Perfekte Simulation

M. Sc. Dipl.-Ing. Wolfgang P. Weinhold, Innowep GmbH, Würzburg

Auf dem Stand in Halle 18 (Forschung und Entwicklung) präsentierte INNOWEP unter der Schirmherrschaft des Projektträgers AiF (Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen) neben seinen bekannten Material-, Funktional- und Oberflächenmess- und Prüftechnologien auch die innerhalb des Projektes neuentwickelten Technologien und Geräte wie z.B. die optische Oberflächenprüftechnologie TRACEiT II, das weiterentwickelte universale Material-, Funktions- und Oberflächenprüfgerät UST 1000 und interessante neue UST-Erweiterungsmodule (Microfriction, Highspeedmotion, OptoTop, ExAb); und last but not least das neue Erweiterungsmodul Nailscratch für die ABREX Handabriebs-prüfgeräte.

Das Forschungsprojekt: „Objektivierbarkeit von Oberflächenbeurteilungsverfahren in humanphysiologischen Bereichen“ – oder einfacher: Die menschliche Oberfläche

Die überwiegende Mehrzahl aller Innovationen und Neuentwicklungen entsteht in der Bundesrepublik Deutschland in mittelständischen Unternehmen. Aus diesem Grund wird durch das PROINNO Programm des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie die Stärkung der Innovationskompetenz kleiner und mittelständischer Unternehmen gefördert.

Aus drei Bundesländern fanden sich drei Projektpartner aus unterschiedlichen Bereichen mit zwar jeweils eigenen Problemstellungen zusammen, deren Lösung jedoch innerhalb des PROINNO Projektes durch eine direkte Zusammenarbeit mit den Partnern gelöst werden wird.

Die Projektpartner sind: das mittelständische Unternehmen Innowep GmbH Mess- und Prüftechnik aus Würzburg, die Fachhochschule Darmstadt (Fachbereich Kunststofftechnik) und last but not least die Poliklinik für Zahnärztliche Prothetik der Eberhard-Karls-Universität Tübingen.

Die Innowep GmbH, ein mittelständisches Unternehmen, ist seit einigen Jahren ein Spezialist im Bereich Werkstoff-, Funktions- und Oberflächenprüfung und Messung. Sie ist sowohl Entwickler und Hersteller von Mess- und Prüfgeräten wie auch über das hauseigene Technikum Entwicklungs-, Forschungs- und Prüfdienstleister für die Industrie und die diversen Forschungsbereiche. Das Unternehmen zählt weltweit zu den führenden Unternehmen für Fragen der Haptik, Oberflächenfunktionalität und Topografiecharakterisierung. Der geschäftsführende Gesellschafter, Wolfgang P. Weinhold, leitet aufgrund der strategischen Bedeutung dieser Thematik für zukünftige Produktentwicklungen die Projektaktivitäten der Innowep wie auch das gesamte Projekt persönlich. Die Firma hat ihr Know-how den beiden Projektpartnern via Technologietransfer zur Verfügung gestellt, um eine gemeinsame Weiterentwicklung der vorhanden Technologien durch alle Projektpartner zu ermöglichen.

Der Dekan des Fachbereiches Kunststofftechnik der Fachhochschule Darmstadt Prof. Dr. rer. nat Ralph Stengler setzt die von Innowep entwickelten Prüftechnologien zur Simulation der Veränderung der Oberflächenqualität von Kunststoffen und lackierten Teilen im Laufe der humanphysiologischen Benutzungsdauer sowie des haptischen Eindrucks, den der Mensch beim Anfassen der Oberfläche erhält, insbesonders im Automotiv-Bereich ein. Innerhalb dieses Projektes werden die ermittelten Prüfergebnisse mit bereits vorhandenen und neu zu ermittelnden Erfahrungsparametern korreliert. Auf dieser Grundlage erfolgt dann eine gemeinsame Anpassungs- bzw. Weiterentwicklung der vorhandenen Prüf- und Messtechnologie.

Der Leiter der Sektion Medizinische Werkstoffkunde & Technologie Herr Prof. Dr. Jürgen Geis-Gerstorfer, der Poliklinik für Zahnärztliche Prothetik – Eberhard-Karls – Universität Tübingen setzt von Innowep entwickelte Prüfgeräte zur Simulation klinisch relevanter Verschleißvorgänge an Zahnersatzmaterialien ein. Innerhalb dieses Projektes wird durch gemeinsame Weiterentwicklung und Forschung in dem Bereich Mundhöhle die vorhandene Prüftechnik weiterentwickelt und an die Aufgabenstellung Mundhöhle adaptiert; dies gilt zum einen dem soft-chemo-mechanischen Verschleißvorgang, wie auch der Stoß-Reibbelastung während des Kauens.

Viele technische Materialien wie z.B. Kunststoffe werden in direkter Nähe zum Menschen eingesetzt und kommen somit auch in direkte Interaktionen zum Menschen. Es kommt zu humanphysiologischen Vorgängen deren physikalische Interaktionen sehr stark durch die viskoelastischen Materialeigenschaften des menschlichen Aufbaus geprägt werden.

Beispiel:

Zahnersatzmaterial unterliegt solchen viskoelastischen, mechanischen Bewegungsvorgängen im Mund.

Manko: Dieses erleidet bei Bewegungsvorgängen durch chemische und biochemische Begleitprozesse Verschleiß. Irgendwann ist der Zahnersatz zerstört und muss ausgetauscht werden. Aber wann und warum ist das der Fall?

Wenn man diese Zusammenhänge durch eine geeignete Simulationsmethode beschreiben könnte, könnten gezielte Impulse an die Materialentwickler und an die Zahnmedizin zur Entwicklung verbesserter Zahnersatzmaterialien und Systeme gegeben werden. Ein Beispiel mit ähnlicher Problematik:

Der Mensch berührt mit seinen Händen und Fingern den ganzen Tag irgendwelche Gegenstände zum Beispiel im Innenraum eines Autos. Das Lenkrad oder die Bedienelemente des Audiosystems oder der Blinkerhebel (alles aus Kunststoff) sollen nach möglichst vielen Berührungsvorgängen noch die gleiche Oberflächenqualität haben wie im Neuzustand. Die Oberflächenqualität, die hier gemeint ist, wird durch haptische Eigenschaften beschrieben: Das Lenkrad ist „griffig“ weich, schmeichelt der Haut, fühlt sich gut und sicher an oder eben das Gegenteilige.

Wenn man nun die Veränderung der Oberflächenqualität im oben beschriebenen Zusammenhang realistisch simulieren und mess-technisch erfassen könnte, käme es zu deutlichen Impulsen für Materialentwickler, Industriedesigner, Zulieferungsunternehmen. Das sind nur zwei Beispiele für viele humanphysiologische Vorgänge, bei denen man Oberflächenveränderungen objektivierbar machen muss. So können die Hersteller Entwickler und Verarbeiter der entsprechenden Materialien viel zielgerichteter und schneller neu- und weiterentwickeln.

Die Antragsteller gehen die Projektziele so an, dass Innowep als Industriepartner die Mess- und Simulationstechnologie entwickelt und die beiden Partner aus dem Wissenschaftsbereich (Universitätsklinikum Tübingen, FH Darmstadt) die „Objektivierbarkeit im humanphysiologischen Bereich“ erforschen.

Neben einer weltweit einmaligen Simulations- und Messtechnologie können die Grundlagen für neue Normen (Deutschland-, EU- und weltweit) geschaffen werden, die mittels neuer technisch definierter Messgrößen humanphysiologische Vorgänge, Abrieb und Verschleißvorgänge und haptische Empfindungen exakt beschreiben.