Modellierung und Validierung der Krafterzeugung mit Stick-Slip ...

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2. Stand der Forschung
In diesem Kapitel wird der Stand der Forschung dokumentiert, um die Zielsetzung
der Arbeit abzuleiten. Dazu wird zunächst ein Überblick über das Stick-
Slip-Prinzip sowie daraus abgeleitete Antriebe gegeben. Weiterhin wird eine kurze
Einführung in relevante Teilgebiete der Tribologie gegeben, da das in dieser
Arbeit vorgestellte Modell eng mit dem Reibverhalten von Stick-Slip-Antrieben
verknüpft ist. Es folgen aktuelle Ansätze, um miniaturisierte Stick-Slip-Antriebe
und im Wesentlichen deren Reibverhalten zu modellieren und zu simulieren. Nach
einer Vorstellung ähnlicher Verfahren zur Krafterzeugung schließt das Kapitel mit
der Definition des Forschungsgebiets.
2.1. Das Stick-Slip-Prinzip
Der Begriff „Stick-Slip” bezeichnet allgemein Vorgänge, bei denen sich die Relativbewegung
zwischen zwei Elementen (Körpern) in die Phasen Haften (Stick)
und Gleiten (Slip) unterscheiden lässt [1]. Dies kann je nach Randbedingungen
in chaotischer, aber auch in gezielter Weise erfolgen. Die Bandbreite des Vorkommens
von Stick-Slip im technischen Bereich kann unterteilt werden in Situationen,
wo Stick-Slip ein unerwünschter, störender Effekt ist, und Anwendungen, in
denen Stick-Slip bewusst genutzt wird. Ersteres ist der Fall bei Werkzeugschwingungen
während der spanenden Bearbeitung, welche zu sogenannten Rattermarken
führen können. Die gezielte Nutzung kann in Form eines Transportmechanismus
umgesetzt werden, wie Abbildung 2.1 schematisch verdeutlicht. Ein Körper
mit der Masse m ruht auf einer eingeschränkt beweglichen, theoretisch unendlich
langen Platte. Die Platte kann nun in eine periodische Bewegung versetzt werden,
die je nach Reibverhältnissen zu einem Haften oder Gleiten des Körpers führt.
Vereinfacht kann der Vorgang Haften so interpretiert werden, dass der Körper mit
der Platte transportiert wird und keine Relativbewegung eintritt. Typischerweise
wird dies bei einer vergleichsweise ,langsamen’ Plattengeschwindigkeit der Fall
sein. Dem gegenüber führt eine ,schnelle’ Plattenbewegung aufgrund der Trägheit
des Körpers und der Reibverhältnisse zu einem Gleitvorgang mit entsprechender
Relativgeschwindigkeit. Dieser Vorgang wird in Abbildung 2.2 verdeutlicht. In
Abbildung 2.2a ist die Bewegung der Platte skizziert. Eine Phase mit negativem