Reibungshitze

Reibungshitze ist die Wärme, die durch Reibung zwischen zwei oder mehr relativ gegeneinander bewegten Oberflächen entsteht. Sie entsteht durch die Umwandlung mechanischer Arbeit in thermische Energie in der Kontaktzone und den benachbarten Strukturen, bedingt durch Prozesse wie Adhäsion, plastische Verformung an Asperitäten und mikroskopische Verschiebungen.

Die Verteilung der Reibungshitze hängt von Reibungslage, normalem Druck, Temperaturabhängigkeiten der Materialeigenschaften und der Schmierung ab. Ohne Schmierung sind heiße Flecken an den Kontaktpunkten häufig; mit Schmierung verteilt sich die Hitze oft besser und wird durch Kühlung abgeleitet. Die Entstehung weiterer Wärme hängt außerdem von Verschleißprozessen, Werkstoffpaarungen und der Geometrie der Kontaktfläche ab.

Beispiele für Systeme, in denen Reibungshitze eine Rolle spielt, sind Bremsen und Kupplungen, Lager sowie Werkzeugmaschinen. Dort kann sie zu Temperaturanstiegen, veränderter Schmierfilmbildung, erhöhtem Verschleiß oder Brems- bzw. Leistungsabnahmen führen. In der Geophysik trägt Reibungshitze zur Wärmeentwicklung auf gleitenden Bruchflächen während Erdbebenereignissen bei.

Messung und Berechnung erfolgen über die Reibungsarbeit W = F_f · s, die der zu erzeugenden Wärme entspricht. Die spätere Temperaturentwicklung wird durch Wärmekapazität, Wärmeleitung und Wärmeabgabe bestimmt. Messmethoden umfassen Kalorimetrie, Infrarot-Thermografie und Thermoelemente; Modellierungen verwenden Reibungskoeffizienten und Kontaktmodelle.

Möglichkeiten zur Reduktion umfassen Schmierung, Oberflächenbehandlung, Härten, Optimierung von Geometrie und Lasten sowie effektive Kühlung, um negative Auswirkungen der Hitze zu vermeiden.