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Pneumatikzylinder - Der Stick-Slip-Effekt

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Der Begriff Stick-Slip-Effekt (Haftgleiteffekt) leitet sich aus den beiden englischen Wörtern "stick" (haften) und "slip" (gleiten) ab. In der Physik und Technik beschreibt der Stick-Slip-Effekt das, in aller Regel unerwünschte, ruckartige Gleiten von Festkörpern, die sich gegeneinander bewegen. Allgemein bekannte Beispiele hierfür sind ratternde Scheibenwischer oder karrende Türen. Doch auch in der Pneumatik und Hydraulik ist der Effekt von Bedeutung.

Ursache des Stick-Slip-Effektes beim Pneumatikzylinder

Der Stick-Slip-Effekt tritt immer dann auf, wenn die Haftreibung deutlich größer als die Gleitreibung ist. Durch die Dichtungen an Kolbenstange und Kolben tritt am Pneumatikzylinder eine vergleichsweise stark ausgeprägte Haft- und Gleitreibung auf. Selbiges gilt auch für Hydraulikzylinder. Je nach Typ kann diese durchaus zwischen 5 und 20 Prozent der verfügbaren Antriebskraft betragen.
Weil im Pneumatikzylinder die Haftreibkräfte ungefähr zweimal so hoch sind, wie die Gleitreibkräfte, tritt der unerwünschte Stick-Slip-Effekt sogar relativ schnell auf. Sobald sich der Kolben in Bewegung setzt, entspannt sich die Luft durch die Beschleunigung des Kolbens wie eine Feder. Deshalb ist die Wirkung des Stick-Slip-Effekts vorwiegend bei langsamen Bewegungen, die lediglich mithilfe kleiner Differenzialdrücke gefahren werden können, besonders stark ausgeprägt.

Im Bild unten ist der Stick-Slip-Effekt grafisch dargestellt. Hier wurde der zeitliche Verlauf von Reibkraft und zurückgelegtem Weg zum besseren Verständnis in zwei Graphen dargestellt.

Stick-Slip-Effekt
Verlauf von Kraft und Weg bei Stick-Slip über die Zeit dargestellt

Gegenmaßnahmen für den Stick-Slip-Effekt

Nicht nur beim Pneumatikzylinder, sondern bei fast allen technischen Systemen ist der Stick-Slip-Effekt unerwünscht. Er stört Bewegungs- und Produktionsabläufe, erzeugt Lärm oder Vibration, führt zu Materialermüdung und zu vorzeitigem Verschleiß. Gegenmaßnahmen, um den Stick-Slip-Effekt zu vermeiden, umfassen immer die Verkleinerung des Unterschiedes zwischen der Gleitreibung und der Haftreibung. Viele technische Lösungen zielen auch auf die Verringerung der Reibung insgesamt, wie etwa durch Schmieren ab.

Um den Stick-Slip-Effekt beim Pneumatikzylinder zu vermeiden, bedient man sich zumeist der Drosselung, wobei die Abluftdrosselung generell die vorteilhaftere Methode darstellt. Das bedeutet, dass die aus dem Arbeitsraum des Zylinders austretende Luft mit einem passenden Gegendruck beaufschlagt wird, sodass der Druck im Pneumatikzylinder insgesamt gemächlicher absinkt.

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