der Tribologie, in dem strukturelle Veränderungen der Oberfläche eines Körpers untersucht werden, auf den mechanische Energie wirkt. Die Tribochemie beschäftigt sich mit den durch die Einwirkung hervorgerufenen chemischen Veränderungen.
  • Die Kontaktmechanik ist mit der Berechnung von Körpern befasst, die im statischen oder dynamischen Kontakt stehen. Verwandte Disziplinen sind ferner die Oberflächenchemie und die Oberflächenphysik.

Si-wei Zhang (Chinesische Gesellschaft für Tribologie) schlug 2009 Grüne Tribologie als neues Forschungsfeld vor, das sich der Minimierung der Umwelteinflüsse von Fertigungsverfahren, aber auch der Funktionalisierung von Tribologie im Sinne globaler Nachhaltigkeitsziele widmen solle.

Wichtige Persönlichkeiten Bearbeiten

Literatur Bearbeiten

  • Wilfried Bartz u. a.: Einführung in die Tribologie und Schmierungstechnik. expert verlag, 2010, ISBN 978-3-8169-2830-0.
  • Wilfried Bartz u. a.: expert Praxislexikon Tribologie PLUS – 2010 Begriffe für Studium und Beruf. expert verlag, 2000, ISBN 978-3-8169-0691-9.
  • Tabor, Bowden: Friction and Lubrication of Solids. Clarendon Press, Oxford 1950.
  • Tabor, Bowden: Reibung und Schmierung fester Körper. Springer-Verlag, Berlin 1959.
  • Heinrich Hertz: Ueber die Berührung fester elastischer Körper (1881) (PDF-Datei; 1,81 MB)
  • Walter Holweger, Joachim Schulz: Wechselwirkung von Additiven mit Metalloberflächen. 2., überarbeitete und erweiterte Auflage. expert, Tübingen 2022, ISBN 978-3-8169-3543-8.
  • Dieter Klamann: Schmierstoffe und verwandte Produkte. Verlag Chemie, Weinheim 1982, ISBN 3-527-25966-X.
  • Theo Mang, Wilfried Dresel: Lubricants and Lubrication. Wiley-VCH, Weinheim 2001, ISBN 3-527-29536-4.
  • Uwe J. Möller, Udo Boor: Schmierstoffe im Betrieb. VDI-Verlag, Düsseldorf 1999, ISBN 3-540-62114-8.
  • Bo N.J. Persson: Sliding Friction. Physical Principles and Applications. Springer, 2002, ISBN 3-540-67192-7. (In diesem Buch werden viele Reibungsinstabilitäten in geschmierten und trockenen Reibpaarungen untersucht).
  • Oltwig Pigors: Werkstoffe in der Tribotechnik – Reibung, Schmierung und Verschleißbeständigkeit von Werkstoffen und Bauteilen. Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig/Stuttgart 1993.
  • Valentin L. Popov: Kontaktmechanik und Reibung. Ein Lehr- und Anwendungsbuch von der Nanotribologie bis zur numerischen Simulation. Springer-Verlag, Berlin 2009, ISBN 978-3-540-88836-9.
  • Ernest Rabinowicz: Friction and Wear of Materials. Wiley-Interscience, 1995, ISBN 0-47-183084-4.
  • Werner Stehr, Klaus Dobler: Die Bratwurst und der Lagerschaden – Tribologie zum Staunen, Anfassen und Experimentieren. 3. Auflage, Dr. Tillwich GmbH, 2008, ISBN 978-3-00-019479-5.
  • Tribologie und Schmierungstechnik

Weblinks Bearbeiten

Commons: Tribologie – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary: Tribologie – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. Jost, Peter: Lubrication (Tribology) - A report on the present position and industry's needs. Hrsg.: Department of Education and Science. H. M. Stationery Office, London, UK.
  2. Kenneth Holmberg, Ali Erdemir: Influence of tribology on global energy consumption, costs and emissions. In: Friction. Band 5, Nr. 3, ISSN 2223-7690, S. 263–284, doi:10.1007/s40544-017-0183-5 (springer.com [abgerufen am 12. November 2019]).
  3. Ali Erdemir, Jean-Michel Martin: Superlubricity. Elsevier, 2007, ISBN 978-0-08-052530-3 (google.de [abgerufen am 12. November 2019]).
  4. Diana Berman, Ali Erdemir, Anirudha V. Sumant: Graphene: a new emerging lubricant. In: Materials Today. Band 17, Nr. 1, 1. Januar 2014, ISSN 1369-7021, S. 31–42, doi:10.1016/j.mattod.2013.12.003 (sciencedirect.com [abgerufen am 12. November 2019]).
  5. Ichiro Minami: Ionic Liquids in Tribology. In: Molecules. Band 14, Nr. 6, 2006, S. 2286–2305, doi:10.3390/molecules14062286 (mdpi.com [abgerufen am 12. November 2019]).
  6. (Memento vom 19. August 2014 im Internet Archive)
  7. Horst Czichos, Karl-Heinz Habig: Tribologie-Handbuch. Vieweg-Verlag, 1992, ISBN 3528063548.
  8. I. C. Gebeshuber: Grüne und nachhaltige nanotribologische Systeme im Rahmen der globalen Herausforderungen. In: Nano Risiko Governance. Springer Vienna, Vienna 2014, ISBN 978-3-7091-1404-9, S. 49–79, doi:10.1007/978-3-7091-1405-6_3 (springer.com [abgerufen am 19. Juli 2021]).
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Tribologie Reibungslehre von altgriechisch tribein tribein reiben abnutzen und logie befasst sich mit der wissenschaftlichen Beschreibung von Reibung der Berechnung und Messung von Reibungskoeffizienten dem Verschleiss und der erforderlichen Schmierung zwischen aufeinander einwirkenden in Relativbewegung befindlichen Oberflachen Dies schliesst auch die Entwicklung von Technologien zur Optimierung von Reibungsvorgangen ein die sich als wechselwirkende Oberflachen in relativer Bewegung oder tribologisches System beschreiben lassen Tribologie wird interdisziplinar in der Werkstoffwissenschaft Physik Chemie und dem Maschinenbau betrieben Tribologische Versuche von Leonardo da Vinci Inhaltsverzeichnis 1 Aufgaben 2 Relevanz 3 Begriff und Einordnung 4 Wichtige Personlichkeiten 5 Literatur 6 Weblinks 7 EinzelnachweiseAufgaben BearbeitenDie Tribologie untersucht Reibung Schmierung und Verschleiss von Lagern Fuhrungen Getrieben Motoren und anderen Maschinenelementen Neben der Entwicklung geeigneter Schmierstoffe stehen Fragen der Werkstoffauswahl der Oberflachenbehandlung und beschichtung und der Oberflachentopografie im Vordergrund aktueller Entwicklungen Neben den Fragestellungen im Maschinenbau gibt es zahlreiche weitere Gebiete bei denen Reibung und Verschleiss von grosser Bedeutung sind So beschaftigt sich zum Beispiel die Biotribologie mit der Verbesserung von Endoprothesen oder die Geotribologie mit Verwerfungen Organisationen die sich mit Tribologie befassen sind in Deutschland der gemeinnutzige Verein Gesellschaft fur Tribologie internationale Fachtagung Reibung Schmierung und Verschleiss in Osterreich die Osterreichische Tribologische Gesellschaft und in der Schweiz die Swiss Tribology Daruber hinaus existieren Institute mit tribologischer Ausrichtung an den Universitaten in Aachen Berlin Clausthal Hannover Magdeburg und Munchen Relevanz BearbeitenIn einem Forschungsbericht von 1966 wurden die durch Reibung und Verschleiss entstehenden Kosten im Vereinigten Konigreich mit 1 1 1 4 des Bruttoinlandsproduktes beziffert 1 Daraus resultierte eine erhohte offentliche Wahrnehmung des Begriffs Tribologie und vermehrte Forderungen von Projekten und Vereinigungen mit Bezug zur Tribologie Im Jahr 2017 wurde eine Studie zum Einfluss der Tribologie auf den weltweiten Energieverbrauch Kosten und Emissionen veroffentlicht In der Studie wird der Energieverbrauch im Verkehrswesen Produktion Energiegewinnung und Bauwesen berucksichtigt 2 Folgendes konnte festgestellt werden 23 des weltweiten Energieverbrauches entstehen durch tribologische Kontakte 20 entstehen durch Reibung und 3 durch die Wiederaufbereitung von verschlissenen Bauteilen Durch die Nutzung neuer Technologien zur Reduzierung der Reibung und zum Verschleissschutz konnten Energieverluste durch Reibung und Verschleiss langfristig 15 Jahre um 40 und kurzfristig 8 Jahre um 18 reduziert werden Dies wurde kurzfristig zu jahrlichen Einsparungen des Bruttoinlandsproduktes von 1 4 fuhren Langfristig konnten 8 7 eingespart werden Die grossten kurzfristigen Energieeinsparungen konnen im Verkehrswesen 25 und der Energieerzeugung 20 vorgenommen werden Die potenziellen Einsparungen im Bauwesen werden auf 10 geschatzt Durch den Einsatz fortschrittlicher tribologischer Technologien konnen die globalen Kohlendioxidemissionen um bis zu 1 460 Millionen Tonnen Kohlendioxidaquivalent gesenkt werden Langfristig konnten sogar 3 140 Millionen Tonnen Kohlendioxidaquivalent eingespart werden Kurzfristig konnten somit 450 000 Millionen Euro und langfristig 970 000 Millionen Euro eingespart werden Die steigende Nachfrage nach Energieeinsparungen fuhrte in jungster Zeit zu vermehrter Forschung der Supraschmierfahigkeit 3 Daruber hinaus erlaubt die Entwicklung neuer Materialien wie Graphene 4 und ionische Flussigkeiten 5 grundlegend neue Ansatze zur Losung tribologischer Probleme Begriff und Einordnung BearbeitenDer Begriff Tribologie wurde ab etwa 1966 in England als Fachterminus verwendet Nach Peter Jost 1966 Tribologie ist die Wissenschaft und die Technologie der aufeinander einwirkenden in Relativbewegung befindlichen Oberflachen und der damit zusammenhangenden praktischen Vorgange Nach DIN 50323 Norm wurde zuruckgezogen Tribologie ist die Wissenschaft und Technik von aufeinander einwirkenden Oberflachen in Relativbewegung Sie umfasst das Gesamtgebiet von Reibung und Verschleiss einschliesslich Schmierung und schliesst entsprechende Grenzflachenwechselwirkungen sowohl zwischen Festkorpern als auch zwischen Festkorpern und Flussigkeiten oder Gasen ein 6 Nach Horst Czichos 1992 Tribologie ist ein interdisziplinares Fachgebiet zur Optimierung mechanischer Technologien durch Verminderung reibungs und verschleissbedingter Energie und Stoffverluste 7 Daneben wird das Feld nach folgenden Teilgebieten aufgeteilt Unter Nanotribologie wird die Untersuchung der Reibung im Nanometerbereich verstanden Dabei sind entweder spezielle Reibungseffekte in der Mikro oder Nanotechnologie Rasterkraftmikroskope Festplattenkopfe etc oder die Untersuchung von Reibung an sich auf atomarer Ebene Forschungsgegenstand Die Tribophysik ist das Teilgebiet der Tribologie in dem strukturelle Veranderungen der Oberflache eines Korpers untersucht werden auf den mechanische Energie wirkt Die Tribochemie beschaftigt sich mit den durch die Einwirkung hervorgerufenen chemischen Veranderungen Die Kontaktmechanik ist mit der Berechnung von Korpern befasst die im statischen oder dynamischen Kontakt stehen Verwandte Disziplinen sind ferner die Oberflachenchemie und die Oberflachenphysik Si wei Zhang Chinesische Gesellschaft fur Tribologie schlug 2009 Grune Tribologie als neues Forschungsfeld vor das sich der Minimierung der Umwelteinflusse von Fertigungsverfahren aber auch der Funktionalisierung von Tribologie im Sinne globaler Nachhaltigkeitsziele widmen solle 8 Wichtige Personlichkeiten BearbeitenLeonardo da Vinci untersuchte die Haftreibzahl an der schiefen Ebene und gilt als Begrunder der modernen Tribologie Sir Isaac Newton legte die Grundlagen der Viskositat und entwickelte das Konzept newtonscher Fluide Guillaume Amontons untersuchte die Haftreibung und deckte erneut die Gesetze der Gleitreibung Amontonsschen Gesetze auf Die Reibungskraft ist proportional der Normalkraft und unabhangig von der scheinbaren Kontaktflache da Vinci waren diese Gesetzmassigkeiten schon ungefahr 200 Jahre fruher bekannt Charles Augustin de Coulomb schlug vor dass der Reibwiderstand eines rollenden Rades oder Zylinders proportional zur Last und umgekehrt proportional zum Radius des Rades sei Materialkonformitaten wurden bei der Beschreibung vernachlassigt Osborne Reynolds trug massgeblich zur Schmierfilmtheorie bei Richard Stribeck entdeckte die nach ihm benannte Stribeck Kurve die den Reibungskoeffizienten in geschmierten Lagern beschreibt Frank Philip Bowden und David Tabor verfassten 1950 das erste moderne Buch zur Tribologie Literatur BearbeitenWilfried Bartz u a Einfuhrung in die Tribologie und Schmierungstechnik expert verlag 2010 ISBN 978 3 8169 2830 0 Wilfried Bartz u a expert Praxislexikon Tribologie PLUS 2010 Begriffe fur Studium und Beruf expert verlag 2000 ISBN 978 3 8169 0691 9 Tabor Bowden Friction and Lubrication of Solids Clarendon Press Oxford 1950 Tabor Bowden Reibung und Schmierung fester Korper Springer Verlag Berlin 1959 Heinrich Hertz Ueber die Beruhrung fester elastischer Korper 1881 PDF Datei 1 81 MB Walter Holweger Joachim Schulz Wechselwirkung von Additiven mit Metalloberflachen 2 uberarbeitete und erweiterte Auflage expert Tubingen 2022 ISBN 978 3 8169 3543 8 Dieter Klamann Schmierstoffe und verwandte Produkte Verlag Chemie Weinheim 1982 ISBN 3 527 25966 X Theo Mang Wilfried Dresel Lubricants and Lubrication Wiley VCH Weinheim 2001 ISBN 3 527 29536 4 Uwe J Moller Udo Boor Schmierstoffe im Betrieb VDI Verlag Dusseldorf 1999 ISBN 3 540 62114 8 Bo N J Persson Sliding Friction Physical Principles and Applications Springer 2002 ISBN 3 540 67192 7 In diesem Buch werden viele Reibungsinstabilitaten in geschmierten und trockenen Reibpaarungen untersucht Oltwig Pigors Werkstoffe in der Tribotechnik Reibung Schmierung und Verschleissbestandigkeit von Werkstoffen und Bauteilen Deutscher Verlag fur Grundstoffindustrie Leipzig Stuttgart 1993 Valentin L Popov Kontaktmechanik und Reibung Ein Lehr und Anwendungsbuch von der Nanotribologie bis zur numerischen Simulation Springer Verlag Berlin 2009 ISBN 978 3 540 88836 9 Ernest Rabinowicz Friction and Wear of Materials Wiley Interscience 1995 ISBN 0 47 183084 4 Werner Stehr Klaus Dobler Die Bratwurst und der Lagerschaden Tribologie zum Staunen Anfassen und Experimentieren 3 Auflage Dr Tillwich GmbH 2008 ISBN 978 3 00 019479 5 Tribologie und SchmierungstechnikWeblinks Bearbeiten nbsp Commons Tribologie Album mit Bildern Videos und Audiodateien nbsp Wiktionary Tribologie Bedeutungserklarungen Wortherkunft Synonyme Ubersetzungen GfT Gesellschaft fur Tribologie e V Kompetenzzentrum Tribologie an der Hochschule Mannheim Video Tribologie Reibung Verschleiss Schmierung Institut fur den Wissenschaftlichen Film IWF 1986 zur Verfugung gestellt von der Technischen Informationsbibliothek TIB doi 10 3203 IWF C 1619 Einzelnachweise Bearbeiten Jost Peter Lubrication Tribology A report on the present position and industry s needs Hrsg Department of Education and Science H M Stationery Office London UK Kenneth Holmberg Ali Erdemir Influence of tribology on global energy consumption costs and emissions In Friction Band 5 Nr 3 ISSN 2223 7690 S 263 284 doi 10 1007 s40544 017 0183 5 springer com abgerufen am 12 November 2019 Ali Erdemir Jean Michel Martin Superlubricity Elsevier 2007 ISBN 978 0 08 052530 3 google de abgerufen am 12 November 2019 Diana Berman Ali Erdemir Anirudha V Sumant Graphene a new emerging lubricant In Materials Today Band 17 Nr 1 1 Januar 2014 ISSN 1369 7021 S 31 42 doi 10 1016 j mattod 2013 12 003 sciencedirect com abgerufen am 12 November 2019 Ichiro Minami Ionic Liquids in Tribology In Molecules Band 14 Nr 6 2006 S 2286 2305 doi 10 3390 molecules14062286 mdpi com abgerufen am 12 November 2019 GfT Arbeitsblatt 7 Memento vom 19 August 2014 im Internet Archive Horst Czichos Karl Heinz Habig Tribologie Handbuch Vieweg Verlag 1992 ISBN 3528063548 I C Gebeshuber Grune und nachhaltige nanotribologische Systeme im Rahmen der globalen Herausforderungen In Nano Risiko Governance Springer Vienna Vienna 2014 ISBN 978 3 7091 1404 9 S 49 79 doi 10 1007 978 3 7091 1405 6 3 springer com abgerufen am 19 Juli 2021 Normdaten Sachbegriff GND 4060847 5 lobid OGND AKS Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Tribologie amp oldid 232281984