Materialpaarprüfung

Materialpaarungen kommen in allen Bereichen des täglichen Lebens vor und zeichnen sich dadurch aus, dass die Materialien in direktem Kontakt zueinander stehen und eine entsprechende Kraft aufeinander ausüben. Wenn sie jetzt noch eine Relativ-Bewegung durch Schwingungen, Vibration oder Verschiebung zueinander ausüben, entsteht Reibung zwischen ihnen.

Dieser Effekt gehört zur Wissenschaft der Tibologie. Die Reibung ist temperatur-, geschwindigkeits- und druckabhängig und auch abhängig von der Material- und Oberflächenbeschaffenheit. Damit sind auch die Grundvoraussetzungen für Stick-Slip erfüllt, und dies kann zu Störgeräuschen und/oder Funktionsstörungen führen. Diese Effekte durch Störgeräusche mindern in jedem Fall die subjektive Qualität eines Produktes.

Produktentwickler stehen nicht nur vor der Herausforderung, die Zweckmäßigkeit, Bedienungsfreundlichkeit, Produktsicherheit und Kosten zu berücksichtigen. Es ist heute auch sehr wichtig, die subjektiv empfundene Qualität bei der Herstellung von Produkten zu beachten. Sie wird beeinflusst durch das Berührempfinden (Haptik) und auch davon, ob ein Produkt Knistergeräusche, Knarzgeräusche oder sonstige Störgeräusche von sich gibt, deren Ursache inkompatible Materialpaarungen sind. Hierbei ist es wichtig, Materialien, die potentiell in Kontakt treten können und noch ein hohes Stick-Slip-Risiko haben, entweder voneinander zu entkoppeln oder die Relativbewegung zu eliminieren.

In zahlreichen Fällen ist dies nicht möglich. Daher ist es wichtig, Materialpaarungen zu wählen, die unkritisch sind, also unter keinen Bedingungen Stick-Slip aufweisen. Hierzu haben wir eine Materialdatenbank entwickelt, die es den Entwicklern ermöglicht, Materialpaarungen im Vorfeld zu selektieren, die unkritisch zueinander sind. Die Informationen in der Datenbank basieren auf Messdaten, die mit dem ZIEGLER-Stick-Slip-Prüfstand unter realen klimatischen und mechanischen Bedingungen erfasst wurden. Die Datenbank enthält Informationen über Prüftemperatur, Luftfeuchtigkeit, Anpresskraft und Relativgeschwindigkeit sowie Oberflächenstruktur, Oberflächenbeschichtung und Oberflächenbehandlung. Da dies eine Vorselektion darstellt, sollte man, um sicher zu sein, die Materialien einer Materialpaarprüfung zwecks Stick-Slip-Verhalten unterziehen.

Das Auftreten von Stick-Slip-Phänomenen beim Einsatz bestimmter Materialien lässt sich entweder auf Kontaktstellen mit inkompatiblen Materialkombinationen oder auf den Einfluss von Drittstoffen zurückführen. Unser Testinstitut kann mit seinen Stick-Slip-Prüfständen SSP-04 und H3P Vorhersagen auf mögliche Stick-Slip-Effekte und die damit verbundenen Knarzprobleme treffen.

Die Durchführungen von Stick-Slip-Messungen liefern Hinweise auf kritische Materialkombinationen und den Einfluss von Drittstoffen, die die objektive Qualität des Produktes durch Abrieb und Verschleiß schmälern. Daher ist die von uns entwickelte Prüfung der Lebensdauer von großer Bedeutung. Hierbei handelt es sich um eine Prüfung, die auf der Basis realer Straßenprofile entwickelt wurde.

Wir sind darauf spezialisiert, problemorientierte Stick-Slip-Prüfungen als Dienstleistung durchzuführen. Aufgrund unserer 25-jährigen Erfahrung bei der Vermeidung und Reduktion von Störgeräuschen können wir reale Probleme aus dem Feld durch individuelle Prüfabläufe ins Labor übertragen und dadurch reproduzierbar machen. Das sind die Grundvoraussetzungen zur Erforschung der Kernursache und der späteren Lösungsfindung.

Auf dieser Basis ergeben sich häufig neue Erkenntnisse über Materialien, die wir dann zu neuen Prüfmethoden weiterentwickeln. Diese fließen wiederum in die Entwicklung neuer Prüftechnologien.

Das Ziel des oben genannten KOREMA-Prüfstands, der sich durch sein extrem niedriges Arbeitsgeräusch auszeichnet, sind Geräuschuntersuchungen an Textilien. Unter realistischen Bewegungsprofilen messen wir mit hochempfindlichen Messmikrofonen die Reibgeräusche und werten diese nach ihrem Störgrad aus.

Als berührhaptische Wahrnehmung bezeichnet man das Empfinden durch Berühren von Materialien und Oberflächen. Erfasste Eigenschaften sind u. a. Oberflächentextur, Nachgiebigkeit, Temperatur, Wärmeleitfähigkeit usw. einer Oberfläche.

Als Haptik werden sowohl die Lehre haptischer Wahrnehmungen bezeichnet als auch die haptisch wahrnehmbaren Objekteigenschaften, z. B. als ein Aspekt der Ergonomie.

Davon ausgehend, dass unser Tastsinn, also die Haptik, uns maßgeblich bei der Kaufentscheidung beeinflusst, war unsere Forschung bereits seit vielen Jahren darauf ausgerichtet, einen objektivierbaren haptischen Fingerabdruck messbar zu machen. Uns ist es gelungen, die berührhaptischen Empfindungen auf klar definierte physikalische Eigenschaften herunterzubrechen.

Dies sind:

• Makro-Rauheit (sichtbare Oberflächenstrukturen)
• Mikro-Rauheit (nicht sichtbare Oberflächenstrukturen)
• Berührtemperatur
• Härte/Weichheit
• Ruck-Gleiten (Stick-Slip)
• Rutschigkeit

Um jede physikalische Eigenschaft auch sprachlich eindeutig zu definieren, haben wir diese verschlagwortet und mit Deskriptoren benannt. Hier haben wir uns der Senso-Tact-Skala bedient, die jeden Descriptor auf einer Skala von 1 bis 100 bewertet. Jede gemessene Eigenschaft wurde hierzu mit dieser Skala in Korrelation gebracht.

Bei der Berührtemperatur beispielsweise weist die Skala für Alumium eine 100 auf, da sich dieses Element bei Berührung sehr kalt anfühlt. Styropor hingegen haben wir mit einer 1 bewertet, da es sich sehr warm anfühlt.

Wir bieten die messtechnische Erfassung des berührhaptischen Fingerabdrucks auf Basis der o. g. physikalischen Eigenschaften von fast allen festen Materialien an. Mit Hilfe dieses haptischen Fingerabdrucks ist es uns möglich, Materialien und Oberflächen miteinander zu vergleichen, z. B. mit einer Referenz.

In unserem Physik-Labor können wir nahezu an allen Materialien des täglichen Lebens den berührhaptischen Fingerabdruck objektiv bestimmen.

Dies sind z. B.:

• Leder und Kunstleder
• Verpackungsmaterialien
• Kunststoffe
• Softtouch-Beschichtungen auf Kunstoffen sowie Leder und Kunstleder
• Cooltouch-Beschichtungen auf Kunstoffen
• Papier
• Alcantara
• Metallbleche lackiert und unlackiert