Prüfung der Rutschhemmung von Bodenbelägen vor Ort

Rutschunfälle
Thomas Götte und
André Heisig
Prüfung der
Rutschhemmung
von Bodenbelägen
vor Ort
Das Gleitmeßgerät GMG 100
Jährlich werden den Berufsgenossenschaften
ca. 250.000 Stolper-,
Rutsch- und Sturzunfälle (SRS-
Unfälle) gemeldet [1]. Das bedeutet,
jeder sechste Arbeitsunfall erfolgt
durch Stolpern, Ausrutschen oder
Stürzen. Je nach Wirtschaftszweig
beträgt der Anteil der SRS-Unfälle,
die durch Ausrutschen verursacht
werden, bis zu 60 %. Neben den
ernsten Folgen für die Betroffenen
entstehen sowohl dem Betrieb als
auch den Berufsgenossenschaften
als Träger der gesetzlichen Unfallversicherung
beträchtliche Kosten.
Im Bereich der Fleischerei-Berufsgenossenschaft
sind dies jährlich
bei ca. 3.000 Verletzten und 200
neuen Renten Kosten in Höhe von
10 Mio. DM [2]. Eine Ursache für
Unfälle durch Ausrutschen ist häufig
die unzureichende, nicht an den
Betriebsbedingungen orientierte
Rutschhemmung der Bodenbeläge.
Unser Beitrag beschreibt ein neues
Meßgerät, mit dem die Rutschhemmung
von verlegten Bodenbelägen
vor Ort unter den gegebenen
Betriebsbedingungen geprüft
werden kann.
Bodenbeläge, die in Arbeitsräumen und
Arbeitsbereichen mit Rutschgefahr eingesetzt
werden sollen, müssen nach
DIN 51130 [3] und BGR 181 (früher:
ZH1/571) [4] geprüft und bewertet
werden. Als Prüfmethode dient das
Begehungsverfahren auf der „Schiefen
Ebene“ (Bild 1). Die Ebene mit dem Prüfbelag
wird solange geneigt, bis der
Gang des Prüfers in Gleiten übergeht.
Der Neigungswinkel wird gemessen.
Entspricht das Prüfergebnis einer Bewertungsgruppe
der BGR 181, so kann mit
ihr die Zuordnung zu möglichen Einsatzgebieten
bzw. Arbeitsplätzen erfolgen,
die ebenfalls in der BGR 181 beschrieben
werden.
Das Begehungsverfahren ist eine reine
Labor-Prüfmethode zur Bewertung von
Baumustern. Die Baumusterprüfung hat
als präventive Maßnahme zur Reduzierung
von Rutschunfällen einen hohen
Stellenwert, da Planung und richtige
Auswahl ohne sie nicht möglich wären,
sie läßt aber keine Aussage über die
Rutschsicherheit des verlegten und
benutzten Bodens zu. Falscher Einbau,
unsachgemäße Pflege oder die Alterung,
Abnutzung und Verschmutzung
sind oftmals die Auslöser von Rutschunfällen.
Um hier geeignete Korrektur- und Präventionsmaßnahmen
durchführen zu können,
ist es erforderlich, die rutschhemmenden
Eigenschaften von verlegten
Bodenbelägen vor Ort zu ermitteln.
Ausgangslage
Eine Literaturrecherche über die Meßtechnik
der Rutschhemmung [5] ergab,
daß weltweit ca. 70 Meßverfahren für
Labor- und Vor-Ort-Messungen von Bodenbelägen
existieren. Die Meßgeräte,
die zur instationären (In Situ) Vor-Ort-
Messung von Bodenbelägen bestimmt
sind, unterscheiden sich häufig im
Meßprinzip oder in ihrem Aufbau und
ihrer Funktionsweise. Einige In-Situ-Meß-
Bild 1: Prüfung der Rutschhemmung auf der
„Schiefen Ebene“
geräte, die die von der Oberfläche des
Bodenbelags abhängige Gleitreibung
als Maß für die Rutschhemmung messen,
sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Untersuchungen der Bergischen Universität
Wuppertal [6] und des Berufgenossenschaftlichen
Institut für Arbeitssicherheit
– BIA [7] zeigten, daß bei diesen
Meßgeräten Vorteile wie auch Nachteile
in der Validität und Reabilität der
Meßergebnisse oder in der Handhabung
bestanden.
Ein häufig eingesetztes Gerät ist das
„Schuster-Zugtribometer“. Das Gerät bedient
sich des Coulomb´schen Prinzips
(Physik des gezogenen Körpers). Ein
Gleitkörper wird mit Hilfe einer Federwaage
vom Prüfer über den Bodenbelag
gezogen. Der Gleitreibungskoeffizient
µ wird auf der Federwaage angezeigt.
Jedoch sind die Fehler, die durch
die manuelle Handhabung (Schiefzug,
ungleichförmiger Zug des Prüfers) auf-
Bild 2: Prinzipskizze
des Gleitmeßgerätes
GMG 100
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treten zu groß, um von einer ausreichenden
Reproduzierbarkeit oder der
Vergleichbarkeit von Wiederholungsmessungen
sprechen zu können.
Das Prinzip des „Schuster-Zugtribometer“
in eine automatisierte Meßtechnik
umzusetzen, um so Fehlerquellen
zu minimieren, bildete für das
BIA die Ausgangslage bei der Entwicklung
des Gleitmeßgerätes GMG 100
(Bild 2).
Meßprinzip
Das GMG 100 bedient sich ebenfalls
der Physik des gezogenen Körpers. Die
von der Oberfläche des Bodens abhängige
Gleitreibung wird in Form des
Gleitreibungskoeffizienten µ als Maß für
die Rutschhemmung gemessen:
µ = FR / FG (FR = Zugkraft)
(FG = Gewichtskraft des Gleitkörpers)
Bei der Entwicklung des GMG 100 wurden
die Erkenntnisse der Universität
Wuppertal aus den Untersuchungen über
instationäre Gleitmeßgeräte berücksichtigt
(Tabelle 2).
Gerätespezifikationen
Der geschwindigkeitskonstante Zug
(v = 0,22m/s � 0,01m/s) des Gleitkörpers
– das A und O für die Genauigkeit
und Validität der Messung – wird durch
eine Mikroprozessor gesteuerte Schrittmotor-Getriebe-Kombination
garantiert.
Der Gleitkörper ist mit auswechselbaren
Gleitkufen als Reibpartner zum Boden
versehen (Bild 2). Je nach Anwendungsfall
(häufig benutztes Sohlenmaterial am
Arbeitsplatz) können die Kufen mit
Gleitermaterialien aus Gummi, PVC
oder anderen Materialien wie Leder
oder PUR bestückt werden.
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Tabelle 1: In-Situ-Meßgeräte zur Bestimmung der Gleitreibung
Rutschunfälle
Meßgerät Gleit- Normalkraft Flächen- Gleiter- Kontaktgeschwindigkeit
pressung material fläche
[m/s] [N] [N/cm²] [cm²]
British Portable
Tester
2,8 25 11 Gummi 2,25
Schuster 0 – 0,5 40 1 – 4 Leder 10 – 40
Zugtribometer Gummi
Tortus Floor 0,017 2 3 Sohlen- 0,64
Friction Tester material
FSC 2000 0 – 0,08 24 6 Leder
Gummi
PUR
4
Tabelle 2: Parameter eines instationären Gleitmeßgerätes
Anforderung der UNI Wuppertal Umsetzung im GMG 100
möglichst große Flächenpressung bei Flächenpressung p = 9 ± 1 N/cm²
möglichst großer Gleiterfläche Gleiterfläche A > 5 cm² bei mind. 2 Gleiterkufen
möglichst hohe Gleitgeschwindigkeit Gleitgeschwindigkeit v = 0,22 m/s
konstante Gleitgeschwindigkeit Geschwindigkeitskonstanz = ± 0,01 m/s
unprofilierte Gleitermaterialien, die den genormtes Gummi und PVC Material
Anforderungen an Referenzmaterialien
gerecht werden
standardisierte Meßbedingungen Meßbedingungen gemäß E DIN 51131
automatischer Meßablauf computerunterstützte Messung
Messung längerer Strecken Meßlänge auf dem Bodenbelag bis zu 2 m
Tabelle 3: Meßfehler der Gerätespezifikation GMG 100 M
Komponente Fehlerart ± % v. Meßwert ± % v. Endwert
Kraftsensor Grundfehler 0,600
Nullpunkt 0,300
Kennwert 0,450
DMS-Verstärker Brückenspeisung 0,100
Linearität 0,005
Verstärkung 0,001
A/D-Wandler Grundfehler 0,030
Linearität 0,025
Verstärkung 0,030
Gleitkörper Masse 0,100
Erdbeschleunigung lokaler Wert 2,000
Schiefzug vertikal 0,005 1,000
horizontal 0,005
Summe Gesamtfehler 2,695 1,956
minus Schiefzug
gerundet
2,685 0,956
2,7 1,0
Meßfehler: < ± (2,7 % vom Mittelwert + 1 % vom Endwert ) [9]
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Bild 3: Meßkurve des GMG 100
Ein Laserpointer kontrolliert den geradlinigen
Zug des Gleitkörpers während
des Meßvorganges, um einen möglichen
Schiefzug zu erkennen. Eine Kraftmeßzelle
mißt die auftretende Zugkraft
FR, die benötigt wird, um den Gleitkörper
mit der Gewichtskraft FG zu ziehen.
Die Zugkraft und die Gewichtskraft
des Gleitkörpers werden über die Rechnereinheit
ins Verhältnis gesetzt und als
Gleitreibungskoeffizient µ angezeigt.
Pro Zentimeter Meßstrecke werden 10
Meßwerte aufgenommen. Ein Display
ermöglicht die graphische Darstellung
der Meßwerte als Meßkurve (Bild 3).
Die Ausgrenzung von Fehlmeßdaten
– verursacht z.B. durch Anzugsmomente –
oder die genauere Betrachtung von Kurvenabschnitten
kann über das Tastenfeld
durch Verschieben von Cursorbalken
vorgenommen werden. Bei der Mobilausführung
des GMG 100, dem GMG
100 M (Bild 4) können die Daten der
Meßkurve gespeichert und via serielle
Schnittstelle an ein Computersystem mit
Standardsoftware zur Weiterverarbeitung
übertragen werden.
Fehlerbetrachtung
In die Fehlerbetrachtung sind alle elektronischen
und mechanischen Komponenten
(Getriebeschlupf, Kraftsensor,
DMS-Verstärker, A/D-Wandler etc.) der
Kraftmeßstrecke einzubeziehen. Durch
Temperaturschwankungen, Änderungen
der Luftfeuchtigkeit oder durch die
Eigentoleranzen der Bauteile selbst
kann der Meßwert variieren. Weiterhin
müssen die Fehler eines möglichen
Schiefzuges des Gleitkörpers im Rahmen
der Hochbautoleranzen DIN 18202 [8]
berücksichtigt werden. Der Schiefzug
kann eine Hubarbeit bzw. eine Hangabtriebskraft
zur Folge haben und damit
die Messung des Gleitreibungskoeffizi-
Bild 4: Gleitmeßgerät GMG 100 M (M = mobil)
enten in einem nicht spezifizierbaren
Maße beeinflussen. Weiterhin muß die
geographisch unterschiedliche Gravitationskraft
der Erde in die Fehlerbetrachtung
einbezogen werden.
Der Meßfehler der Gerätespezifikation
GMG 100 M bei der Messung des
Gleitreibungskoeffizienten setzt sich aus
den in Tabelle 3 zusammengestellten
Werten zusammen.
Vergleichsuntersuchungen
Vergleich „Schiefe Ebene“ mit „GMG
100 M“
Um festzustellen, inwieweit die Bestimmung
des Neigungswinkels nach DIN
51130 mit der Bestimmung des Gleitreibungskoeffizienten
vergleichbar ist,
wurden verschiedene Bodenbeläge mit
beiden Prüfmethoden gemessen. Der
Neigungswinkel α wurde über die Beziehung
µ = tan α in einen Gleitreibungskoeffizienten
µ α umgerechnet und dem
mit dem GMG 100 gemessenen Gleitreibungskoeffizienten
µ GMG gegenübergestellt
(Bild 5). Eine signifikante Korrelation
(r = 0,766) zwischen den beiden
Prüfverfahren ist nicht gegeben. Die
geringe Korrelation ist auf die unterschiedliche
Prüfmethode beider Verfahren
zurückzuführen.
Bei der Prüfung nach DIN 51130 wird
Öl als Zwischenmedium zwischen Prüfschuh
und Bodenbelag benutzt, um die
Auflösung bzw. die Genauigkeit des
Verfahrens zu verbessern. Die Messung
des Gleitreibungskoeffizienten kann jedoch
nur mit entspanntem Wasser als
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Zwischenmedium durchgeführt werden,
um den Boden vor Ort nicht mit Öl
zu verschmutzen. Da Öl hinsichtlich
der Gleiteigenschaften das kritischere
Zwischenmedium ist, liegen die Werte
von µ α auch weitgehend unter denen
von µ GMG. Weiterhin ist der Bewegungsablauf
beim Begehen auf der „Schiefen
Ebene“ nicht mit dem konstanten gleichförmigen
Zug des Gleitkörpers bei der
Messung des Gleitreibungskoeffizienten
zu vergleichen. Beim Begehungsverfahren
überlagern sich oftmals Haft- und
Gleitreibung. Fazit der Korrelationsanalyse
ist, daß ein Vergleich von Neigungswinkeln
mit Gleitreibungskoeffizienten
und demzufolge auch die Zuordnung
von Bewertungsgruppen der BGR
181 zu Gleitreibungskoeffizienten nicht
uneingeschränkt möglich ist.
Plausibiltäts- und Vergleichsmessungen
zweier instationärer Meßgeräte
Untersuchungen zur Validität der Meßergebnisse
des GMG 100 wurden im
Rahmen des DIN-Normenausschusses
„Materialprüfung“ (NMP 882), Berlin,
durchgeführt. Hierzu dienten Vergleichsmessungen
mit einem Meßgerät des
Österreichischen Textilforschungs-Institutes
(ÖTI) mit gleichem Meßprinzip. Im
Unterschied zum GMG 100 wurde bei
der Entwicklung des ÖTI-Meßgrätes vorrangig
Wert auf eine möglichst kostengünstige
Geräteausführung gelegt. So
wurde beispielsweise anstelle eines
Mikroprozessor gesteuerten Schrittmotors
ein Bohrmaschinenmotor zum
Ziehen des Gleitkörpers eingesetzt.
Bild 6: Vergleich Gleitmeßgerät ÖTI mit GMG
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Für die Vergleichsuntersuchung wurden
verschiedene Bodenbelagsarten mit
ebener Oberfläche (Elastomer-Beläge,
keramische Fliesen, Stahlböden, Parkett
und Naturwerksteine) ausgewählt. Um
aus den Vergleichsuntersuchungen auch
Rückschlüsse über die Plausibilität des
Meßverfahrens ziehen zu können, wurden
die Bodenbeläge durch zehn
Experten des NMP 882 subjektiv in ihrer
Rutschhemmung beurteilt. Die Beurtei-
Bild 5: Korrelation der Gleitreibungskoeffizienten
Rutschunfälle
lung diente dann zur Aufstellung einer
Rangfolge von „glatt“ bis „gut rutschhemmend“.
In Bild 6 sind die Meßergebnisse
der Geräte der Rangfolge
gegenübergestellt.
Die Abweichungen in den Meßwerten
sind vor dem Hintergrund der unterschiedlichen
technischen Qualität beider
Geräte als relativ gering anzusehen;
zumal das Gerät 1 tendenziell niedri-
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Rutschunfälle
gere Werte mißt. Signifikant ist jedoch,
daß beide Geräte der subjektiven Beurteilung
durch die Experten folgen. Die
Grenzbereiche „zu glatt“, „ausreichend
rutschhemmend“ und „gute Rutschhemmung“
werden bestätigt. Lediglich bei
zwei Bodenbelagsarten (Polypropylen
und Laminat) ist eine Übereinstimmung
nicht gegeben.
Praktische Erfahrungen
Das Meßgerät GMG 100 M wurde im
Rahmen des Kooperationsprojektes
„Stolper-, Rutsch- und Sturzunfälle in Betrieben
der Fleischerei-Berufsgenossenschaft“
intensiv erprobt. Unter Betriebsbedingungen,
d. h. Kontamination des
Fußbodens von trocken/staubig bis
fettig/naß, wurden Bodenbeläge aller
Bewertungsgruppen mit den GMG
100 M gemessen (Bild 7). Als Bewertungsgrundlage
dienten die Wuppertaler
Sicherheitsgrenzwerte (Tabelle 4).
Parallel zu den Messungen erfolgte eine
subjektive Beurteilung der Fußböden
durch den Prüfer.
Die Vor-Ort-Messungen zeigten, daß
sich die nach den Wuppertaler Sicherheitsgrenzwerten
differenzierten Bewer-
tungen mit den subjektiven Beurteilungen
deckten. Zudem spiegelten die
Meßergebnisse das Unfallgeschehen in
den Betrieben exakt wieder. Besonders
auffällig war, daß dort, wo Boden-
Bild 7: Vor-Ort-Messung in einem fleischverarbeitenden
Betrieb
Tabelle 4: Wuppertaler Kennwerte für Gleitsicherheit
(auch: Wuppertaler Sicherheitsgrenzwerte)
µ Bewertung Zeichen
< 0,21 sehr unsicher - -
0,22 – 0,29 unsicher -
0,30 – 0,42 bedingt sicher o
0,43 – 0,63 sicher +
> 0,64 sehr sicher ++
beläge nach Maßgabe der BGR 181
verlegt wurden, „Sicheres Gehen“ gewährleistet
ist.
Umsetzung und Ausblick
Die Entwicklung des GMG 100 führte
zu einer Neubelebung der Normung.
So wurde das Meßverfahren in den
deutschen Normentwurf E DIN 51131
[10] sowie in ein Arbeitspapier des
europäischen CEN/TC 134 [11] umgesetzt.
Die Normung zielt dabei ausdrücklich
nicht auf die Standardisierung
des eigentlichen Meßgerätes ab, sondern
auf das Meßverfahren mit den entsprechenden
physikalischen Parametern.
Wichtig ist, daß verschiedene Entwicklungen
von Meßgeräten und Verbesserungen
auch zukünftig möglich
670 NOVEMBER 1999

Prävention
Rehabilitation
Entschädigung
… die Richtung
muss stimmen
Berufsgenossenschaften beraten!
sind, ohne daß Bewertungsgrößen
geändert werden müssen.
Das Anwendungsgebiet der Messung
des Gleitreibungskoeffizienten wird sich
vorerst auf die Prüfung glatter und
ebener bzw. gering profilierter Bodenbeläge
mit einem Verdrängungsraum
V < 4 cm³/dm² beschränken. Bei Bodenbelägen
mit symmetrischer und ausgeprägter
Profilierung kann die ebene
Reibfläche des Gleitkörpers häufig nur
die Spitzen der Profilierung erfassen.
Die Beurteilung der rutschhemmenden
Wirkung eines profilierten Belags erfordert
aber auch die Messung der Griffestigkeit.
Dazu wäre eine ebenfalls profilierte
Reibfläche notwendig, deren
Umsetzung, wenn überhaupt machbar,
mit einem erheblichen Forschungs- und
Standardisierungsaufwand verbunden
sein dürfte.
Für profilierte Bodenbeläge wird deshalb
weiterhin die DIN 51130 Bestand
haben, da bei vielen Belagsarten (z. B.
Gitterroste) nur das Begehungsverfahren
eine praxisgerechte Beurteilung
ermöglicht.
Die zukünftige Koexistenz beider Prüfverfahren
würde auch dem Unfallgeschehen
Rechnung tragen. Die Mehrzahl
der Unfälle durch Ausrutschen ereignet
sich auf glatten Böden – häufig
ohne oder mit vernachlässigbarem Verdrängungsraum
– im Bereich der Bewertungsgruppen
R9 und R10. Bei der Prüfung
dieser Böden, insbesondere aus
der Bewertungsgruppe R9, stößt das
Begehungsverfahren an meßtechnische
Grenzen hinsichtlich Reproduzierbarkeit
und Auflösungsvermögen. Diese
Nachteile kann das Verfahren zur Be-
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stimmung des Gleitreibungskoeffizienten
ausgleichen. Das Meßverfahren eignet
sich deshalb nicht nur für Vor-Ort-
Messungen, sondern auch für Baumusterprüfungen
im Labor.
In beiden Fällen, bei der Baumusterprüfung
unter definierten Bedingungen und
bei der Vor-Ort-Messung unter den
gegebenen Betriebsbedingungen, muß
die Rutschhemmung des Bodenbelages
den Grenzwert für „sicheres Gehen“
erreichen.
Literatur
[1] Hauptverband der gewerblichen Berufsgenossenschaften,
Berufsgenossenschaftliche Zentrale für
Arbeitssicherheit – BGZ, Sankt Augustin
[2] Kooperationsprojekt „Stolper-, Sturz- und
Rutschunfälle in Betrieben der Fleischerei-BG“, Projekt
Nr. 0056, Berufsgenossenschaftliches Institut
für Arbeitssicherheit -BIA, Sankt Augustin, 1997
[3] DIN 51130 „Prüfung von Bodenbelägen,
Bestimmung der rutschhemmenden Eigenschaft,
Arbeitsräume und Arbeitsbereiche mit erhöhter
Rutschgefahr, Begehungsverfahren, Schiefe Ebene“
Beuth Verlag, Berlin, November 1992
[4] „Merkblatt für Fußböden in Arbeitsräumen und
Arbeitsbereichen mit Rutschgefahr“ (BGR 181,
früher ZH1/571), Fachausschuß „Bauliche Einrichtungen“
der BGZ, Hauptverband der gewerblichen
Berufsgenossenschaften, Sankt Augustin, Carl Heymanns
Verlag KG, Köln, aktualisierte Fassung
1998
[5] „Internationale Normen und Prüfeinrichtungen
zur Bestimmung der Rutschhemmung von Bodenbelägen
und Sohlenwerkstoffen“, Berufsgenossenschaftliches
Institut für Arbeitssicherheit – BIA, Sankt
Augustin, 1995
[6] Skiba et al. „Vergleichsuntersuchung zur instationären
Reibzahlmessung auf Fußböden“ Schriftenreihe
der Bundesanstalt für Arbeitsschutz, Forschungsbericht
Fb 701, Dortmund, 1994
[7] „Verfahren zur Bestimmung der Rutschhemmung
von verlegten Bodenbelägen vor Ort“, Projekt
Nr. 1050, Berufsgenossenschaftliches Institut für
Arbeitssicherheit – BIA, Sankt Augustin, 1995
[8] DIN 18202 „Toleranzen im Hochbau -Bauwerke-“
Beuth Verlag, Berlin, April 1997
[9] „Gleitmeßgerät GMG 100 M“, Kurzprojekt
F1/96.002, Berufsgenossenschaftliches Institut für
Arbeitssicherheit -BIA-, Sankt Augustin 1997
[10] E DIN 51131 „Prüfung von Bodenbelägen,
Bestimmung der rutschhemmenden Eigenschaft,
Verfahren zur Messung des Gleitreibungskoeffizienten“,
Beuth Verlag, Berlin, Juli 1999
[11] CEN/ TC 134 N 842 „Resilient, laminate and
textile floor coverings, Parameters for the measurement
of dynamic coefficient of friction on floor
surfaces“ 8th draft March 1999
Dipl. -Phys. Ing. Thomas Götte
Berufsgenossenschaft
für den Einzelhandel
Postfach 12 08
53002 Bonn
Dipl.-Ing. André Heisig
Berufsgenossenschaftliches Institut
für Arbeitssicherheit - BIA
53754 Sankt Augustin
Rutschunfälle
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