Laboruntersuchungen helfen bei der Optimierung

Rund 3% unseres Lebens verbringen wir im Auto. Entsprechend starkes Gewicht legen Kfz-Designer und Ingenieure auf die Gestaltung des Innenraumes und dort speziell der Sitze. Unterstützt werden sie dabei u. a. von den Wissenschaftlern der Hohenstein Institute in Bönnigheim.

Das international renommierte Forschungs- und Prüfzentrum arbeitet seit über 60 Jahren im Bereich der faserbasierten Werkstoffe. Entsprechend werden im Auftrag von Autoherstellern und Zulieferern schwerpunktmäßig textile Ausstattungs- und Zubehör-Komponenten sowie solche aus Faserverbundstoffen bewertet und optimiert.

Bequem sitzen – entspannt fahren (Komfortprüfungen)

Optimal konstruierte Fahrzeugsitze tragen erheblich zur Verkehrssicherheit bei: Sie unterstützen die mentale und körperliche Leistungsfähigkeit des Fahrzeug-Lenkers insbesondere bei langen Fahrten durch eine ergonomische Sitzposition und gute Klima-Eigenschaften. Die Hohenstein Institute haben verschiedene Testmethoden entwickelt, mit denen sich der physiologische Komfort von Fahrzeugsitzen objektiv bestimmten und in der Folge optimieren lässt.

Aus ergonomischer Sicht spielt vor allem die Frage eine Rolle, ob ein Fahrzeugsitz den Körper des Fahrers mechanisch ausreichend abstützt, ohne ihn in eine unnatürliche Sitzhaltung zu zwängen. Gleichermaßen wichtig ist der klimatische Komfort. Wichtig ist dabei, dass Sitzbezug und das Innenleben des Sitzes in der Lage sind, den Wärmehaushalt und Feuchtetransport des Körpers in Abhängigkeit von den im Fahrzeug herrschenden Umgebungsbedingungen (Temperatur, Luftfeuchte) angemessen zu regulieren. Ist dies nicht der Fall, kann es zu unangenehmen Hitze- oder Feuchtestaus kommen, die den Fahrer belasten. Wenn Material und Design von Fahrzeugsitzen dagegen optimal aufeinander abgestimmt sindm entstehen sogenannte Ventilations-Effekt, d. h. es findet ein Luftaustausch zwischen Körper und Sitz statt, der für den Abtransport von überschüssiger Wärme und Feuchtigkeit sorgt.

Die Forscher an den Hohenstein Instituten haben vier Kenngrößen ermittelt, die physiologisch betrachtet den Komfort von Fahrzeug-Sitzen bestimmen: Der Initialwärmefluss bezeichnet das Wärme-Empfinden des Fahrers unmittelbar nach dem ersten Kontakt mit dem Sitz. Die Atmungsaktivität gibt an, wie schnell Feuchtigkeit vom Sitzmaterial abtransportiert werden kann. Die Wärmeisolation ist das Maß, wie gut ein Sitz den Fahrzeuglenker bei kalten Temperaturen wärmt und ihn bei heißen Umgebungsbedingungen vor einem Hitzestau bewahrt. Die Feuchtepufferung gibt darüber Aufschluss, wie viel Wasserdampf der Sitz aufnehmen kann, ohne sich subjektiv feucht anzufühlen. All diese Aspekte werden in den Laboren der Hohenstein Institute unter standardisierten Bedingungen bewertet und den Herstellern damit wichtige Hinweise zur Verbesserung von Konstruktion und Materialauswahl an die Hand gegeben.

Hygiene ist das A und O (Hygieneuntersuchungen)

Hohe Temperaturen in Kombination mit Feuchtigkeit machen den Innenraum von Fahrzeugen besonders im Sommer zu einem potenziellen Brutkasten für Bakterien und Pilze. Neben unschönen optischen Effekten wie Stockflecken können die Mikroorganismen die Ursache für unangenehme Gerüche sein, Allergikern Probleme bereiten und nicht zuletzt die Haltbarkeit der Innenausstattung signifikant reduzieren.

Im Sensorik-Labor der Hohenstein Institute lässt sich die Geruchsentwicklung reproduzierbar quantifizieren und eine Reihe von Fragestellungen beantworten: Hat das Material einen Eigengeruch? Entstehen Schlechtgerüche beim Befall mit Mikroorganismen?

Um der Ansiedlung von Bakterien und Pilzen entgegenzuwirken, kommen insbesondere in öffentlichen Verkehrsmitteln vermehrt antimikrobiell ausgerüstete Ausstattungsmaterialien zum Einsatz. Wie gut Textilien, Kunststoffe oder sonstige Oberflächen in der Lage sind, die Ansiedlung von Mikroorganismen zu verhindern, wird von den Hohenstein Experten die Wirksamkeit antimikrobieller Ausrüstungen praxisnah im Labor untersucht. Genauso wichtig ist es aber, die gesundheitliche Unbedenklichkeit von antimikrobiellen Ausrüstungen für die Fahrzeuginsassen sicherzustellen. Auch hierzu bieten die Experten der Hohenstein Institute eine Reihe standardisierter und international anerkannter Prüfmethoden an.

Auch die Wirksamkeit antiviraler Ausrüstungen wird anhand von standardisierten Labortests beurteilt. Neben Bakterien und Pilzen sind in den vergangenen Jahren Viren verstärkt in den Fokus von Hygienikern rund um den Globus geraten. Sogenannte „Neue Viren“ wie das Schweinegrippevirus A/H1N1 oder bekannte Viren wie Noroviren/Rotaviren befinden sich laut der Weltgesundheitsorganisation WHO auf dem Vormarsch. Zwar haben Viren keinen eigenen Stoffwechsel und können sich außerhalb von Wirtszellen nicht selbständig vermehren, doch eine Reihe wissenschaftlicher Studien belegen, dass Viren, ebenso wie Bakterien oder Pilze, durch Kleidung und Bedarfsgegenstände übertragen werden können.

Um Infektionsketten zu unterbrechen, werden daher bereits gezielt Produkte im öffentlichen Raum wie Griffe und Haltestangen in öffentlichen Verkehrsmitteln antiviral ausgerüstet. Der Trend zum Carsharing erhöht auch bei den Automobilherstellern auf Sicht den Druck, durch die Wahl antiviraler Textilien, Kunststoffe, Beschichtungen und Lackierungen mögliche Infektionsketten effektiv unterbrechen zu helfen.

Die Hohenstein Experten bieten deshalb nicht nur analog zu antimikrobiellen Produkten die Wirksamkeits- und Sicherheitsnachweise für antivirale Produkte an, sondern haben auch eigens Übertragungsmodelle für Krankheitserreger entwickelt. Mit diesen lassen sich mögliche Infektionsketten simulieren und die Platzierung der funktionalisierten Produkte in Fahrzeugen im Hinblick auf deren Unterbrechung strategisch planen.

Prima Klima (Schadstoffprüfungen und Untersuchungen zur biologischen Sicherheit)

Neue Herausforderungen für Autohersteller und deren Zulieferer bringt die zunehmende Zahl von Allergikern und empfindlichen Personen mit sich. Um diesem Personenkreis einen möglichst Beschwerde freien Aufenthalt im Fahrzeug zu ermöglichen, muss ein Kfz-Innenraum dauerhaft frei von Schadstoffen und Allergenen gehalten werden. Wichtig ist deshalb zum einen der Ausschluss von gesundheitlich bedenklichen Substanzen und allergenen Potenzialen bei den verwendeten Ausstattungsmaterialien. Zum anderen muss über den gesamten Nutzungszeitraum hinweg die Ansiedlung von Mikroorganismen und der Eintrag von außen, z. B. durch wirksame Filtersysteme, verhindert werden. Der Ausschluss von Schadstoffen und allergenen Potenzialen bei Ausstattungsmaterialien erfolgt an den Hohenstein Instituten mit Hilfe von Laboruntersuchungen – ganz ohne Tierversuche.

Im Rahmen der Schadstoffprüfungen nach OEKO-TEX® Standard 100 werden die Materialien im Hinblick auf über 100 Parameter untersucht. Diese umfassen sämtliche (inter-)national verbotenen Substanzen sowie eine Reihe von bekanntermaßen bedenklichen Stoffen und Einflussgrößen, die zur Gesundheitsvorsorge beitragen. Handelt es sich um bedenkliche Schadstoffe, können diese auch bei Personen ohne Prädisposition, wie z. B. Allergikern, zu gesundheitlichen Beeinträchtigungen führen. Aus diesem Grund werden der OEKO-TEX® Kriterienkatalog und die angewendeten Prüfverfahren jährlich den neuesten wissenschaftlichen Erkenntnissen angepasst. Zudem berücksichtigen die Labortests sämtliche mögliche Aufnahmewege von Schadstoffen (Einatmen, Schlucken, Hautresorption) ab. So wird beispielsweise großes Augenmerk auf die Extraktion bestimmter Schadstoffe mittels künstlicher Schweißlösung gelegt. In der Automobilindustrie eingesetzte textile Produkte, Lederartikel, Schaumstoffe, Polymerbestandteile sowie deren entsprechende Fasern und nicht-textile Artikel werden zudem im Hinblick auf mögliche Schadstoffemissionen untersucht. Dabei wird insbesondere festgestellt, ob und in welcher Quantität leicht flüchtige organische Substanzen und Gerüche freigesetzt werden. Dies geschieht in Abhängigkeit von der Menge der verwendeten Materialien, der Luftaustauschrate sowie der Temperatur im Fahrzeug-Innenraum. Die als Supplement des OEKO-TEX® Standards 100 angelegte Zertifizierung ist sowohl für einzelne Materialien als auch für komplette Fahrzeug-Innenausstattungen möglich und bezieht sich auf Produkte aller Verarbeitungsstufen. Voraussetzung für die Produktzertifizierung ist die Erfüllung der üblichen OEKO-TEX® Anforderungen sowie der spezifischen Zusatzbedingungen, die sich aus der Verwendung in Kfz-Innenräumen ergeben.

Aufbauend auf die substanzbezogenen Schadstoffprüfungen nach OEKO-TEX® Standard 100 bieten die Hohenstein Institute wirkungsbezogene Prüfungen zur biologischen Sicherheit von Produkten an. Diese sind insbesondere bei textilen Materialein mit direktem Körperkontakt wie Sitzbezüge sinnvoll. Mit Hilfe eines einfachen in-vitro Zellkulturtests werden so selektiv Allergiepotenziale bei der Verwendung unbekannter Farbstoffe, Farbstoffbestandteile oder anderer Chemikalien, für die bislang keine Sensibilisierungsdaten vorliegen, erfasst. Ergänzt werden können diese Analysen durch Prüfverfahren zur Zellschädigung (Zytotoxizität), DNA-Schädigung (Genotoxizität) und Irritation.

Nachhaltigkeit für Mensch und Umwelt (Untersuchungen zur Nachhaltigkeit)

Nachhaltigkeit ist ein globaler Megatrend, der im Fahrzeugbau insbesondere den kombinierten Einsatz von Chemie- und Naturfasern vorantreibt. Neben dem Aspekt der Nachhaltigkeit und der damit verbundenen Hinwendung zu nachwachsenden Rohstoffen, soll durch den Einsatz alternativer Materialien und Materialkombination vor allem Gewicht eingespart werden.

Ein zusätzlicher positiver Effekt bei der Verwendung nachwachsender Rohstoffe ist die Möglichkeit, diese durch natürliche Verrottung umweltfreundlich zu entsorgen. Die Kombination mit biologisch weniger gut abbaubaren Materialien auf Rohölbasis, aber auch die aus Hygienesicht durchaus sinnvollen antimikrobiellen Ausrüstungen können nach der Stillegung eines Fahrzeuges zum Problem werden. Oftmals stehen sie der zügigen und rückstandslosen Verrottung von Innenausstattung und Anbauteilen im Wege.

Um diesem Balanceakt gerecht zu werden, müssen die Materialeigenschaften genau analysiert und optimiert werden. Auch hierbei bieten die Laboruntersuchungen der Hohenstein Institute eine wertvolle Unterstützung. In realitätsnahen Modellen sorgen die Mikrobiologen der Hohenstein Instituten zum Beispiel für den Befall der Prüfmuster mit gefräßigen Schimmelpilzen. Anschließend wird das Material auf negative Veränderungen hin analysiert.

Um der globalen Ausrichtung der Automobilindustrie gerecht zu werden, setzen die Experten dabei nicht nur in Mitteleuropa heimische Mikroorganismen ein, sondern greifen auf ein Portfolio unterschiedlichster, weltweit verbreiteter Schimmelpilze zurück. Wie gut ein Material dem Angriff einer Vielzahl mikrobiologischer Angreifer standhält, entscheidet sich im Erdeingrabetest. Hier wird die Materialprobe unter normierten Bedingungen in biologisch aktive Erde eingegraben in welcher optimale Bedingungen für Bakterien und Pilze herrschen. In definierten Zeitabschnitten werden die Materialien analysiert und mit dem Neuzustand verglichen und daraus der biologische Abbau abgeleitet.

Im Rahmen der STeP by OEKO-TEX® Zertifizierung (Sustainable Textile Production) werden bei Textilproduzenten alle relevanten Unternehmensbereiche wie Qualitätsmanagement, Chemikalien-Einsatz, Umweltschutz, Umweltmanagement, soziale Verantwortung und Arbeitssicherheit durch unabhängige Auditoren analysiert und bewertet. Die Hohenstein Institute haben die Entwicklung von STeP by OEKO-TEX® maßgeblich vorangetrieben und bieten mit dieser Betriebsstättenzertifizierung u.a. auch Kfz- Herstellern die Möglichkeit, bereits bei der globalen Beschaffung/Wertschöpfung von textilen Materialien/Produkten Nachhaltigkeitskritierien zu berücksichtigen.

Kühlen Kopf bewahren

Um im Sommer einen angenehm kühlen, im Winter kuschelig warmen Innenraum zu erreichen, ist neben der Klimatisierung eine effektive Wärmedämmung der Fensterflächen besonders wichtig. Abgeleitet von der DIN EN 410 „Glas im Bauwesen“ ermitteln die Experten der Hohenstein Institute deshalb den sogenannten g-Wert als Maß für die Energiedurchlässigkeit von Materialien. Hersteller von Textilien, Fenster- und Verbundglas sowie anderen lichtdurchlässigen Materialien wie Folien können mit Hilfe der Untersuchungsergebnisse ihre Produkte gezielt im Hinblick auf einen geringen Energiedurchlass optimieren. Die mit einem kleinen g-Wert verbundenen Energieeinsparungen sowie Komfortaspekte und die Verbrauchersicherheit sind auch im Fahrzeugbau zunehmend wichtige Vermarktungsargumente.

Ohren auf!

Neben der Formgebung gehört die Optimierung der Geräuschkulisse zur Königsklasse der Kfz-Entwicklung. Inwieweit ein textiles Material oder ein Bauteil schalldämpfend wirkt und welche Geräusche andererseits durchströmender Wind verursacht, wird an den Hohenstein Instituten mit Hilfe akustischer Prüfstände untersucht.

Bei der akustischen Prüfung wird ermittelt, wie gut ein Material in der Lage ist, Geräusche abzuschwächen bzw. zu dämpfen.

Bei der aero-akustischen Prüfung wird im Gegensatz dazu untersucht, in welchen Frequenzspektren die Materialien selbst Geräusche verursachen, wenn sie einem Luftstrom ausgesetzt werden.. Auf dem Prüfstand der Hohenstein Institute, auf dem vom kleinen Labormuster bis hin zum kompletten Bauteil nahezu jedes Musterteil untersucht werden kann, werden dabei Windgeschwindigkeiten von bis zu 140 km/h simuliert.

Neben der Erfassung aero-akustischer Eigenschaften textiler Stoffe lassen sich auf diesem Wege auch ortsaufgelöst die Ursachen der Entstehung von Strömungsgeräuschen ermitteln. Mit diesem Wissen können die eingesetzten Textilien und Bauteile zusätzlich optimiert werden.

Farbenlehre für Fortgeschrittene (Spektroskopische Prüfungen)

Die Farbenpracht eines Regenbogens erfreut uns immer wieder aufs Neue. Im Verhältnis von Lieferanten und Kunden sorgen die über 350.000 Farbtöne, die ein menschliches Auge unterscheiden kann, dagegen regelmäßig für Ärger und Auseinandersetzungen.

Dabei ließe sich ein Großteil der Reklamationen aufgrund von Farbabweichungen vermeiden: Mit Hilfe instrumenteller und visueller Farbanalyse kann sichergestellt werden, dass die Farbwirkung auch bei verschiedensten Materialien und Oberflächen den Vorgaben entsprechen.

Bei der instrumentellen Farbmessung wird mit Hilfe des sogenannten Spektralphotometers die spektrale Reflexion von Untersuchungsmustern ermittelt. D. h. es wird untersucht, welche Anteile des weißen Lichtes von einer Materialprobe zurückgeworfen werden und damit deren Farbeindruck im menschlichen Auge begründen. Je nach Aufgabenstellung leiten die Experten der Hohenstein Institute aus den Spektraldaten die Normfarbwerte, Farbmaßzahlen oder Weißgrade nach verschiedenen international verbreiteten Formeln ab. Auch Farbdifferenzen zwischen Referenz- und Vergleichsmustern sowie Pass/Fail-Charakterisierungen lassen sich so ermitteln. Dies gilt sowohl für alle Arten von Textilien, Gläsern, Kunststoffen, als auch für Farben, Lacke und Beschichtungen, die auf Trägermaterialien appliziert sind.

Bei der visuellen Farbanalyse werden die Untersuchungsmuster von speziell geschulten Mitarbeitern unter normierten Lichtbedingungen beurteilt und verglichen. Bei der kontinuierlichen Qualitätssicherung arbeiten viele Unternehmen aus einer Kombination aus instrumentellen und visuellen Farbanalysen. Ihre Kenntnisse und Erfahrungen in diesem Bereich vermitteln die Experten der Hohenstein Institute regelmäßig in Workshops Mitarbeiter aus dem Bereich der Qualitätssicherung.

Darüber hinaus bieten die Hohenstein Institute für Qualitätsbeauftragte einen speziellen Sehtest (Farnsworth-Munsell 100-Hue-Test) an, mit dem sich Schwächen beim Farben-Sehen ausschließen lassen. Denn nicht alle Mitarbeiter sind aufgrund ihres Sehvermögens für die visuelle Farbbewertung geeignet: Ungefähr 8% der Männer und etwa 0,5% der Frauen müssen mit einer Farbsehschwäche leben. Meistens tritt diese Farbschwäche als so genannte Rot-Grün-Anomalie auf. Diese Menschen sind je nach Ausgeprägtheit dieser Farbsehschwäche nicht in der Lage z.B. grüne von roten Farbtönen zu unterscheiden. Da sich das Auge mit zunehmendem Alter verändert, müssen die Tests regelmäßig durchgeführt werden.

Für ein langes Fahrzeugleben (Reinigungsverhalten und Materialprüfung)

Last but not least sind die Anforderungen an die allgemeine Gebrauchstauglichkeit von Ausstattungsmaterialien im Fahrzeugbau extrem hoch.

Bei der Prüfung des Reinigungsverhaltens werden unterschiedliche Flecksubstanzen wie zum Beispiel Vogelkot, Kaolin, Eiscreme, Kakao, Blut, Banane auf die Materialien in definierter Form in die Mustermaterialien eingerieben oder auf diese aufgedruckt. Je nachdem wo die Materialien am Fahrzeug eingesetzt werden, erfolgt die Reinigung in der Folge durch ein standardisiertes Spray- oder Wischverfahren. Mit den gleichen Prüfverfahren lassen sich neben Oberflächenmaterialien auch Mittel zur Fahrzeugreinigung und -pflege bewerten und optimieren.

Besonderes Augenmerk gilt der Strapazierfähigkeit von Materialien im Fahrzeugbau. Das gilt sowohl im Hinblick auf mechanische Belastungen, als auch hinsichtlich extremer Belastungen durch Temperaturschwankungen und UV-Strahlung. Zu den Standardprüfungen, die das Material von Sitzbezügen oder Verkleidungsteilen absolvieren muss, gehört deshalb die Ermittlung der Scheuerbeständigkeit, Reißfestigkeit und UV-Beständigkeit sowie der Abgleich mit den Anforderungen der Auftraggeber.

Dabei ist wichtig, dass nicht nur Messungen im Neuzustand durchgeführt werden, sondern auch künstlich gealterte Prüfmuster die Anforderungen erfüllen. Ziel ist es, die Optik und Funktion der Ausstattungsmaterialien über den gesamten angestrebten Nutzungszeitraum uneingeschränkt sicherzustellen.

Kompetenz aus einer Hand

Dank ihres interdisziplinären Ansatzes und des breiten Spektrums an verfügbaren Prüfungen sind die Hohenstein Institute der optimale Partner für Fragestellungen rund um Kfz-Innenräume und Ausstattungsmaterialien. Hersteller und Zulieferer können so verschiedenste Aspekte der Produktperformance einzeln oder in Kombination miteinander beurteilen lassen. Die Hohenstein Experten verstehen sich dabei als aktiver Partner bei der Produktoptimierung und -Entwicklung. Die Auftraggeber profitieren dabei von den neuesten wissenschaftlichen Erkenntnissen, auf welche die Hohenstein Wissenschaftler durch ihre Beteiligung an zahlreichen internationalen Forschungsprojekten direkten Zugriff haben

Weiterführende Links

• Originalmeldung von Hohenstein Institute
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