AUSGANGSSITUATION
Kunststoffe nehmen eine immer größere Bedeutung in vielen Bereichen des Alltags ein. In der Automobilbranche steigt die Relevanz von Kunststoffen im Zuge von Effizienzsteigerungen und Gewichtsreduzierung weiter an. Funktionsoberflächen (functional surfaces) sind dabei der Schlüssel zu innovativen Produkten. Schon heute bestimmen sie im industriellen und auch im Endverbraucherbereich zunehmend Verarbeitung, Gebrauchseigenschaften, Lebensdauer, Preis und Wahrnehmung der meisten Güter. Jedoch gibt es für die Qualifizierung der Oberflächeneigenschaften wie Rauheit, Reibverhalten und Haptik in diesem Materialbereich keinerlei Prüfnormale zur Kalibrierung der Prüfgeräte. Am Markt sind derzeit insbesondere metallische Prüfnormale für die Kalibrierung von Messgeräten verfügbar, diese haben allerdings bezüglich verschiedener Messverfahren gravierende Nachteile:
Hoher Preis ➞ nachteilig bei Einmalverwendung wie z. B. Verschleißprüfungen
Ungünstige Reflexionseigenschaften ➞ führt bei optischen Messverfahren zu Fehlmessungen bzw. -interpretationen
Abweichende Materialeigenschaften ➞ Prüfnormal aus Metall, Praxismaterial aus Kunststoff
PROJEKTZIEL
Ziel des Forschungsprojektes war die Entwicklung von Fertigungsstrategien zur reproduzierbaren und wirtschaftlichen Herstellung von qualitativ hochwertigen Kunststoff-Prüfnormalen für die Messgrößen Rauheit, Reibung und Haptik.
Abb. 1: Spritzgusswerkzeug für Reibnormal
LÖSUNGSWEG
Die Bearbeitung des Projektes umfasste folgende Teilschritte:
Erstellen der Anforderungsprofile
Programmierung des Oberflächenstruktur-Erstellalgorithmus (OSEA)
Herstellung von Prüfnormalen für Rauheit, Reibung und Haptik mittels Laserablation, Diamantfräsen und Heißprägen
Technische Charakterisierung der Prüfnormale und Korrelation mit Anforderungsprofil
Test der Kunststoff-Prüfnormale hinsichtlich des geplanten Einsatzzweckes
Abb. 2: abgemustertes Reibnormal aus ABS
ERGEBNISSE
Das hohe Potential für den Einsatz von Kunststoff-Prüfnormalen zur Kalibrierung von Mess geräten konnte nachgewiesen werden. Besonders in den Anwendungsschwerpunkten Tribologie und Haptik wurden einsatzfähige Prüfnormale hergestellt. Durch Varia tion von Strukturen (Halbkugeln, Gausshügel, Höhe, Lage, Standardabweichung, Anzahl) und Kunststoffen (ABS, PA, PMMA, POM) konnten Prüfnormale zur Kalibrierung der äußeren Grenzen (RPZ 1 und RPZ 10) des Stick-Slip-Prüfstandes dargestellt werden. Im Bereich Haptik wurden mit Hilfe der kinematischen Simulation, Normale zur Bestimmung der Eignung, sowie Schulung der Probanden an anwendungsorientierten Werkstoffgruppen erfolgreich entwickelt, hergestellt und validiert.
Weiterer Forschungsbedarf besteht bei den Prüfnormalen im Bereich der optischen Oberflächenmesstechnik. Spanende Fertigungsverfahren führten dort, unabhängig vom Kunststoff, zu stark glänzenden und damit nicht einsatz fähigen Oberflächen. Erste vielversprechende Ergebnisse konnten jedoch bei Bearbeitung von PEEK mit einem Pikosekundenlaser erzielt werden.
Danksagung
Das IGF-Vorhaben der Forschungsvereinigung „Forschungsinstitut für Leder und Kunststoffbahnen gGmbH“, Meißner Ring 1-5, 09599 Freiberg wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der „Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF)“ vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Wir bedanken uns für die gewährte Unterstützung.