Prüfung der Rutschhemmung von Bodenbelägen vor Ort
Prüfung der Rutschhemmung von Bodenbelägen vor Ort Prüfung der Rutschhemmung von Bodenbelägen vor Ort
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. NOVEMBER 1999 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] 667
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 668 NOVEMBER 1999
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treten zu groß, um <strong>von</strong> einer ausreichenden<br />
Reproduzierbarkeit o<strong>der</strong> <strong>der</strong><br />
Vergleichbarkeit <strong>von</strong> Wie<strong>der</strong>holungsmessungen<br />
sprechen zu können.<br />
Das Prinzip des „Schuster-Zugtribometer“<br />
in eine automatisierte Meßtechnik<br />
umzusetzen, um so Fehlerquellen<br />
zu minimieren, bildete für das<br />
BIA die Ausgangslage bei <strong>der</strong> Entwicklung<br />
des Gleitmeßgerätes GMG 100<br />
(Bild 2).<br />
Meßprinzip<br />
Das GMG 100 bedient sich ebenfalls<br />
<strong>der</strong> Physik des gezogenen Körpers. Die<br />
<strong>von</strong> <strong>der</strong> Oberfläche des Bodens abhängige<br />
Gleitreibung wird in Form des<br />
Gleitreibungskoeffizienten µ als Maß für<br />
die <strong>Rutschhemmung</strong> gemessen:<br />
µ = FR / FG (FR = Zugkraft)<br />
(FG = Gewichtskraft des Gleitkörpers)<br />
Bei <strong>der</strong> Entwicklung des GMG 100 wurden<br />
die Erkenntnisse <strong>der</strong> Universität<br />
Wuppertal aus den Untersuchungen über<br />
instationäre Gleitmeßgeräte berücksichtigt<br />
(Tabelle 2).<br />
Gerätespezifikationen<br />
Der geschwindigkeitskonstante Zug<br />
(v = 0,22m/s � 0,01m/s) des Gleitkörpers<br />
– das A und O für die Genauigkeit<br />
und Validität <strong>der</strong> Messung – wird durch<br />
eine Mikroprozessor gesteuerte Schrittmotor-Getriebe-Kombination<br />
garantiert.<br />
Der Gleitkörper ist mit auswechselbaren<br />
Gleitkufen als Reibpartner zum Boden<br />
versehen (Bild 2). Je nach Anwendungsfall<br />
(häufig benutztes Sohlenmaterial am<br />
Arbeitsplatz) können die Kufen mit<br />
Gleitermaterialien aus Gummi, PVC<br />
o<strong>der</strong> an<strong>der</strong>en Materialien wie Le<strong>der</strong><br />
o<strong>der</strong> PUR bestückt werden.<br />
NOVEMBER 1999<br />
Tabelle 1: In-Situ-Meßgeräte zur Bestimmung <strong>der</strong> Gleitreibung<br />
Rutschunfälle<br />
Meßgerät Gleit- Normalkraft Flächen- Gleiter- Kontaktgeschwindigkeit<br />
pressung material fläche<br />
[m/s] [N] [N/cm²] [cm²]<br />
British Portable<br />
Tester<br />
2,8 25 11 Gummi 2,25<br />
Schuster 0 – 0,5 40 1 – 4 Le<strong>der</strong> 10 – 40<br />
Zugtribometer Gummi<br />
Tortus Floor 0,017 2 3 Sohlen- 0,64<br />
Friction Tester material<br />
FSC 2000 0 – 0,08 24 6 Le<strong>der</strong><br />
Gummi<br />
PUR<br />
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Tabelle 2: Parameter eines instationären Gleitmeßgerätes<br />
Anfor<strong>der</strong>ung <strong>der</strong> UNI Wuppertal Umsetzung im GMG 100<br />
möglichst große Flächenpressung bei Flächenpressung p = 9 ± 1 N/cm²<br />
möglichst großer Gleiterfläche Gleiterfläche A > 5 cm² bei mind. 2 Gleiterkufen<br />
möglichst hohe Gleitgeschwindigkeit Gleitgeschwindigkeit v = 0,22 m/s<br />
konstante Gleitgeschwindigkeit Geschwindigkeitskonstanz = ± 0,01 m/s<br />
unprofilierte Gleitermaterialien, die den genormtes Gummi und PVC Material<br />
Anfor<strong>der</strong>ungen an Referenzmaterialien<br />
gerecht werden<br />
standardisierte Meßbedingungen Meßbedingungen gemäß E DIN 51131<br />
automatischer Meßablauf computerunterstützte Messung<br />
Messung längerer Strecken Meßlänge auf dem Bodenbelag bis zu 2 m<br />
Tabelle 3: Meßfehler <strong>der</strong> Gerätespezifikation GMG 100 M<br />
Komponente Fehlerart ± % v. Meßwert ± % v. Endwert<br />
Kraftsensor Grundfehler 0,600<br />
Nullpunkt 0,300<br />
Kennwert 0,450<br />
DMS-Verstärker Brückenspeisung 0,100<br />
Linearität 0,005<br />
Verstärkung 0,001<br />
A/D-Wandler Grundfehler 0,030<br />
Linearität 0,025<br />
Verstärkung 0,030<br />
Gleitkörper Masse 0,100<br />
Erdbeschleunigung lokaler Wert 2,000<br />
Schiefzug vertikal 0,005 1,000<br />
horizontal 0,005<br />
Summe Gesamtfehler 2,695 1,956<br />
minus Schiefzug<br />
gerundet<br />
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Meßfehler: < ± (2,7 % vom Mittelwert + 1 % vom Endwert ) [9]<br />
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