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2025-04-08T09:13:12Z

Mechanismus

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'''Stick-Slip-Effekt''' (von engl. ''stick'' ‚haften‘ und ''slip'' ‚gleiten‘) oder auch '''Haftgleiteffekt''' oder (selbsterregte) '''Reibschwingung''' bezeichnet das [[Ruck]]<nowiki/>gleiten von gegeneinander bewegten [[Festkörper]]n. Bekannte Beispiele sind die Tonerzeugung bei [[Streichinstrument]]en, das [[Stridulation|Zirpen]] von Insekten, das [[Quietschen von Wandtafeln|Quietschen von Schulkreide auf Wandtafeln]], knarrende Türen, quietschende Bremsen oder Reifen, ratternde Scheibenwischer und die über einen [[Polymerdispersion|Latex]]-[[Luftballon]] rubbelnde oder den Rand eines [[Trinkglas]]es in Schwingung versetzende, nasse Fingerkuppe (siehe [[Glasharfe]]).

== Ursache ==
Der Effekt kann auftreten, wenn die [[Haftreibung]] merklich größer ist als die [[Reibung|Gleitreibung]]:

:<math>\begin{align}
F_{HR} \gg F_{GR}\\
\Leftrightarrow \mu_{HR} \gg \mu_{GR}
\end{align}</math>

mit
* <math>F</math> für die jeweilige Kraft
* <math>\mu</math> für den jeweiligen [[Reibwert]].

Dabei üben [[Dämpfung|gedämpft]] gekoppelte Oberflächenteile eine schnelle Bewegungsfolge aus: Haften, Verspannen, Trennen und Abgleiten (''s.u.: Mechanismus'').

Der Effekt verschwindet, sobald die Reibpartner durch den [[Schmierstoff]] vollständig getrennt werden ([[Hydrodynamisches Gleitlager|hydrodynamische Gleitreibung]]).

[[Viskoelastizität|Viskoelastische]] Materialien (z. B. [[Polymerschmelze]]n) zeigen einen ähnlichen Effekt, wenn ihr viskoses Fließen unter den hohen [[Scherkraft|Scherkräften]] am Werkzeug (z. B. einer Düse) in ein Gleiten übergeht.<ref>C. D. Han, R. R. Lamonte: ''A study of polymer melt flow instabilities in extrusion'' in Polymer Engineering & Science ''1971'', Volume 11, Issue 5, S. 385–394 {{DOI|10.1002/pen.760110507}}</ref>

== Mechanismus ==
[[Datei:Stick-slip.svg|miniatur|Modell zum Stick-Slip-Effekt]]
''V'' sei ein [[Linearantrieb]] (Kurbel mit [[Gewindespindel]]), ''R'' symbolisiert eine [[Federkonstante]] und ''M'' die auf einer Platte liegende [[Masse (Physik)|Masse]].

Der Antrieb V führt dazu, dass die [[Feder (Technik)|Feder]] R gespannt wird, bis die Federkraft die Haftreibungskraft der Masse M auf der Platte übersteigt (Trennen, sobald <math>F_F \geq F_{HR}</math>) und diese in Bewegung versetzt (Abgleiten, solange <math>F_F \geq F_{GR}</math>).

Bald überschreitet die Geschwindigkeit der Masse die Geschwindigkeit des Antriebs, wodurch sich die Feder wieder entspannt und die Federkraft sinkt. Aufgrund ihrer [[Trägheit]] bewegt sich die Masse ein Stück über den Punkt hinaus, an dem die Federkraft gleich der Gleitreibkraft ist, und bleibt dann stehen (Haften, sobald <math>F_F \leq F_{GR}</math>). Nach dem Anhalten holt der Antrieb erst dieses Stück auf und steigert dann wieder die Federspannung bis zur [[Haftreibungsgrenze]] (Verspannen, solange <math>F_F \leq F_{HR}</math>). Anschließend beginnt der Zyklus von vorn.

siehe auch: [[Zweipunktregler]] mit [[Hysterese]]

== Variationsbreite ==
Bei der [[Plattentektonik]] sind relativ kurze Gleitphasen (die [[Erdbeben]]) durch lange Pausen getrennt, weil die Reibung im Verhältnis zur Steifigkeit der Feder groß ist und der Antrieb langsam.

Bei einem [[Streichinstrument]] ist die Reibung klein und die räumlich verteilte Masse und Feder – die [[Saite]] ist beides zugleich – zu [[Schwingung]]en mit ihrer [[Eigenfrequenz]] fähig. Ein sauberer [[Ton (Musik)|Ton]] entsteht, wenn die Gleitphase relativ lang ist.

Die zu dem Effekt führende [[Gleichgewicht (Systemtheorie)|Instabilität]] wird verstärkt, wenn die Verformung beim Spannen der Feder die aneinander reibenden Flächen dynamisch gegeneinander presst, die Entspannung dagegen die Pressung vermindert. Beispiel ist das Schieben der Gabel über den Teller.

Beim [[Schubladeneffekt]] dominiert der Einfluss der [[Geometrie]], in seiner Reinform hat er nichts mit dem Stick-Slip-Effekt zu tun.

== Auswirkungen und Gegenmaßnahmen ==
Der Stick-Slip-Effekt ist in technischen Anwendungen häufig unerwünscht. Er erzeugt [[Lärm]] und [[Körperschall]], der oft als unangenehm wahrgenommen wird (siehe [[Noise Vibration Harshness|Noise, Vibration, Harshness]]) und zu erhöhtem [[Verschleiß]] und [[Materialermüdung]] führen kann. Außerdem kann er die Durchführung kleinster Bewegungen, z. B. bei Präzisions-[[Werkzeugmaschine]]n, vollständig unterbinden.

Gegenmaßnahmen umfassen
* die Verringerung des Unterschieds zwischen Gleit- und Haftreibung, oft durch Verringerung der Reibung insgesamt, etwa durch [[Schmierung]]
* eine Erhöhung der [[Steifigkeit]] des Antriebs oder der Körper selbst
* Verringerung der beteiligten Massen
* größere [[Dämpfung]]
* eine die Instabilität mindernde Geometrie

== Literatur ==
* F.P. Bowden, D. Tabor: ''The Friction and Lubrication of Solids'', Oxford University Press, 2001, 424 p, ISBN 0-19-850777-1.
* N.M. Kinkaid, O.M. O’Reilly, P. Papaclopoulos: ''Automotive disc brake squeal'' – Journal of sound and vibration, 2003, v. 267, Issue 1, pp. 105–166.
* K. Magnus, K. Popp: ''Schwingungen: eine Einführung in physikalische Grundlagen und die theoretische Behandlung von Schwingungsproblemen''. Stuttgart, Teubner, 2005, 400 S.
* Bo N.J. Persson: ''Sliding Friction. Physical Principles and Applications''. Springer, 2002, ISBN 3-540-67192-7.
* Valentin L. Popov: ''Kontaktmechanik und Reibung. Ein Lehr- und Anwendungsbuch von der Nanotribologie bis zur numerischen Simulation'', Springer-Verlag, 2009, 328 S., ISBN 978-3-540-88836-9.
* Ernest Rabinowicz: ''Friction and Wear of Materials''. Wiley-Interscience, 1995, ISBN 0-471-83084-4.

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Tribologie]]
[[Kategorie:Wälzlagertechnik]]
[[Kategorie:Streichermusik]]

Stick-Slip-Effekt - Versionsgeschichte

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