Spezialistenfür die Oberfläche

Die Innowep GmbH, ein mittelständisches Unternehmen aus Würzburg, ist seit einigen Jahren ein Spezialist im Bereich Oberflächenanalyse.

Die Firma entwickelt, produziert und vertreibt Geräte zur Bestimmung von Materialeigenschaften durch mikromechanische, optische oder chemo-mechanische Analyseverfahren.

Bisher waren Materialeigenschaften wie Mikrohärte, kontinuierliche Härte, Rauheit, Elastizitätsverlauf, permanente Verformung, Prüfung der Schichtdicke und die funktionalen Eigenschaften wie Abriebverhalten, Kratzfestigkeit, Rillbarkeit, Schneidfestigkeit, Relaxationsverhalten und Haptikeigenschaften nur durch mehrere Instrumentarien meßbar.

Die Bestimmung der Oberflächen- und Werkstoffeigenschaften, der Wertigkeit, der Gebrauchsbeständigkeit und aller üblicher Funktionseigenschaften der Oberfläche kann nun zeit- und kostensparend mit einem einzigen Gerät, dem UST (Universal Surface Tester), geprüft und durch Kennzahlen und Graphen eindeutig dokumentiert und bewertet werden.

Der Abrieb und Verschleiß an Oberflächen ist für die Bewertung von reinen Materialien und für beschichtete, lackierte und bedruckte Oberflächen von allergrößter Bedeutung.

Diskrete Werkstoff- und Funktionseigenschaften von Oberflächen sind für die Entwicklung und Forschung, aber auch in der Qualitätssicherung und Wareneingangskontrolle wichtig. Durch diese Oberflächeneigenschaften wird die Qualität eines Produktes bestimmt. Die Anwendung des UST ist nicht nur auf Kunststoffe, Lacke, Beschichtungen und Bedruckungen beschränkt. Vielmehr werden hiermit auch Metalle, Keramiken, Textilien, Kautschuk und in der Medizin z.B. Knochenmaterial exakt vermessen, bewertet und klassifiziert.

Beim patentierten Mistan-Verfahren wird eine Materialoberfläche entlang einer Geraden in mehreren Schritten mechanisch abgetastet. Im ersten Schritt fährt eine indivuell wählbare Tastspitze nahezu lastfrei die Materialoberfläche ab. Dabei wird kontinuierlich die vertikale Auslenkung und somit das Höhenprofil ermittelt.

Im zweiten Schritt wird dieselbe Bahn mit einer frei einstellbaren Last erneut abgetastet. Das so ermittelte Höhenprofil stellt die lokale Gesamtverformung dar. Im letzten Schritt erfolgt die Abtastung wieder mit der voreingestellten Grundlast. Der elastische Teil der Gesamtverformung ist nun zurückgestellt, das Höhenprofil wird nur noch von der bleibenden Verformung bestimmt.

Aus den Differenzen zwischen den gemessenen Oberflächenprofilen wird auf die erfolgten Oberflächenverformungen geschlossen.

Messarten

Standardmessung: Bestimmung der Verformungseigenschaften der Materialien, elastische Verformung, permanente Verformung sowie Gesamtverformung mit Mittelwerten und Standardabweichungen.

Statische Messung: Bestimmung der Universal- und Mikrohärte; Darstellung des Relaxations- und Creepingverhaltens

Kratz-/Rilltest: Bestimmung der Kratzfestigkeit durch stufenweise Lasterhöhung

Rauheitsmessung: Normgerechte Höhenrauheits- und Strukturmessung nach DIN ISO 4768, auch für weiches Material wie z.B. Kunststoffe oder Softlacke geeignet, da durch die minimalen Lasten keine Rillung produziert wird.

Abrieb und Verschleiß: Realitätsnahe Simulation des mechanischen Abriebs bei frei einstellbarer Zahl der Abriebzyklen. Das Messergebnis ergibt sich aus der Höhendifferenz der ersten und der letzten Messung. (Materialabtrag in m)

Lack- bzw. Schichtaufbau: Verlauf von Härte, Elastizität und permanente Verformung an Multilayer-Materialien auch in den Übergangsbereichen

3D-Standardmessung: Dreidimensionale Bestimmung von Struktur sowie Verformungsverhalten (max. Fläche 25 x 50 mm).

Die Belastung einer beschrifteten oder beschichteten Oberfläche durch die menschliche Hand ist einer der Hauptgründe für die nachhaltige Störung der Wertigkeit des Produkts (z.B. die Tasten auf Mobiltelefonen).

Das liegt insbesondere daran, daß die Beanspruchung durch Handabrieb einen hochkomplexen soft-viskoelastischen Vorgang sowohl im mechanischen als auch im chemischen Umfeld darstellt.

Sowohl für die Produktentwicklung als auch bei der Qualitätssicherung existiert seit nunmehr fünf Jahren eine auch international gültige DIN/EN-Norm, welche die Vorgaben für diese Umweltprüfung definiert. Mit dem Normprüfgerät ABREX liefert Innowep ein zeitgemäßes Instrument, welches nicht nur die reproduzierbare Prüfung nach o.g. Norm ermöglicht, sondern zudem die Schwächen existierender Abriebprüfgeräte vergessen macht. Bisher war es bei der Prüfung von Wertigkeit und Abriebverhalten nicht möglich, nachhaltig gekrümmte Oberflächen (konvex/konkav) zu prüfen. Des weiteren ergab sich das Problem, daß das Abriebverhalten von beweglichen Teilen (wie z.B. Schaltern, Tasten und weiteren Bedienelementen) weit komplexer ist als bisher berücksichtigt.

Der menschliche Finger bzw. Handballen verfügt über eine abgerundete Form, eine visko-elastische Oberfläche sowie eine spezifische hochabrasive Oberflächenstruktur.

Des weiteren ist die Art der Bewegung für die Prüfung maßgeblich. Beim Berühren einer Oberfläche ist nicht nur die Tatsache entscheidend, wieviel lokaler Flächendruck aufgebracht wird, sondern daß hierbei eine kombinierte Stoß-Reibbewegung ausgeführt wird. Die Stoßbelastung führt zu einer Zerrüttung der Oberfläche, mechanischer Abrieb ist tatsächlich erst durch den Reibanteil gegeben. Extrem verstärkt wird dieser Effekt durch das „Einwalken“ von Hautschuppen, welche der Mensch tagtäglich in Massen produziert. Neben den bisher betrachteten mechanischen Vorgängen spielen aber auch die chemischen Faktoren für die Abriebprüfung eine entscheidende Rolle. Einerseits sind hier die humanphysiologischen Faktoren in Form von Körperflüssigkeiten wie z.B. Schweiss zu berücksichtigen, die durch ihren sehr aggressiven Charakter direkten Einfluß auf die Schädigung nehmen. Auf der anderen Seite gibt es beinahe keine Beanspruchung, die nicht im Umfeld von Fremdfluiden geschieht. So sind im alltäglichen Gebrauch meist Hautcremes, Reinigungsmittel oder ähnliche Flüssigkeiten an der Beanspruchung beteiligt. In der Industrie kommen zusätzlich Schmiermittel, Bohrflüssigkeiten o.ä. mit hinzu. All diese Betrachtungen wurden Grundlage für die Umweltprüfnorm DIN-EN 60068-2-70/IEC 68-2-70, die das Verfahren zur Prüfung von Bedruckungen und Beschriftungen festlegt. Hierzu konform verwendet ABREX einen fingerähnlichen Silikonstempel mit definiertem Elastizitätsgrad und Radius. Zwischen Prüfstempel und zu prüfender Oberfläche befindet sich ein Norm-Reibgewebe, welches einen klar definierten Anteil an Hautschuppen enthält. Die Verwendung anderer z.B. hochabrasiver Gewebearten ist jedoch ebenfalls zulässig. Dem Prüfgewebe wird kontrolliert eine Norm-Kunstschweißlösung zugeführt, des weiteren ist die zusätzliche Beaufschlagung durch Pasten, Cremes oder ähnliches je nach Anwendungsfall möglich. Der Prüfstempel trifft nun mit dem getränkten Normgewebe unter definiertem Winkel und einer normierten Last (1-10 N möglich) auf die Oberfläche und vollzieht nach dem Stoß einen vorgegebenen Reibweg.

Bei der Entwicklung von ABREX wurde darauf geachtet, daß die extremen Zyklenzahlen, wie sie bei hochbeanspruchten Bedruckungen (z.B. PC-Tastaturen) anfallen, auch erfüllt werden können. Daher ist es möglich, bis zu 10 Millionen zusammenhängende Prüfzyklen programmgesteuert ablaufen zu lassen. Innowep bietet dem Kunden auch die Möglichkeit an, im hauseigenen Prüflabor Lohnprüfungen durchzuführen. Die Ergebnisse werden nach Bewertung durch die Spezialisten im persönlichen Gespräch mit dem Kunden erörtert und analysisert.

Weitere Informationen A QE 418