Flächenpressung

Flächenpressung ist die Kraft pro Kontaktfläche zwischen zwei Festkörpern, also eine Druckspannung. Drückt man zwei Festkörper mit einer Kraft F aufeinander, so stellt sich in der Berührungsfläche zwischen den Körpern eine sogenannte Normallastverteilung ein. Diese Last nimmt man in der Normalkraftverteilung vereinfacht als Einzelkraft an.

Die Normallastverteilung wird üblicherweise 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 ist über die Kontaktfläche nicht notwendigerweise konstant verteilt. Neben der Größe der Normalkraft FN, die auf die Bauteile wirkt, sind auch Materialeigenschaften als wesentlicher Faktor für diese Beanspruchung verantwortlich. 

Daneben sind die Oberflächenkonturen der beteiligten Körper für die Lastverteilung über der Kontaktfläche und die Größe und Form der Kontaktfläche ausschlaggebend.

Für linear-elastische Werkstoffe erfolgt die Berechnung der Flächenpressung üblicherweise auf der Basis der Halbraumtheorie. Für spezielle, einfache Körper kann man die Gleichungen der hertzschen Pressung angewenden.

Wobei gilt, dass p = F/A, dabei wir die zulässige Flächenpressung pzul der Werkstofftabelle entnommen. Und F ist die Normalkraft darstellt, die auf die Fläche A wirkt. pzul wird auch als Grenzflächenpressung bezeichnet.

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 normale Kraft FN, die häufig erst aus der beliebig gerichteten Kraft bestimmt werden muss. Werden zwei ebene Flächen aneinander gepresst, dann gilt: die Flächenpressung p ist der Quotient aus der normalen Kraft Fn und dem Flächeninhalt A der Berührungsfläche. Je nach vorliegender Aufgabe stellt man die Flächenpressungs-Hauptgleichung dementsprechend um.

Im Maschinenbau und in der Feinwerktechnik stellt sich häufig die Aufgabe die Flächenspannung(-pressung) auf geneigten ebenen Flächen zu bestimmen. Wie beispielsweise zwischen den Gleitflächen einer Prismenführung.

Sind die Flächeninhalte der Gleitflächen bekannt, kann die Flächenpressung berechnet werden. Im Zweifelsfalle führt der Weg über das exakte Freimachen und das bestimmen der normalen Kräfte immer zum Ziel. Jedoch ist es in vielen praktischen Fällen einfacher mit der projizierten Fläche zu rechnen.