DE19518270C1 - Rutschfester Fußbodenbelag und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Rutschfester Fußbodenbelag und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen rutschfesten Fußbodenbelag und ein Verfahren zu
seiner Herstellung. Ein besonderes Anwendungsgebiet der Erfindung betrifft
hochglanzpolierte Fußböden insbesondere aus mineralischen Werkstoffen, wie
beispielsweise Steine (z. B. Granit), wie sie häufig in öffentlichen bzw. öffentlich
zugänglichen Gebäuden verwendet werden.
Ausrutschen ist eine der häufigsten Unfallursachen in Deutschland. Die Schwere
solcher Unfälle wird meist unterschätzt. Zur Erhöhung der Trittsicherheit müssen
Schuhsohlen und Fußböden rutschhemmend gestaltet werden. Dies ist vor allem
dort notwendig, wo gleitfördernde Medien auf den Boden gelangen. In vielen
Bereichen des öffentlichen Lebens aber auch im Privatbereich ist es üblich,
polierte, glänzende Natursteinplatten als repräsentative Fußbodenbeläge sowohl
in Trocken- als auch in Naßbereichen sowie Übergangsbereichen (Foyer)
einzusetzen. Dabei gilt es, die rutschhemmenden Eigenschaften mit der
architektonischen Ästhetik in Einklang zu bringen. Die Bewertung der
Rutschhemmung erfolgt nach [DIN 51 097 - Bestimmung der rutschhemmenden
Eigenschaft - Naßbelastete Barfußbereiche - Begehungsverfahren - Schiefe
Ebene und DIN 51 130 - Bestimmung der rutschhemmenden Eigenschaft - Ar
beitsräume und Arbeitsbereiche mit erhöhter Rutschgefahr - Be
gehungsverfahren - Schiefe Ebene] mittels einer schiefen Ebene.
Es existieren aber auch Meßgeräte zur instationären Reibzahlmessung [Fb 701
Vergleichsuntersuchung zur instationären Reibzahlmessung auf Fußböden
(Schriftenreihe der Bundesanstalt für Arbeitsschutz)].
Zur Herstellung bzw. Erhöhung der rutschhemmenden Eigenschaften von
Fußböden aus Naturstein existieren unterschiedliche Verfahren. Deren Einsatz
hängt vorwiegend davon ab, wo der Bodenbelag verlegt werden soll oder schon
verlegt ist (Innenbereich, Außenbereich, zu erwartender Verschmutzungsgrad
u. a.). Im folgenden werden die wichtigsten Verfahren kurz beschrieben.
Beim Strahlen wird ein der gewünschten Rauheit entsprechendes Strahlgut mit
hohem Druck auf die Oberfläche geschleudert. Das mehr oder weniger harte
Strahlgut führt zu einer unregelmäßigen Aufrauhung und starken Mattierung der
Oberfläche [Studie "Einsatzmöglichkeiten und Einsatzgrenzen von
Reinigungstechniken zum Abtrag von Schmutzschichten auf Bauwerken und
Kunstgütern", Ingenieurbüro für Bauwerkserhaltung Weimar GmbH].
Beim Flammstrahlen werden hochenergetische Brenngas-Sauerstoff-Flammen
erzeugt, mit denen die zu behandelnde Oberfläche kurzzeitig stark erhitzt wird.
Durch die Einwirkung der Flammen erfolgt in der obersten Gesteinszone ein
Sprengen des Quarzes sowie ein Schmelzen von Gesteinsteilen, die
anschließend glasartig erstarren und verhältnismäßig lose auf der Oberfläche
haften [DE 35 45 064].
Das Stocken erfolgt unter Verwendung eines Stockwerkzeuges (Stockhammer),
welches mit mehreren, gleichmäßig angeordneten Meißelspitzen versehen ist.
Während einer kontinuierlichen Werkstückbewegung wird der Stockhammer mit
einer bestimmten Frequenz auf die Oberfläche geschlagen [DE 39 33 843].
Die beschriebenen oder ähnlichen Verfahren, die Abrasivmittel bzw. meißelartige
Werkzeuge benutzen, führen zwar zur Erhöhung der Trittsicherheit, aber wie
auch z. B. herstellungsseitig weniger polierte Flächen zu einem erheblichen
Glanzverlust und damit Minderung des ästhetischen Wertes.
Die Beschichtung von Oberflächen zur Erhöhung der Rutschfestigkeit hat zur
Folge, daß die behandelte Fläche mit Noppen versehen wird [DE 33 42 266].
Diese Methode bringt zwar keine Veränderung der optischen Eigenschaften mit
sich, ist aber nur begrenzt haltbar, da sich ein Abrieb nicht vermeiden läßt.
Bei der chemischen Ätzbehandlung von Natursteinoberflächen werden durch die
Einwirkung flußsäurehaltiger Substanzen vor allem die Feldspatanteile
angegriffen [Informationsblatt des Bundesverbandes Trittsicherheit, Abteilung
Öffentlichkeitsarbeit]. Die Schädigung beträgt nur wenige Mikrometer, der Quarz
wird weitestgehend geschont. Der Glanzverlust hängt von der Einwirkdauer ab,
die Veränderung der Gesamtoptik muß an einer Probefläche getestet werden.
Dieses Verfahren ist derzeit das sinnvollste zur Erhöhung der Trittsicherheit von
polierten Natursteinfußböden. Es ist allerdings weitestgehend auf die Anwen
dung auf mineralischen Bodenbelägen beschränkt. Chemische Zusammen
setzung und Konzentration müssen den unterschiedlichen Arten von Belägen
angepaßt werden. Durch lange Einwirkzeiten sowie exakte Einhaltung der
Konzentration läßt sich dieses Verfahren nicht, oder nur mit sehr hohem Aufwand
in den Herstellungsprozeß der Fliesen integrieren. Für Kunststoffbeläge ist dieses
Verfahren nicht ohne weiteres geeignet. Bei unsachgemäßer Anwendung und
Entsorgung der flußsäurehaltigen Substanz besteht eine erhöhte Gefährdung
hinsichtlich Umwelt- und Arbeitsschutz.
Es ist nunmehr Aufgabe der Erfindung, einen rutschfesten Fußbodenbelag,
dessen Oberfläche hochglanzpoliert sein kann, und ein Verfahren zu dessen
Herstellung anzugeben, die sämtliche Nachteile des Standes der Technik nicht
aufweisen.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, einen rutschfesten Fußbodenbelag der
genannten Art vorzuschlagen, bei dem trotz Rutschfestigkeit optisch keine
Abstriche an der hochglanzpolierten Oberfläche gemacht werden müssen und
der einfach und umweltfreundlich herstellbar ist.
Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der genannten Art zu
entwickeln, mit dem die Rutschfestigkeit nicht erst als Nachbehandlung am
Einsatzort des Fußbodenbelages sondern gleich am Ort seiner Herstellung
erzeugt wird, das einfach und umweltfreundlich ist und das die Optik und
Ästhetik der Oberfläche des Fußbodenbelages in vollem Umfang erhält.
Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben den rutschfesten Fußbodenbelag
betreffend gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 und mit einem
Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6 gelöst.
Der rutschfeste Fußbodenbelag, insbesondere aus mineralischen Werkstoffen,
wie z. B. Stein, Granit, mit hochglanzpolierter Oberfläche ist erfindungsgemäß an
seiner hochglanzpolierten Oberfläche zusätzlich rutschfest, d. h. die Reibwerte µ
zwischen Schuh- bzw. Fußsohle und Fußbodenoberfläche sind < 0,40. Das wird
erreicht, indem sich auf der hochglanzpolierten Fußbodenbelagoberfläche
linsenförmige, scharfkantige, möglichst flache Vertiefungen (Mikrokrater) mit
Saugwirkung, die für das menschliche Auge unsichtbar sind, statistisch verteilt
aber unregelmäßig angeordnet befinden. Vorzugsweise weisen diese Mikrokrater
einen Durchmesser von 0,1-0,2 mm und eine Tiefe von 0,05-0,2 mm auf. Bei
Fußbodenplatten aus Granit befinden sich vorteilhafterweise 100-250
Mikrokrater pro cm².
Hergestellt wird dieser erfindungsgemäße rutschfeste Fußbodenbelag mit
hochglanzpolierter Oberfläche mittels Impulslaserbeschuß. Erfindungsgemäß
werden durch gezielte Einwirkung von Impulslaserstrahlen linsenförmige und
scharfkantige Mikrokrater, die für das menschliche Auge unsichtbar sind und
eine Saugnapfwirkung zeigen, statistisch verteilt und in unregelmäßiger
Anordnung erzeugt. Die Laserstrahlparameter, wie z. B. Energiedichte, Pulsdauer
usw., werden in Abhängigkeit vom Werkstoff des Fußbodenbelages so gewählt,
daß der Materialabtrag zur Erzeugung der Mikrokrater im wesentlichen durch
Verdampfung erfolgt.
Im Falle der Behandlung der hochglanzpolierten Oberfläche eines
Fußbodenbelages aus Naturstein, wie z. B. Granit, betragen die Energiedichten
von 30 J bis 90 J, die Pulsdauer von 50 ns bis 250 ns, der Arbeitsfleck
durchmesser von 0,05 mm bis 0,2 mm und der Abstand der einzelnen
Mikrokrater zueinander 0,5 bis 0,8 mm.
Im Gegensatz zu den Verfahren Flammen, Stocken und Strahlen, handelt es sich
bei der Laserstrukturierung um eine berührungslose Feinbearbeitung der
Oberfläche. Die Struktur kann sowohl regelmäßig als auch gezielt unregelmäßig
sein und zeichnet sich durch eine geringe Schädigung der Gesamtfläche aus.
Härte und Zusammensetzung des Materials spielen keine Rolle. Das Verfahren
zeichnet sich durch eine gute Steuerbarkeit der Paratmeter aus, d. h. Dichte, Tiefe
und Durchmesser der Mikrokrater lassen sich beliebig variieren. Somit kann der
rutschhemmende Effekt mehr oder weniger stark ausgeprägt werden. Aufgrund
nationaler und internationaler Forschungsergebnisse kann ein Reibwert von
µ = 0,43 zwischen Schuh- bzw. Fußsohle und Fußboden als ausreichend sicher
gelten. [Fb 701 - Vergleichsuntersuchung zur instationären Reibzahlmessung
auf Fußböden (Schriftenreihe Bundesanstalt für Arbeitsschutz)]. Dieser Wert
wird in jedem Fall erreicht bzw. überschritten. Damit ist eine Bewertung und
Einstufung nach [DIN 51 130 - Bestimmung der rutschhemmenden Eigenschaft - Ar
beitsräume und Arbeitsbereiche mit erhöhter Rutschgefahr - Begehungs
verfahren - Schiefe Ebene, ZH 1/571 - Merkblatt für Fußböden in Arbeitsräumen
und Arbeitsbereichen mit Rutschgefahr und GUV 26.17 - Merkblatt des
Bundesverbandes der Unfallversicherungsträger der öffentlichen Hand - BAGUV
- über Bodenbeläge für naßbelastete Barfußbereiche], möglich.
Ein Zerstören der makroskopischen Optik der Fußbodenbelagsoberfläche, z. B.
des Gesteins kann sicher ausgeschlossen werden. Deshalb bezieht sich die
Anwendung vorrangig auf polierte bzw. glatte, glänzende Flächen.
Der Vorteil der Laserbearbeitung gegenüber der chemischen Behandlung
mineralischer Fußbodenbeläge mit einer flußsäurehaltigen Substanz besteht
darin, daß sie sich direkt in die Fußbodenbelagsherstellung, einschließlich
Platten aus Naturwerkstein, integrierten läßt (Trittsicherheit ab Werk). Das heißt,
der Architekt oder Bauherr kann sich vor der Verlegung, z. B. eines
Natursteinbelages, von dessen Eigenschaften überzeugen. Eine nachträgliche
Behandlung und damit verbundene optische Veränderung des Fußbodens ist
nicht notwendig.
Die Laserbearbeitung ist umweltverträglich, da keine chemischen Substanzen
zum Einsatz kommen. Bei den entstehenden Abprodukten handelt es sich
hinsichtlich Zusammensetzung um definierte, dem Ausgangsmaterial
entsprechende Stoffe, welche problemlos abgesaugt und entsorgt werden
können. Die Methode ist auf alle Beläge anwendbar.
Gegenüber existierenden Beschichtungsverfahren zur Verbesserung des An
ti-Slip-Effektes zeichnet sich die Laserstrukturierung durch längere Haltbarkeit aus.
Der Abrieb ist wesentlich geringer als bei einer zusätzlichen Beschichtung, die
nicht die Härte des Grundgesteins aufweist. Es gelten keine besonderen
Pflegeanweisungen.
Mit der Erfindung wird ein Verfahren realisiert, das die genannten Nachteile
beseitigt, darüber hinaus für unterschiedliche Fußbodenbeläge einsetzbar ist und
in den Herstellungsprozeß derselben integriert werden kann.
Erfindungsgemäß wird das Erzeugen von Mikrokratern mit Saugnapfwirkung
durch Einwirkung von Laserimpulsen vorgenommen. Die für das Erreichen des
Effektes wesentlichen Parameter
- - Arbeitsfleckdurchmesser (bestimmt Durchmesser der Saugnäpfe),
- - Einwirkzeit und Pulsenergie (bestimmen Tiefe der Krater und im Zusammenhang mit der Wellenlänge des Lasers die Art der Wechselwirkung (Verdampfen/Schmelzen) sowie der
- - Abstand der Einwirkstellen (Anzahl und Anordnung der Krater)
sind leicht steuerbar und können somit dem jeweiligen Werkstoff und den zu
erreichenden Effekten bezüglich des optischen Eindrucks und der Reibzahl
angepaßt werden.
Die oben genannten Parameter sind vorzugsweise auch so zu steuern, daß der
Materialabtrag im wesentlichen durch Verdampfen erfolgt, um das Entstehen von
Schmelzwülsten und unscharfer Kanten zu vermeiden, da ansonsten der
Saugnapfeffekt beeinträchtigt wird. Es soll praktisch erreicht werden, eine hohe
Energie in sehr kurzer Zeit einzutragen, wobei die Werkstoffabhängigkeit
berücksichtigt wird.
Form, Tiefe und Breite sind weiterhin so einzustellen, daß eine linsenförmige
Vertiefung entsteht, so daß keine permanente Schmutzanhaftung erfolgt. Die
Ablenkung des Laserstrahls über der Oberfläche erfolgt mit bekannten, nicht
zum Gegenstand der Erfindung gehörenden Baugruppen wie sie z. B. aus dem
Lasereinsatz zum Beschriften oder zur Oberflächeninspektion bekannt sind
(Scanner, Planaroptiken, Polygonspiegel).
Das Verfahren kann dahingehend verbessert werden, daß durch geeignete
Sensorik (z. B. photooptische Abtastung) die Oberflächeneigenschatten (z. B.
Farbe) und/oder die lokale Materialzusammensetzung (z. B. durch
werkstoffspezifische Absorption und/oder Reflektion) an der zu bearbeitenden
Stelle erfaßt werden, und diese Signale für eine Steuerung der Laserquelle (z. B.
Pulsenergie) genutzt werden. Dadurch wäre auch die Unterbrechung der
Bearbeitung bei optisch erhaltenswerten Flächen (z. B. bestimmte Kristallarten bei
Naturstein) realisierbar.
Die erfindungsgemäße Lösung enthält ein flexibles, umweltfreundliches
Verfahren zur Herstellung von bedarfsgerechter, anforderungsgemäßer
Rutschfestausrüstung von glatten Fußbodenbelägen (z. B. polierte, mineralische
Fußbodenplatten, Kunststoffbeläge und dgl.) unter Beibehaltung der optischen
und repräsentativen Eigenschatten, wobei auf der Oberfläche eine
anforderungsgemäße Anzahl von vorzugsweise linsenförmigen, für das
menschliche Auge nicht sichtbaren Mikrosaugnäpfen mit anforderungsgemäßer
Geometrie und Verteilung auf der Oberfläche, durch Einwirkung von gepulster
Laserstrahlung, erzeugt werden. Diese anforderungsgemäße bzw.
bedarfsgerechte Rutschfestausrüstung inklusive der Anpassung an den
Werkstoff wird durch die gezielte Variation und/oder Auswahl der
Laserbestrahlungsparameter Arbeitsfleckdurchmesser, Wellenlänge,
Pulsenergie, Einwirkzeit und Abstand der Mikrosaugnäpfe erreicht. Dabei sollten
die Parameter so gewählt werden, daß die abtragende Wirkung vorzugsweise
durch Verdampfen des Werkstoffes an der Einwirkstelle erfolgt. Durch geeignete
Sensorik findet eine Erfassung der lokalen Oberflächeneigenschatten statt (z. B.
die Farbe von einzelnen, die Oberfläche bildenden Bestandteile des Fußbodens
und/oder die lokale chemische Zusammensetzung, beispielsweise von Kristallen
bei mineralischen Belägen) und es können diese Informationen zur Steuerung
der Laserparameter und/oder der geometrischen Anordnung der
Lasereinwirkstellen, einschließlich Aussparen von Teilbereichen der Oberfläche,
genutzt werden.
Ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß es problemlos in
den Fertigungsprozeß der Fußbodenbeläge integrierbar ist.
Sämtliche Nachteile des Standes der Technik können mit der Erfindung beseitigt
werden.
Der erfindungsgemäße Fußbodenbelag und das erfindungsgemäße Verfahren
werden in nachfolgendem Ausführungsbeispiel beschrieben.
Fig. 1 zeigt dabei die Aufbringung der Mikrokrater
und
Fig. 2 stellt die Mikrokrater selbst dar.
- - Fußbodenfliesen aus Lausitzer Granit poliert
- - rutschhemmend bei Einwirkung von Wasser
- - Verlegung im Eingangsbereich Hotel → bestmögliche Beibehaltung der optischen Qualität
- - Bearbeitung mittels Nd: YAG-Laser
- - Energiedichte 64 J, Pulsdauer 120 ns, Brennweite 150 mm
- - Focussierung auf Werkstückoberfläche
- - Relativbewegung zwischen Laserfocus und Werkstück erfolgt während der Pulspause, vorzugsweise durch eine Ablenkoptik in y-Richtung und durch Werkstückweitertransport in x-Richtung
- - 2 Impulse je zu erzeugender Krater
- - erzeugter Kraterdurchmesser dw 0,1-0,3 mm
- - Abstand a der Krater in x- und y-Richtung 0,8 mm
- - erzeugte Tiefe t 0,1 mm
- - ermittelte Reibzahl: µ = 0,55 - 0,6 (gemessen mit FSC 2000, Kunststoffgleiter, Gleitmittel: entspanntes Wasser)
- - Glanzverlust: 11%
- - gesamtoptische Beeinträchtigung sehr gering
Claims (6)
1. Rutschfester Fußbodenbelag, insbesondere aus mineralischen Werkstoffen,
wie z. B. Stein oder Granit, mit hochglanzpolierter Oberfläche, dadurch
gekennzeichnet, daß die hochglanzpolierte Oberfläche des
Fußbodenbelages zusätzlich rutschfest ist, d. h. Reibwerte µ von < 0,40
zwischen Schuh- bzw. Fußsohle und Fußbodenoberfläche aufweist, indem
auf ihr linsenförmige, scharfkantige, möglichst flache, für das menschliche Auge unsichtbare Vertiefungen in Form von
Mikrokratern mit Saugnapfwirkung
statistisch verteilt aber unregelmäßig angeordnet sind.
2. Rutschfester Fußbodenbelag nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß diese Vertiefungen einen Durchmesser von 0,1-0,2 mm
und eine Tiefe von 0,05-0,2 mm aufweisen.
3. Rutschfester Fußbodenbelag nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß bei rutschfesten Fußbodenplatten aus Granit 100
bis 250 Vertiefungen pro cm² auf deren Oberfläche angeordnet sind.
4. Verfahren zur Herstellung rutschfester Fußbodenbeläge, insbesondere aus
mineralischen Werkstoffen, wie z. B. Stein oder Granit, gemäß einem oder
mehreren der Ansprüche von 1 bis 3, mit hochglanzpolierter Oberfläche
mittels Impulslaserbeschuß, dadurch gekennzeichnet, daß auf
der hochglanzpolierten Oberfläche des Fußbodenbelages durch gezielte
Einwirkung von Laserimpulsen linsenförmige und scharfkantige Mikrokrater
mit Saugnapfwirkung, die für das menschliche Auge unsichtbar sind,
statistisch verteilt und in unregelmäßiger Anordnung erzeugt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Laserstrahlparameter, wie z. B. Energiedichte, Pulsdauer usw., in
Abhängigkeit vom Werkstoff des Fußbodenbelages so gewählt werden, daß
der Materialabtrag zur Erzeugung der Mikrokrater im wesentlichen durch
Verdampfung erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im
Falle der Behandlung der hochglanzpolierten Oberfläche eines
Fußbodenbelages aus Naturstein, wie z. B. Granit, die Energiedichte 30 J bis
90 J, die Pulsdauer 50 ns bis 250 ns, der Arbeitsfleckdurchmesser 0,05 mm
bis 0,2 mm und der Abstand der einzelnen Mikrokrater zueinander 0,5 mm
bis 0,8 mm betragen.
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