Slip-Stick-Simulation
Aufgabenstellung / Berechnung
Die sehr hohen Zugriffszahlen auf unser doch etwas harmloses Video lassen vermuten, dass hinter dem Begriff Slip-Stick oft etwas anderes vermutet wird.
Wir beschränken uns hier auf die rein technische Seite und verabschieden uns von allen anderen Interessenten, die sicherlich auf anderen Internetseiten fündig werden.
Der Slip-Stick-Effekt (engl.: slip = gleiten, stick = haften), der auch als Haftgleiteffekt bezeichnet wird, beschreibt das Ruckgleiten von gegeneinander bewegten Festkörpern. Der Effekt tritt auf, sobald die Haftreibung größer als die Gleitreibung ist. Dies führt materialabhängig zur Anregung von Schwingungen, die als störende Geräusche abgestrahlt werden und/oder zu starkem Verschleiß führen können.
Im alltäglichen Umfeld erlebt man den Effekt zum Beispiel als „Türknarren“, ratternden Scheibenwischern oder quietschenden Bremsen. In der Industrie findet man den ungewollten Stick-Slip-Effekt in zahlreichen Bereichen, z.B. Fördertechnik, Fahrzeugbau, Servotechnik, Lineartechnik und Hebetechnik.
Mittels einer Slip-Stick-Simulation lässt sich der Einfluss verschiedenster Parameter auf die Entstehung oder Behebung des Effekts simulieren, z.B. Oberflächenzustand, Anpresskräfte, Verfahrensgeschwindigkeit, Umgebungstemperatur, Reibung, Luftfeuchtigkeit.
Das Thema begegnet uns häufiger, wenn z.B. eine drehbare Konstruktion aus Metall (Stahl, Alu, Zink) durch Kunststoff ersetzt wird. Das Bauteil ist zwar jetzt billiger, aber es beginnt, beim Verdrehen zu quietschen. Die Simulation zeigt die Ursachen auf und hilft, den Effekt durch entsprechende Maßnahmen zu beheben, da er auch immer "billig" wirkt. Davon abgesehen weisen Bauteile, bei denen Slip-Stick Effekte auftreten, in aller Regel eine geringere Lebensdauer auf. Bei einem 100.000 € Fahrzeug kann es sogar ein Grund sein, dass ein Kunde von seinem Kaufvertrag zurücktreten möchte, wenn die Bremse beim Heimkommen so laut quietscht, dass die Nachbarschaft sich beklagt.
Der rechnerische Ansatz ist nicht trivial. Wie bei dem Videobeispiel gezeigt, kann die Simulation transient, also zeitabhängig erfolgen. Beim Bremsenquietschen sind es zwei (komplexe) Eigenfrequenzen, die dicht aufeinanderliegen. Grundlegend sind es zwei Szenarien, bei denen Kunden sich mit diesem Thema an uns wenden:
1. Die Ursachenforschung bei auftretendem Slip-Stick-Effekt nach dem Bau einer Maschine, beschrieben als Quietschen, Rattern, Knarren etc.
2. Bei Neuentwicklungen, bei denen hier bereits schlechte Erfahrungen gemacht wurden, und die man jetzt bereits in der Konstruktionsphase vermeiden möchte.
Wir zeigen Ihnen, welche für Ihre Fragestellung der geeignete Ansatz ist und führen die Berechnungen für Sie durch.
Ziel / Nutzen
Wir zeigen Ihnen, welche für Ihre Fragestellung der geeignete Ansatz ist und führen die Berechnungen für Sie durch. Dadurch sehen Sie, was die Ursachen sind und welche Stellschrauben es gibt, um Quietschen, Rattern und Knarren zu vermeiden.
Video
Das beiliegende Video zeigt den Effekt für den einfachen Fall von zwei Klötzen, die über eine Feder verbunden sind. Ein Klotz wird bewegt und der andere wechselt zwischen Haft- und Gleitreibung hin und her.
Stichworte
- Akustik
- Bremsenquietschen
- Eigenfrequenzen (komplex)
- Gleitreibung
- Haftreibung
- Knarren
- Quietschen
- Rattern
- Schwingung
- Slip-Stick