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

3.2. Versuchsergebnisse 51
1,0
Position
Kraft
0,5
Position [µm]
0,0
20
Kraft [mN]
10
0
0 0,5 1,0 1,5 2,0
Zeit [s]
Abbildung 3.3.: Positions- und Kraftsignal bei rauen Oberflächen.
ausgeführt. Im Kraftsignal kann nun eine Drift identifiziert werden. Vermutlich
wird die Drift durch die Relaxation der Piezoaktoren verursacht. Beim Zeitpunkt
1, 75s verfährt der Läufer in die Gegenrichtung. Die Kraft fällt sehr schnell wieder
auf null. Der lange Verfahrweg und der geringe Kraftgradient zu Beginn der
Messung sprechen für ein hohes Maß an Rauheit der Kontaktoberflächen in der
Größenordnung von 1µm. Die metallischen Oberflächen sind in diesem Fall nicht
besonders behandelt.
Im Gegensatz hierzu zeigt Abbildung 3.4 die gleiche Messung mit glatten
Kontaktoberflächen zwischen Läufer und Kraftmessdose. Letztere weist hierzu
ein Silicium-Plättchen auf und der Läufer trägt eine Rubinhalbkugel mit dem
Durchmesser 1mm (vergleiche Abbildung 3.1). Die Rauheit der Rubinhalbkugel
ist mit 50nm angegeben (siehe Datenblatt und Rastersondenmikroskop-Messung
in Anhang A). Schon beim ersten Stick-Slip-Schritt ist eine deutliche Zunahme
des Kraftsignals zu erkennen. Nach 0, 2s erreicht die Position bei 120nm einen
konstanten Wert, die Kraft beträgt dabei 40mN. Auffällig ist, dass die steifen
Materialien mit weniger Rauheit innerhalb eines kürzeren Weges hohe Kräfte aufbauen.
Die Kraftniveaus aus beiden Messungen sind wegen anderer abweichender
technischer Randbedingungen nicht vergleichbar.
Unabhängig von der Beschaffenheit des Kontakts baut sich eine Kraft F gen