Reibungsdämpfung

Reibungsdämpfung ist eine Form der dissipativen Dämpfung, bei der Bewegungsenergie eines mechanischen Systems durch Reibung an Kontaktflächen in Wärme umgewandelt wird. Im Gegensatz zu viskoser Dämpfung, die durch eine Flüssigkeit oder Gas entsteht und typischerweise proportional zur Geschwindigkeit wirkt, kann die Reibungsdämpfung stark nichtlinear sein und sowohl statische als auch kinetische Reibung umfassen.

Die gängigsten Mechanismen sind die statische Reibung, die erst durch Überschreitung einer Grenzlast zum Gleiten führt, und die kinetische (gleitende) Reibung, bei der eine konstante Reibkraft μkN herrscht (mit μk der kinetische Reibungskoeffizient, N dem Normaldruck). Daneben gibt es rollende Reibung oder hysteretische Dämpfung in Material- und Federanordnungen. Reibungsdämpfung kann auch temperaturabhängig, von Oberflächenbeschaffenheit, Verschleiß und Schmierung beeinflusst sein; oft folgt sie keiner einfachen linearen Beziehung zur Geschwindigkeit, sondern zeigt eine komplexe, teils gleit-, teils stickende Charakteristik (Stribeck-Effekt).

Mathematisch wird Reibungsdämpfung häufig durch eine Kraft Fdamp beschrieben, die in einer Gleichung der Form m x¨ + Fdamp + kx = Fext erscheint. Fdamp kann als Fdamp = μkN sign(v) (Coulomb-Reibung) oder als Fdamp ≈ c(v) v modelliert werden, wobei c stark von v, N, μ und der Oberflächenbeschaffenheit abhängt. Die Folge ist eine amplitudenabhängige Energieabgabe pro Verschiebung; bei periodischen Anregungen sinkt die Amplitude über die Zeit.

Anwendungen finden sich in einfachen Reibungsdämpfern, Scharnieren, Stoßdämpfern, Maschinenlagerungen sowie in vibro-mechanischen Systemen, wo Robustheit und kein Schmiermittel vorteilhaft sind. Nachteile sind Verschleiß, Temperaturabhängigkeit, Geräuschentwicklung und mögliche Stick-slip-Phänomene.