Ziel der Entwicklung
In den letzten Jahren sind die Anforderungen an Formteiloberflächen deutlich gestiegen. Neben ästhetischen Forderungen werden zunehmend Funktionen integriert, zu denen Kratz- und Verschleißschutz oder haptische Eigenschaften gehören. Daraus ergibt sich, dass die Qualität der Formteiloberfläche einen erheblichen Einfluss auf die späteren Anwendungsbereiche hat. Hierbei verursachen Oberflächenfehler und unzureichend geschützte Oberflächen erhebliche Qualitätskosten. Aus den Beanspruchungsarten von Oberflächen resultiert eine Vielzahl unterschiedlicher Verfahren, mit denen im Laborversuch die verschiedenen in der Praxis vorkommenden Beanspruchungen der Kunststoffoberfläche nachgestellt werden. Die Prüfverfahren reichen von milder mechanischer Beanspruchung gegenüber Reibpartnern bis hin zur mechanischen Verletzung der Oberfläche durch Kratzen mit scharfkantigen Eindringkörpern. Viele der verwendeten Verfahren sind auf der Basis von planen Oberflächen entwickelt worden, die den heutigen oft gekrümmten Kunststoffoberflächen nicht gerecht werden. Aus diesen Anforderungen heraus ergab sich die Motivation des Vorhabens bestehend in der Entwicklung und Realisierung eines Kombinationsprüfverfahrens gekoppelt mit einem entsprechenden Versuchsaufbau zur Charakterisierung von Kunststoffoberflächen unter dem Gesichtspunkt der Gebrauchsbeanspruchung durch den Menschen.
Im Projekt wurde in Zusammenarbeit mit dem FuE-Partner emtec Electronic GmbH ein Versuchsstand konzipiert und realisiert, der die verschiedensten Beanspruchungsarten für Kunststoffoberflächen, wie Ritzen, Kratzen oder Reiben, unter reproduzierbaren Bedingungen vereint.
Der Kombinations-Prüfstand basiert auf einer Flachbetteinheit, in der alle Einzelkomponenten untergebracht sind. Auf einer Fläche von 250 x 250 mm² sind Bewegungen in x-y-z-Richtung möglich. Damit können Untersuchungen an leicht gekrümmten Oberflächen durchgeführt werden. Über einen drehbaren Probentisch wurde die Erzeugung von Kratzgittern invariierbaren Winkeleinstellungen realisiert. Eine integrierte Schlauchpumpe erlaubt eine Medienzufuhr zur Befeuchtung von Prüfgewebe. Die fest an der Kraftaufbringungseinheit montierte Werkzeugaufnahme wurde im Aufnahmekopf flexibel gestaltet. Dadurch ist ein schneller und einfacher Wechsel der verschiedensten Kratz- und Reibwerk-zeuge möglich.
Zum System wurde eine funktionale Software entwickelt, die mittels Touchscreen-Panel programmiert wird. Zur Auswahl stehen verschiedene aktuelle Prüfverfahren aus der DIN-Normung und aus dem Automobilbereich. Über entsprechende Untermenüpunkte können die einzelnen Verfahrensparameter, wie Andrückkraft, Reibweg oder Kratzabstand hinterlegt werden. Es konnte gezeigt werden, dass mit dem entwickelten Kombinations-Prüfstand reproduzierbare Abrieb-, Kratzbilder und Gitterschnitte erzeugt werden können. Gerade bei kleineren Proben, wie Tasten, wurden die Vorteile des entwickelten Versuchsstandes deutlich.
Hier konnten auf der Oberfläche gleichmäßige Kratzgitter erzeugt werden,was mit einer Handprüfung nicht möglich ist.
Vorteile und Lösungen
- Objektive Bewertung der Gebrauchseigenschaften von Kunststoffoberflächen
- Vertiefung des Aussagegehalts der entsprechenden Untersuchungen zur werkstoff- und verfahrensorientierten Optimierung von Kunststoffoberflächen
- Vermeidung von Entwicklungs- und Produktionsfehlern oberflächenbeanspruchter Kunststoffteile
Zielgruppe und Zielmarkt
Der entwickelte Versuchsstand wurde bereits erfolgreich für Industrieaufträge eingesetzt. Künftige Aktivitäten werden sich auf die weitere Optimierung des Versuchsstandes konzentrieren. Hierzu gehört die Realisierung von kleinen Kräften unter 10 N, wie sie bei Schmissbeständigkeitsprüfungen notwendig sind. Weiterhin soll eine Anpassung der Steuerung und die Erweiterung der Versuchs-parameter erfolgen, um einen noch felxibleren Einsatz des Versuchsstandes auch in
weiteren Industriebereichen zu ermöglichen.