Oberflächencharakteristik von Bodenbelägen und deren
Rutschhemmung

A. Schnell, L. Goretzki, W. P. Weinhold

Einleitung

Eingangsbereiche mit glatten, meist unprofilierten Belägen stellen vor allem bei

eingetragener, kaum wahrnehmbarer Nässe einen Unfallschwerpunkt dar. Die

Verwendung rutschhemmender und das Unfallrisiko mindernder Bodenbeläge ist

besonders hier sowohl aus bautechnischer Sicht als auch für Versicherer von großer

Bedeutung.

Das aktuelle Vorschriften- und Regelwerk BGR 181 verlangt für diese Bereiche die

Rutschhemmungsklasse R9. Dennoch kommt es auf unprofilierten Belägen dieser

Rutschsicherheitsklasse zu Sturzunfällen. Die Prüfung mit einigen mobilen

Gleitreibungsmessgeräten erbringt auf diesen Böden bei Nässe unrealistische

Reibwerte. Auch stellen sich diese Prüfgeräte und -verfahren bei der Optimierung

von rutschhemmenden Oberflächen als wenig zielführend heraus.

Die WTA beabsichtigt, eine Arbeitsgruppe zum Themengebiet Rutschsicherheit bzw.

Rutschhemmung zu bilden.

Durchgeführte Untersuchungen

Im Rahmen eines kürzlich von der Bauhaus-Universität Weimar in Zusammenarbeit

mit der INNOWEP Mess- und Prüftechnik GmbH Würzburg durchgeführten

Forschungsprojekts wurden unprofilierte Bodenbeläge (Fliesen, Feinsteinzeug,

Naturstein, Betonwerkstein und Laminat) untersucht. Die Beläge wurden mit

verschiedenen Verfahren zur Verbesserung der Rutschsicherheit nachbehandelt.

Insgesamt wurden damit 27 Oberflächen aus den 5 verschiedenen Produktgruppen

im Hinblick auf ihre rutschhemmenden Eigenschaften untersucht.

Im ersten Schwerpunkt wurden die Oberflächen der Bodenbeläge und der

Reibkörper hinsichtlich ihrer Makro- und Mikrotopografie, Rauheit und

Werkstofflichkeit charakterisiert. Es fanden taktile Abtastungsverfahren, Messungen

zum Verformungsverhalten sowie licht- und elektronenmikroskopische Methoden

Anwendung. Im zweiten Schwerpunkt wurden vergleichende Untersuchungen mit

unterschiedlichen Reibungsmessverfahren durchgeführt. Neben Messungen mit

bekannten Verfahren wie Gleitreibungsmessgerät (GMG), Pendelgleiter

beziehungsweise Slip Resistance Tester (SRT) und Abrollgleiter (ARG) wurde auch

die Mikrotribologie der Bodenbeläge untersucht. Das Reibungsverhalten bei feuchter

Oberfläche (Zwischenmedium Wasser) stand bei allen Untersuchungen im

Vordergrund.

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Ergebnisse
Korrelationen zwischen Reibungsmessungen und Rauheitskennwerten

Bei den Untersuchungen zu linearen Korrelationen der Ergebnisse der

unterschiedlichen Reibungsmessungen zueinander sowie zum Rauheitskennwert

Rz

(DIN) wurden die Ergebnisse mit dem Reibpartner 4S-Gummi (für die

Mikroreibung Silikon-Papillartaster) berücksichtigt. Der lineare Zusammenhang wird

durch den Korrelationskoeffizient nach Pearson beschrieben. Ein Ergebnis von +1

bzw. -1 steht für einen vollständig positiven bzw. negativen Zusammenhang, wobei

Korrelationskoeffizienten > 0,80 als gut zu bewerten sind.

Werden die Ergebnisse für alle Oberflächen in die Berechnung aufgenommen,

ergeben sich zwischen den mit 4S-Gummi durchgeführten Reibungsmessungen

Korrelationskoeffizienten von 0,49 bis 0,91. Vor allem die mittels GMG, Abroll- und

Pendelgleiter gewonnenen Ergebnisse weisen hier einen guten linearen

Zusammenhang auf. Korrelationen zur Mikroreibung bestehen dagegen nicht.

Jedoch wurde ein geringer linearer Zusammenhang zwischen dem Rauheitskennwert

Rz und den mittels Pendel- und Abrollgleiter ermittelten Ergebnissen festgestellt

(Kor 0,6). Diese Verfahren arbeiten mit höheren Prüfgeschwindigkeiten und liefern

bei den Bodenbelägen mit geringer Rautiefe sehr niedrige Reibungskoeffizienten,

verursacht durch die dominierende Flüssigkeitsreibung. Dieser Sachverhalt erklärt

auch die gute lineare Korrelation der Verfahren GMG, Abroll- und Pendelgleiter bei

nasser Oberfläche.

Bei der Korrelationsfindung zeigte sich, dass die Ergebnisse offenbar von der Wahl

der einbezogenen Bodenbeläge abhängen. Daher wurde der lineare Zusammenhang

nicht nur bezogen auf alle Bodenbeläge untersucht, sondern auch auf

Bodenbelagsarten mit vergleichbaren Topografien und Rauheitskenngrößen,

beispielsweise die Gruppen Fliesen und Feinsteinzeug.

Werden lediglich die Ergebnisse der Fliesen in die Untersuchungen aufgenommen,

ergeben sich geringe bis sehr gute Korrelationen innerhalb aller

Reibungsmessungen, einschließlich der Mikroreibung. Ein linearer Zusammenhang

zwischen der Rautiefe Rz und den ermittelten Reibwerten besteht dagegen nicht

(Kor = -0,09 bis 0,26).

Das Ergebnis der Korrelationsrechnung für die Feinsteinzeug-Oberflächen

unterscheidet sich von dem für die Fliesen erzielten Ergebnis in erster Linie durch

geringere lineare Zusammenhänge beim Prüfverfahren Pendelgleiter. Mit dem

Verfahren wurden an den glatten Oberflächen des Feinsteinzeugs sehr niedrige

Reibwerte ermittelt. Der Grund liegt wiederum in verstärkt auftretender

Flüssigkeitsreibung.

Die untersuchten Bodenbeläge unterscheiden sich bezüglich ihrer Rauhigkeit sehr

deutlich voneinander. Deshalb wurde versucht, die untersuchten Bodenbeläge nach

ihrer gemittelten Rautiefe Rz (DIN) zu unterteilen. Die Rautiefe dient damit als

Parameter zur Einteilung der Bodenbeläge nach ihrer Oberflächenstruktur, nicht als

Kennwert für die Rutschhemmung. Hierzu wurde die Korrelationsfindung auf

Oberflächen mit Rautiefen Rz in definierten Bereichen eingeschränkt (Rz > oder < 5,

10, 15, 20 µm).

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Abb. 1

Lineare Korrelationskoeffizienten bei unterschiedlichen Rz (Auszug)

Es wird deutlich, dass eine Einschränkung auf Bodenbelagsproben mit großen Rz

(z.B. Rz > 10 bis > 20 µm) zu einer Erhöhung der Korrelationskoeffizienten der

Reibungsmessungen mittels Tensor-SF, GMG und Abrollgleiter führt. Geringe bis

gute Korrelationen der Reibungsmessungen werden hier auch zu den

Mikroreibwerten und zur gemittelten Rautiefe Rz verzeichnet.

Wird die Korrelationsfindung auf Oberflächen mit kleinen Rz eingeschränkt, ergeben

sich wesentlich geringere Korrelationskoeffizienten. Lediglich für Rz < 5 µm ist eine

deutliche Verbesserung der linearen Zusammenhänge der mit herkömmlichen

Verfahren ermittelten Reibwerte zu den Mikroreibwerten sowie der Ergebnisse der

Tensor-SF-Messungen zu Abrollgleiter und Pendel erkennbar. Gleichzeitig fallen die

Korrelationskoeffizienten zwischen GMG und ARG bzw. SRT hier deutlich ab. Diese