Kontaktoberfläche

Kontaktoberfläche bezeichnet die Fläche, an der zwei Bauteile in Berührung treten und über die Kräfte, Wärme und gegebenenfalls elektrischer Strom übertragen werden. In der Praxis ist diese Fläche oft nicht als flächig vollständig in Kontakt, sondern es bestehen Oberflächenrauheiten, Luft- oder Gaszwischenräume. Die reale Kontaktfläche Ar ist daher in der Regel kleiner als die nominale Kontaktfläche und entsteht hauptsächlich an wenigen Gipfeln der Oberflächen (Asperitäten).

Die Größe von Ar hängt von Last, Materialhärte und dem Deformationsverhalten der Oberflächen ab. In der elastisch-plastischen Kontaktmechanik gilt grob Ar ≈ L/H, wobei L die Anpresskraft und H die Härte des Materials beschreibt. Mit zunehmendem Druck wächst der reale Kontaktbereich, was Auswirkungen auf Reibung, Wärmeableitung und Verschleiß hat. Oberflächenrauhheit, Beschichtungen, Schmierstoffe und Oberflächenbehandlungen modifizieren Ar und damit die tribologischen Eigenschaften der Kontaktoberfläche.

Messung und Einflussgrößen umfassen die Oberflächenrauheit, Oxid- oder Verunreinigungsfilme sowie Temperatur- und Umweltbedingungen. Zur Bestimmung der Oberflächenbeschaffenheit kommen Profilometrie, optische Messverfahren oder AFM zum Einsatz. In elektrischen Kontakten ist der Kontaktwiderstand Rk stark von Ar, dem Zustand der Oberflächen (z. B. Oxide, Verunreinigungen) sowie Temperatur abhängig. Geringe Ar-Geschwindigkeiten oder unsaubere Kontakte erhöhen den Widerstand und können zu Wärmeproblemen führen.

Typische Anwendungsbereiche sind mechanische Lager, Zahnräder, Dichtungen, elektrische Steckverbinder, Kontakte auf Leiterplatten sowie Sensoren und Mikro- bzw. Nano-Systeme, wo die Kontaktoberfläche eine zentrale Rolle für Leistung und Zuverlässigkeit spielt.