Flächenpressung
Eine Flächenpressung ist die Kraft pro Kontaktfläche zwischen zwei Körpern. Sie ist somit eine Druckspannung. Wenn du zwei (Fest)Körper mit einer Kraft F gegeneinander drückst, ergibt sich in den Berührungsflächen zwischen den Körpern eine sogenannte Normallastverteilung. Vereinfacht kannst du dir diese unendliche Anzahl an kleinen Einzelkräften in der Normalkraftverteilung als Einzelkraft ansehen.
Die Normallastverteilung wird normalerweise in der Einheit Pascal (1 Pa = 1 N/m2 bzw. 1 MPa = 1 N/mm2) angegeben.
Die Flächenpressung hat – wie eine Spannung – eine Richtung, und sie muss nicht notwendigerweise über die Kontaktfläche konstant verteilt sein. Neben der Normalkraft FN, die auf die Bauteile wirkt, sind auch Materialeigenschaften als ein weiterer wesentlicher Faktor für diese Beanspruchung verantwortlich.
Auch sind zusätzlich die Oberflächenkonturen der beteiligten Körper für die Lastverteilung an den Kontaktfläche und die Größe der Kontaktfläche ausschlaggebend.
Für linear-elastische Werkstoffe gilt das Hook´sche Gesetz. Berechnen aknnst du die Flächenpressung üblicherweise auf Basis der Halbraumtheorie. Für spezielle, einfache Körper kannst du die Gleichungen der hertzschen Pressung anwenden.
Es gilt dabei, dass der Druck das Verhältnis zwischen Kraft zur Fläche ist, p = FN/A. Dabei entnimmst du die zulässige Flächenpressung pzul , auch Grenzflächenpressung genannt, einer Werkstofftabelle. FN ist die Normalkraft, die auf die Kontaktfläche A wirkt.
Wo tritt Flächenpressung auf?
zwischen…
- den Zahnflanken von Zahnrädern
- Bolzenkopf und Auflage
- Bremsbelägen und Bremsscheibe
- dem Kopf einer Schraube und dem zu verschraubenden Teil
- Rad und Schiene bei Eisenbahnen und Kranbahnen
- Wälzkörper und Laufbahn von Wälzlagern
- zwei Bauteilen, die kraftschlüssig über Pressfügen verbunden sind
- etc.
Was ist die Ursache der Flächenpressung?
Ursache jeder Flächenpressung p ist eine auf die Kontaktfläche senkrecht wirkende Kraft FN. Diese musst du häufig erst aus einer beliebig gerichteten Kraft bestimmen. Werden zwei ebene Flächen aneinander gepresst, somit gilt, dass die Flächenpressung p ist der Quotient aus der normalen Kraft FN und dem Flächeninhalt A der Berührungsfläche ist. Je nach vorliegender Aufgabe stellst du die Flächenpressungs-Hauptgleichung nach der gesuchten Größe um.
Im Maschinenbau musst du häufig Aufgaben lösen, in denen die Flächenpressung auf geneigten ebenen Flächen zu bestimmen ist. Wie beispielsweise zwischen den Gleitflächen einer Prismenführung.
Sind die Flächeninhalte der Gleitflächen bekannt, kannst du die Flächenpressung berechnen. Im Zweifelsfalle nimmst du dabei den Weg über das exakte Freimachen und das Bestimmen der normalen Kräfte. Jedoch ist es in vielen praktischen Fällen einfacher mit der projizierten Fläche zu rechnen.