Mechanische und elektrische Kontakte in der Kontaktmechanik

Der Begriff Kontakt bezeichnet in der Werkstofftechnik die mechanische und/oder elektrische Berührung zweier Körper, typischerweise fester Phasen. Zentral ist die Unterscheidung zwischen nominaler und realer Kontaktfläche: Aufgrund der Rauheit berühren sich Festkörper nur an diskreten Asperitäten. Der reale Kontaktbereich ist deshalb meist um Größenordnungen kleiner als die scheinbare (geometrische) Kontaktfläche. Dies bestimmt lokale Spannungen, Reibung, Verschleiß und elektrischen Widerstand.

In der Kontaktmechanik werden die Spannungs- und Dehnungsfelder im Kontakt beschrieben. Für elastische, glatte Körper liefert das Hertz-Kontaktmodell geschlossene Lösungen, etwa für Punkt- und Linienkontakte in Wälzkontakten (z. B. Lager, Zahnradflanken). Realtechnische Kontakte weichen jedoch häufig hiervon ab: Rauheit, Plastifizierung, Schmierung sowie Roll-Gleit-Bedingungen führen zu komplexen Kontaktbedingungen mit Mischreibung und Schädigungsmechanismen wie Pitting oder Micropitting.

Elektrische Kontakte verbinden leitfähige Werkstoffe zur Stromübertragung. Der reale Kontaktbereich und die Verengungswiderstände (Constriction Resistance) an den Asperitäten bestimmen den Übergangswiderstand. Ohmsche Kontakte streben einen linear-ohmschen Zusammenhang zwischen Strom und Spannung an; Oxidschichten, Verschmutzung oder mechanische Relaxation können zu instationären oder nichtlinearen Kennlinien führen. Kontakttechnik adressiert hierzu Werkstoffwahl (z. B. Cu-, Ag-, Au-Legierungen), Oberflächenmodifikation und Kontaktgeometrie.

Bei Roll- und Wälzkontakten (z. B. Reifen-Straßen-Kontakt) ist neben der lokalen Kontaktmechanik die makroskopische Lastverteilung und Kinematik relevant. Hier bestimmen Rauheit, Gummiviskoelastizität und Schmierfilme (Wasser, Öl) den Haft- und Gleitanteil im Kontakt, mit Konsequenzen für Traktion, Energieverlust und Lebensdauer.

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