Bewegte Systeme: Gütesiegel für Produkte und Prozesse

Damit das Rad noch besser rollt

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Eine wichtige Rolle bei der Produktqualität und der Funktionssicherung von Rädern, Rollen und Untergründen spielen Faktoren wie die elektrische Leitfähigkeit, die Reinigungsfähigkeit oder Verschleißfestigkeit – besonders, wenn es um Hilfsmittel für Menschen geht. Ein Forschungsprojekt der FH Bielefeld befasst sich mit der Parameteroptimierung.

In dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF geförderten Forschungsprojekt „Parameteroptimierung leistungsbeanspruchter Laufräder und Untergründe“ wird am Forschungsschwerpunkt Industrielle Bewegungs Technologie (IBT) der Fachhochschule Bielefeld nach Möglichkeiten gesucht, Technik für Menschen zu verbessern und zu optimieren.

Bereits seit vielen Jahren werden am Bielefelder Fachhochschulstandort Am Stadtholz bewegte Systeme aller Art analysiert. Der Fokus lag zu Beginn auf der Untersuchung von Rädern und Rollsystemen aus dem Industriebereich. Im Laufe der Jahre entwickelte sich hier mit dem Kompetenzzentrum für Bewegungsvorgänge (KfB) ein professionelles Prüfzentrum, welches nach Aussagen von Kooperationspartnern einmalig in ganz Europa ist.
Das Dienstleistungsangebot reicht von Normprüfungen an Rädern, Rollsystemen und Gehäusen bis zu kundenspezifischen Untersuchungen inklusive der Simulation realer Praxissituationen. Das Leistungsspektrum erstreckt sich von der Möbelrolle über Industrie- und Schwerlastrollen bis zu Skaterrollen oder Rädern für Rollstühle, Rollatoren und andere medizinische Hilfsmittel. Es können Fahrwiderstände ermittelt, Fahrsituationen simuliert oder Belastungsgrenzen in statischen oder dynamischen Tests dokumentiert werden. Auch die Wechselwirkung mit verschiedenen Untergründen wie Beton-, Kunststoff-, Teppich- oder Holzböden wird betrachtet. Nach erfolgreicher Prüfung wird ein Gütesiegel für Produkte und Prozesse vergeben.
Mit dem Forschungsprojekt „Parameteroptimierung leistungsbeanspruchter Laufräder und Untergründe“ wird nun ein weiterer Teil des Gesamtsystems Rad/Untergrund erforscht und weiterentwickelt. Die analysierten Bereiche – Schlupf, elektrische Leitfähigkeit und Hygiene – werden vernetzt betrachtet, da bei Änderung eines Parameters oftmals auch ein anderer mit verändert wird. Dem Projekttitel entsprechend geht es um leistungsbeanspruchte Systeme: zum einen um angetriebene und gebremste Räder, zum anderen um Untergründe mit mechanischer Beanspruchung. Ziel des Bielefelder Forschungsprojektes ist es, Möglichkeiten zur Optimierung bestehender Produkte zu finden und zu realisieren: Die Veränderungen sollen zum Beispiel zu einem geringeren Verschleiß, einer verbesserten Leitfähigkeit oder einer optimalen Reinigungsfähigkeit beziehungsweise einer Verschmutzungsresistenz führen.
Die Eigenschaften eines Produktes, über die sein Einsatzgebiet definiert wird, umfassen eine Vielzahl von Parametern. So sollten beispielsweise Räder möglichst leicht laufen, eine gute Haftung auf dem Untergrund besitzen und gleichzeitig ein Verschleißverhalten aufweisen, das einen möglichst langen Betrieb gewährleistet. Auch die Alterungsbeständigkeit oder die Widerstandsfähigkeit gegenüber aggressiven Wirkstoffen wie Chemikalien spielen eine Rolle.
Im Bereich der Medizintechnik stehen vorwiegend Antriebsräder von Rollstühlen im Fokus der Untersuchungen. Durch häufige Beschleunigungs- und Bremsprozesse entsteht Schlupf und damit Verschleiß und Abrieb. Bei Bodenbelägen kommt es beispielsweise in Krankenhäusern in Anlieferungsbereichen oder in von Menschen, rollenden Transportwagen oder Krankenbetten stark frequentierten Gängen zu erhöhtem Verschleiß. Untersuchungen in Kliniken haben gezeigt, dass besonders Schrägen und Kurvenbereiche verschleißanfällig sind – dort wird die Versiegelung von PVC- oder Linoleumboden stärker angegriffen als auf ebenem, geraden Boden.
Elektrische Leitfähigkeit ist gefragt, wenn eine Ableitung statischer Ladungen notwendig ist, um Funkenschlag durch elektrische Aufladungen zu verhindern. Eine unerwünschte Aufladung kann neben unangenehm-fühlbaren Auswirkungen beim Menschen Schäden an empfindlichen Geräten auslösen und in Bereichen mit brennbaren Stoffen Explosionsgefahr bedeuten.
Die Reinigungsfähigkeit erfordert besonderes Augenmerk, wenn es eine Verbindung zwischen Außen- und Innenbereich gibt. Bei verschmutzten Rollstuhlreifen würde eine einfache Reinigung und damit eine Entfernung von Keimen zu einer erhöhten Hygiene und einer Aufwandsreduzierung bei der Innenreinigung führen.
In den aufgeführten Bereichen gibt es verschiedene Verfahren, Forschungs- und Entwicklungsansätze. Die Elektronenbestrahlung oder Strahlenvernetzung von polymeren Werkstoffen ist ein seit vielen Jahren angewandtes Verfahren, bei dem Produkte mit Elektronen bestrahlt werden. Es kommt zu einer Verbindung der freien Molekülketten an den Enden und somit zu einer erhöhten Widerstandsfähigkeit der äußeren Materialschichten. In praktischen Verschleißtests an Polyurethanrädern auf einem Prüfstand im Labor der Fachhochschule Bielefeld konnten bereits erste Optimierungserfolge erreicht werden.
Die Nanotechnologie bringt viele Vorteile, wenn es zum Beispiel um die elektrische Leitfähigkeit bei Kunststoffrädern und Untergründen geht. Bisher werden Kunststoffe mit Hilfe von Kohlenstoffpartikeln leitfähig gemacht, was zwangsläufig zu einer Verfärbung führt. Es ist bisher nicht möglich, weiße und leitfähige Räder herzustellen. Wenn nun die Einbindung von Nanoteilchen eine Verbesserung der Leitfähigkeit bei gleichbleibender Farbneutralität bewirken würde, wäre das ein großer Erfolg. In Kooperation mit verschiedenen Materialforschungsinstituten und Kooperationspartnern aus der Wirtschaft werden bereits erste Versuche in diesem Bereich durchgeführt.
  • Prof. Dr.-Ing. Ralf Hörstmeier Fachhochschule Bielefeld
  • Dipl.-Ing. Andreas Wollensak Fachhochschule Bielefeld
Nanotechnologie verbessert die elektrische Leitfähigkeit der Räder

Ihr Stichwort
• Räder und Rollsysteme
• Parameteroptimierung
• Elektrische Leitfähigkeit • Hygiene • Verschleißoptimierung
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