Was versteht man unter dem Stick-Slip-Effect / Haftgleiteffekt?

Der Stick-Slip-Effekt (von engl. stick „haften“ und slip „gleiten“) bzw. Haftgleiteffekt bezeichnet das Ruckgleiten von gegeneinander bewegten Festkörpern. Dieses Phänomen tritt auf, wenn ein Körper bewegt wird, dessen Haftreibung deutlich größer ist, als die Gleitreibung.

Man stelle sich einen schweren Karton vor, den man über einen glatten Fußboden schieben will. Der Karton ist schwer, weshalb wir große Kraft aufwenden müssen, um die Haftreibung – also den Widerstand des Kartons sich bewegen zu lassen – zu überwinden. Der Karton gleitet. Aufgrund der glatten Oberfläche und der dadurch niedrigen Gleitreibung wird der Karton rasch schneller. Durch die rasche Gleitbewegung des Kartons können wir jedoch weniger Kraft auf den Karton übertragen. Schließlich reicht die auf den Karton wirkende Kraft nicht mehr aus, um dessen Haftreibung zu überwinden. Der Karton kommt zum stehen, wodurch wir wieder viel Kraft aufbringen müssen um sie zu überwinden und der Prozess wiederholt sich. Haften – loslösen – gleiten – bremsen – haften – loslösen… in der Realität läuft dieser Effekt wesentlich schneller ab und äußert sich in einem Stottern. .

Dieses Phänomen in verschiedensten Bereichen auf. Scheibenwischer stottern über die Windschutzscheibe eines Autos. Kreide quietscht beim Schreiben auf der Tafel wenn man sie im falschen Winkel hält. Türscharniere quietschen. Und Streichinstrumente wie die Geige oder der Cello würden nicht funktionieren, denn ihre Töne entstehen durch Haftgleiteffekte verursachte Schwingungen und Vibrationen zwischen den Saiten und den Sehnen der Bögen.

Bei tribologisch optimierten Materialien ist dieser Effekt jedoch unerwünscht. Die verursachten Vibrationen übertragen sich auf die Gesamtkonstruktion und verursachen Geräusche, die oft als störendes Quietschen oder Knarzen wahrgenommen werden. Die gewünschte Gleitbewegung wird zu einem unregelmäßigen Stottern und erhöht den Verschleiß der Lager. Diesen Effekten kann entgegengewirkt werden, indem man den Unterschied zwischen gleit- und Haftreibung minimiert, vibrationsdämpfende Materialien verwendet, die Steifigkeit der Gesamtkonstruktion verbessert (s. vorgespannte Lager) oder die beteiligten Reibpartner voneinander trennt (z.B. durch Schmierung).

1. Kraft > Haftreibung
Die Kraft (Pfeil 1) überwindet die Haftreibung (Pfeil 2). Der Karton setzt sich in Bewegung.

2. Kraft = Haftreibung
Die Haftreibung wird zur Gleitreibung (Pfeil 2) und der Karton gleitet schnell.

3. Kraft < Gleitreibung
Die Kraft (Pfeil 1) reicht nicht um die Gleitreibung (Pfeil 2) zu überwinden.

4. Kraft < Haftreibung
Die Gleitreibung wird zur Haftreibung. Die Kraft reicht nicht, der Karton steht.