Gleitfähigkeit und Reibung FAQs

Wer misst Gleitfähigkeit/Reibung?

Mit der Reibungsprüfung wird in der Verpackungsindustrie der Gleitfähigkeitswiderstand eines Produkts gemessen. Damit können die Vorschub- und Laufgeschwindigkeit von automatischen Klebe-, Aufstell-, Füll- oder Verpackungsanlagen vorausgesagt werden.

Weitere Branchen, in denen die Prüfung der Gleitfähigkeit zum Einsatz kommt, sind die Papierbranche (z. B. für die automatische Zuführung von Umschlägen und Geldscheinen) und Kunststoffhersteller (Reibungseigenschaften von Verpackungsfolien).

Was ist Gleitfähigkeit/Reibung?

Der Gleitfähigkeitswiderstand eines Produkts wird durch seine Reibungskoeffizienten dargestellt:

Statischer Reibungskoeffizient = Fs/N

Dynamischer Reibungskoeffizient = Fd/N

Dabei steht Fs für die maximale statische Reibungskraft und Fd für die mittlere dynamische Reibungskraft. N ist die Normalkraft, also die Schwerkraft, die auf die Probe und den Testschlitten einwirkt.

Anders ausgedrückt: Unter statischer Gleitfähigkeit versteht man die Kraft, die erforderlich ist, um zwei ruhende Oberflächen gegeneinander in Bewegung zu versetzen. Die dynamische Gleitfähigkeit ist die kleinere Kraft, die benötigt wird, um diese Bewegung aufrechtzuerhalten, wenn die anfängliche „Trägheit“ überwunden wurde.

Diese Werte werden als Verhältnis ausgedrückt und besitzen keine Messeinheit. Gewöhnlicherweise werden sie mit einer Dezimalzahl zwischen 0 und 1 dargestellt. Beispielsweise hat eine Oberfläche einen statischen Reibungskoeffizienten von 0,35 und einen dynamischen Reibungskoeffizienten von 0,18.

Wie wird der Reibungskoeffizient (COF) gemessen?

Bei allen Methoden der COF-Messung wird eine Probe mit zwei flachen Teilen vorbereitet, die aufeinander gelegt werden. Dann wird mit einem konstanten Gewicht darauf die Normalkraft simuliert. Ein Teil wird fixiert, während auf den zweiten Teil eine stetig ansteigende Kraft ausgeübt wird, bis sich die zwei Teile gegeneinander zu bewegen beginnen (Fd Max).

(Flachbett-)Reibungsprüfung in Horizontalebene

Um statische und dynamische Reibungskoeffizienten zu messen, ist es notwendig, ein Festbettinstrument zu verwenden. Diese Instrumente verwenden einen Motor, um einen Schlitten über die Probe zu ziehen, und verwenden eine Lastzelle, um die Kräfte zu messen.

Erste Prüfgeräte waren umgebaute Zugprüfmaschinen, die die Probe mit einer Schnur bewegten. Die Verwendung dieser Schnur wurde mittlerweile aus vielen Kalibrierstandards für die Reibungsmessung entfernt, da ihre eigene Elastizität eine Messunsicherheit mit sich brachte und sich die Probenpositionierung schwierig gestaltete.

Der Universal-Reibungstester (UFT) von Hanatek verwenden mechanische Kopplungen für die Kraftübertragung und eine automatische Schlittenplatzierung für eine höchst genaue Probenpositionierung mit verschiedenen Verweilzeiten vor der Prüfung.

Was sagt der Reibungskoeffizient (COF) über die Verpackungsgeschwindigkeit aus?

Der COF kann oft ein Indikator für die Vorschub- und Laufeigenschaften eines Produkts sein. Bei UV-beschichteten Lebensmittelkartons beispielsweise steht der Gleitfähigkeitskoeffizient mit der Formulierung der UV-Beschichtung, ihrer Aushärtung und dem Gewicht der Folie in Zusammenhang.

Kartons mit einem sehr niedrigen Reibungskoeffizienten können eine Herausforderung in der Handhabung darstellen, da sie schnell voneinander abrutschen und nicht leicht in Beschickungstrichter eingefüllt werden können.

Produkte mit einem hohen Reibungskoeffizienten hingegen kleben leicht aneinander und können Zuführungsfehler verursachen, da mehrere Kartons gleichzeitig in die Verpackungsanlage geleitet werden.

Unterschiedliche Verpackungsanlagen erfordern oft Produkte mit einem spezifischen Oberflächenreibungsprofil, um die höchstmögliche Vorschub- und Laufgeschwindigkeit zu erreichen. Nur wenn diese Werte gemessen und spezifiziert werden, kann ein Hersteller die maximale Produktivität erzielen.

Welche Parameter wirken sich auf die Werte für den Reibungskoeffizienten (COF) aus?

Der COF wird hauptsächlich durch die chemische Zusammensetzung der Oberfläche und das Oberflächenprofil beeinflusst. Bei Verpackungen ist das häufig eine Beschichtung. Der Gleitfähigkeitswiderstand wird mit chemischen Additiven angepasst wie Wachs oder Silikon, die das Profil auf Molekularebene umwandeln und die atomare Anziehung auf der Oberfläche verändern.

Andere wichtige Faktoren, die eine Auswirkung auf den COF haben, sind die Testgeschwindigkeit, die Normalkraft (Masse des Schlittens), der Kontaktbereich und die Geometrie der Probe. Diese Werte sind oft in der Testmethode spezifiziert (ASTM D1894 und ISO 8295).