Reibung.pngHaftreibung ist eine physikalischeKraft, die zwei sich berührende Körper daran hindert, sich aufeinander gegenseitig 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 Haltekraft (Ruhereibung) FH ist abhängig von der NormalkraftFN und von der Haftreibungszahl (siehe auch Reibungskoeffizient) μH, dagegen unabhängig von der Größe der Berührungsfläche (Ausnahme: Autoreifen, siehe unten). Die Haftreibungszahl μH wird bestimmt durch die Rauigkeit und die Stoffarten der reibenden Flächen:
!Werkstoff
!Haftreibungszahl
|-
|Beton auf Kies
|0,87
|-
|Beton auf Sand
|0,56
|-
|Beton auf Lehm und Ton
|0,3
|-
|Mauerwerk auf Sand und Kies
|0,3
|-
|Mauerwerk auf nassem Ton oder Lehm
|0,25
|-
|Mauerwerk auf Beton
|0,76
|-
|Gummireifen auf Asphalt, trocken
|<0,9
|-
|Gummireifen auf Asphalt, nass
|<0,5
|-
|Gummireifen auf Beton, trocken
|<1,0
|-
|Gummireifen auf Beton, nass
|<0,6
|-
|Holz auf Holz
|0,65
|-
|Holz auf Stein
|0,6
|-
|Leder auf Metall (Dichtungen)
|0,6
|-
|Stahl auf Eis
|0,02
|-
|Stahl auf Stahl, trocken
|0,15
|-
|Stahl auf Stahl, Ölfilm
|0,08
|-
|Stahl auf Bronze, trocken
|0,18
|-
|Stahl auf Holz
|0,5
|-
|Stahl auf Glas
|0,6
|-
|Stahl auf Stein
|0,45
|-
|Aluminium auf Aluminium
|0,1
|-
|Teflon auf Teflon
|0,04
|}
Die Beispielwerte können sich je nach Umgebungsbedingungen (Feuchtigkeit, Oberflächenbeschaffenheit, Erschütterungen) erheblich ändern. Deshalb sollte bei praktischen Anwendungen immer von einem geringeren Wert ausgegangen werden.
Für die Praxis sind fast alle aus der Literatur entnommenen Reibwerte nur mit Vorsicht zu genießen, da meist die Randbedingungen nicht mit angegeben werden. So kann der Haftbeiwert für eine Verbindung Stahl / Stahl zwischen 0,08 und 0,18 variieren. Der Wert ist von vielen Einflußfaktoren wie Oberflächenrauhigkeit, Zwischenmedium (trocken/nass) oder Belastungsart (statisch/dynamisch/Scherung/Torsion) abhängig.
Bei Autoreifen spielt neben der Normalkraft und dem Haftreibungszahl auch die Reifenaufstandsfläche eine Rolle, da bei Reibung von gummielastischen Stoffen auf rauhen Oberfläche die Verzahnung eine Rolle spielt.
Anmerkung zu den Beispielwerten für Gummireifen: 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.
Literatur
F. Herrmann: Praxis der Naturwissenschaften. Ausg. 3/52, 46 (2003) der Physik.
"Haftreibung"