Eingangsbereiche mit glatten, meist unprofilierten Belägen stellen vor allem bei eingetragener, kaum wahrnehmbarer Nässe einen Unfallschwerpunkt dar. Die Verwendung rutschhemmender und das Unfallrisiko mindernder Bodenbeläge ist besonders hier sowohl aus bautechnischer Sicht als auch für Versicherer von großer Bedeutung.
Das aktuelle Vorschriften- und Regelwerk BGR 181 verlangt für diese Bereiche die Rutschhemmungsklasse R9. Dennoch kommt es auf unprofilierten Belägen dieser Rutschsicherheitsklasse zu Sturzunfällen. Die Prüfung mit einigen mobilen Gleitreibungsmessgeräten erbringt auf diesen Böden bei Nässe unrealistische Reibwerte. Auch stellen sich diese Prüfgeräte und -verfahren bei der Optimierung von rutschhemmenden Oberflächen als wenig zielführend heraus.
Im Rahmen eines von der Bauhaus-Universität Weimar in Zusammenarbeit mit der INNOWEP Mess- und Prüftechnik GmbH Würzburg durchgeführten Forschungsprojekts wurden unprofilierte Bodenbeläge (Fliesen, Feinsteinzeug, Naturstein, Betonwerkstein und Laminat) untersucht. Die Beläge wurden mit verschiedenen Verfahren zur Verbesserung der Rutschsicherheit nachbehandelt. Insgesamt wurden damit 27 Oberflächen aus den 5 verschiedenen Produktgruppen im Hinblick auf ihre rutschhemmenden Eigenschaften untersucht. Die wichtigsten Ergebnisse sind in diesem Text zusammengefasst.
Oberflächencharakteristik von Bodenbelägen und deren Rutschhemmung
A. Schnell, L. Goretzki, W. P. Weinhold
Einleitung
Eingangsbereiche mit glatten, meist unprofilierten Belägen stellen vor allem bei eingetragener, kaum wahrnehmbarer Nässe einen Unfallschwerpunkt dar. Die Verwendung rutschhemmender und das Unfallrisiko mindernder Bodenbeläge ist besonders hier sowohl aus bautechnischer Sicht als auch für Versicherer von großer Bedeutung.
Das aktuelle Vorschriften- und Regelwerk BGR 181 verlangt für diese Bereiche die Rutschhemmungsklasse R9. Dennoch kommt es auf unprofilierten Belägen dieser Rutschsicherheitsklasse zu Sturzunfällen. Die Prüfung mit einigen mobilen Gleitreibungsmessgeräten erbringt auf diesen Böden bei Nässe unrealistische Reibwerte. Auch stellen sich diese Prüfgeräte und -verfahren bei der Optimierung von rutschhemmenden Oberflächen als wenig zielführend heraus.
Die WTA beabsichtigt, eine Arbeitsgruppe zum Themengebiet Rutschsicherheit bzw. Rutschhemmung zu bilden.
Durchgeführte Untersuchungen
Im Rahmen eines kürzlich von der Bauhaus-Universität Weimar in Zusammenarbeit mit der INNOWEP Mess- und Prüftechnik GmbH Würzburg durchgeführten Forschungsprojekts wurden unprofilierte Bodenbeläge (Fliesen, Feinsteinzeug, Naturstein, Betonwerkstein und Laminat) untersucht. Die Beläge wurden mit verschiedenen Verfahren zur Verbesserung der Rutschsicherheit nachbehandelt. Insgesamt wurden damit 27 Oberflächen aus den 5 verschiedenen Produktgruppen im Hinblick auf ihre rutschhemmenden Eigenschaften untersucht.
Im ersten Schwerpunkt wurden die Oberflächen der Bodenbeläge und der Reibkörper hinsichtlich ihrer Makro- und Mikrotopografie, Rauheit und Werkstofflichkeit charakterisiert. Es fanden taktile Abtastungsverfahren, Messungen zum Verformungsverhalten sowie licht- und elektronenmikroskopische Methoden Anwendung. Im zweiten Schwerpunkt wurden vergleichende Untersuchungen mit unterschiedlichen Reibungsmessverfahren durchgeführt. Neben Messungen mit bekannten Verfahren wie Gleitreibungsmessgerät (GMG), Pendelgleiter beziehungsweise Slip Resistance Tester (SRT) und Abrollgleiter (ARG) wurde auch die Mikrotribologie der Bodenbeläge untersucht. Das Reibungsverhalten bei feuchter Oberfläche (Zwischenmedium Wasser) stand bei allen Untersuchungen im Vordergrund.
Ergebnisse
Korrelationen zwischen Reibungsmessungen und Rauheitskennwerten
Bei den Untersuchungen zu linearen Korrelationen der Ergebnisse der unterschiedlichen Reibungsmessungen zueinander sowie zum Rauheitskennwert Rz (DIN) wurden die Ergebnisse mit dem Reibpartner 4S-Gummi (für die Mikroreibung Silikon-Papillartaster) berücksichtigt. Der lineare Zusammenhang wird durch den Korrelationskoeffizient nach Pearson beschrieben. Ein Ergebnis von +1 bzw. -1 steht für einen vollständig positiven bzw. negativen Zusammenhang, wobei Korrelationskoeffizienten > 0,80 als gut zu bewerten sind.
Werden die Ergebnisse für alle Oberflächen in die Berechnung aufgenommen, ergeben sich zwischen den mit 4S-Gummi durchgeführten Reibungsmessungen Korrelationskoeffizienten von 0,49 bis 0,91. Vor allem die mittels GMG, Abroll- und Pendelgleiter gewonnenen Ergebnisse weisen hier einen guten linearen Zusammenhang auf. Korrelationen zur Mikroreibung bestehen dagegen nicht. Jedoch wurde ein geringer linearer Zusammenhang zwischen dem Rauheitskennwert Rz und den mittels Pendel- und Abrollgleiter ermittelten Ergebnissen festgestellt (Kor ≈ 0,6). Diese Verfahren arbeiten mit höheren Prüfgeschwindigkeiten und liefern bei den Bodenbelägen mit geringer Rautiefe sehr niedrige Reibungskoeffizienten, verursacht durch die dominierende Flüssigkeitsreibung. Dieser Sachverhalt erklärt auch die gute lineare Korrelation der Verfahren GMG, Abroll- und Pendelgleiter bei nasser Oberfläche.
Bei der Korrelationsfindung zeigte sich, dass die Ergebnisse offenbar von der Wahl der einbezogenen Bodenbeläge abhängen. Daher wurde der lineare Zusammenhang nicht nur bezogen auf alle Bodenbeläge untersucht, sondern auch auf Bodenbelagsarten mit vergleichbaren Topografien und Rauheitskenngrößen, beispielsweise die Gruppen Fliesen und Feinsteinzeug.
Werden lediglich die Ergebnisse der Fliesen in die Untersuchungen aufgenommen, ergeben sich geringe bis sehr gute Korrelationen innerhalb aller Reibungsmessungen, einschließlich der Mikroreibung. Ein linearer Zusammenhang zwischen der Rautiefe Rz und den ermittelten Reibwerten besteht dagegen nicht (Kor = -0,09 bis 0,26).
Das Ergebnis der Korrelationsrechnung für die Feinsteinzeug-Oberflächen unterscheidet sich von dem für die Fliesen erzielten Ergebnis in erster Linie durch geringere lineare Zusammenhänge beim Prüfverfahren Pendelgleiter. Mit dem Verfahren wurden an den glatten Oberflächen des Feinsteinzeugs sehr niedrige Reibwerte ermittelt. Der Grund liegt wiederum in verstärkt auftretender Flüssigkeitsreibung.
Die untersuchten Bodenbeläge unterscheiden sich bezüglich ihrer Rauhigkeit sehr deutlich voneinander. Deshalb wurde versucht, die untersuchten Bodenbeläge nach ihrer gemittelten Rautiefe Rz (DIN) zu unterteilen. Die Rautiefe dient damit als Parameter zur Einteilung der Bodenbeläge nach ihrer Oberflächenstruktur, nicht als Kennwert für die Rutschhemmung. Hierzu wurde die Korrelationsfindung auf Oberflächen mit Rautiefen Rz in definierten Bereichen eingeschränkt (Rz > oder < 5, 10, 15, 20 µm).
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abb. 1 Lineare Korrelationskoeffizienten bei unterschiedlichen Rz (Auszug)
Es wird deutlich, dass eine Einschränkung auf Bodenbelagsproben mit großen Rz (z.B. Rz > 10 bis > 20 µm) zu einer Erhöhung der Korrelationskoeffizienten der Reibungsmessungen mittels Tensor-SF, GMG und Abrollgleiter führt. Geringe bis gute Korrelationen der Reibungsmessungen werden hier auch zu den Mikroreibwerten und zur gemittelten Rautiefe Rz verzeichnet.
Wird die Korrelationsfindung auf Oberflächen mit kleinen Rz eingeschränkt, ergeben sich wesentlich geringere Korrelationskoeffizienten. Lediglich für Rz < 5 µm ist eine deutliche Verbesserung der linearen Zusammenhänge der mit herkömmlichen Verfahren ermittelten Reibwerte zu den Mikroreibwerten sowie der Ergebnisse der Tensor-SF-Messungen zu Abrollgleiter und Pendel erkennbar. Gleichzeitig fallen die Korrelationskoeffizienten zwischen GMG und ARG bzw. SRT hier deutlich ab. Diese
Ergebnisse lassen die Schlussfolgerung zu, dass bei den Oberflächen mit geringen Rautiefen die Mikroreibeigenschaften für die Rutschhemmung entscheidend sind. Aufgrund der durchgeführten Untersuchungen kann insgesamt nicht von einer linearen Abhängigkeit der Ergebnisse der Reibungsmessungen von Rz (DIN) bzw. von den Mikroreibeigenschaften gesprochen werden. Auch die Abhängigkeiten der Reibungsmessverfahren untereinander sind grundsätzlich nicht gegeben. Bei Einschränkung auf Oberflächen mit ähnlicher Topografie bzw. auf eine Bodenbelagsart erhöhen sich die Korrelationskoeffizienten, insbesondere der Zusammenhang zwischen Mikroreibung und den übrigen Reibungsmessungen.
Einfluss der Mikrotopografie auf die Rutschhemmung
Insbesondere im Fall der laserbehandelten, im Originalzustand jedoch sehr glatten Feinsteinzeug- und Granitoberflächen wird deutlich, dass die Rautiefe Rz (DIN) zur Beschreibung der Oberflächenstrukturmerkmale zur Bewertung der Rutschhemmung unzulänglich ist. Die mittels Laserstrukturierung geschaffenen Löcher sind zwar hinreichend tief, nehmen jedoch nur 20 Prozent der Gesamtfläche ein (Abbildung 2).
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abb. 2 Topografie des Feinsteinzeugs B034-Laser
Damit gleitet der Schuh bzw. Reibkörper zum großen Teil auf der Originaloberfläche und die Rutschhemmung wird nur in geringem Umfang verbessert. Die Wirkung der Vertiefungen als Verdrängungsraum ist marginal, obwohl durch die Lochtiefe ein gutes Verdrängungsvolumen geboten wird.
Ebenso reicht eine wellige, leicht strukturierte Oberfläche, wie sie bei der Originalfliese B032 vorliegt, nicht automatisch für eine gute Rutschhemmung aus. Die im Gegensatz zur Fliese B031 fehlenden spitzen Profilerhebungen (Abb. 3) führen hier zu vergleichsweise geringeren Reibwerten bei größerer mittlerer Rautiefe. Die Untersuchungsergebnisse belegen, dass sich Profilerhebungen mit einem geringen Flächenanteil bezogen auf die Gesamtfläche (= „spitz“) positiv auf die Rutschsicherheit der Bodenbeläge auswirken. Diese sollten in hinreichender Anzahl relativ gleichmäßig auf der Oberfläche verteilt und idealer weise spitz zulaufend ausgeprägt sein. Ein Beispiel hierfür bietet das Oberflächenprofil des nanokompositbeschichteten Terrazzobelags.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abb. 3 Topografie der unbehandelten Fliese B032 (links) und B031 (rechts)
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abb. 4 Topografie 4S-Gummi vor und nach der Benutzung
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- Arbeit zitieren
- Dipl.-Ing. Alexander Schnell (Autor:in), L. Goretzki (Autor:in), W .P. Weinhold (Autor:in), 2007, Oberflächencharakteristik von Bodenbelägen und deren Rutschhemmung, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/93403
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