Prüftechnik: Sportartikel auf dem Prüfstand

Prüftechnik

Sportartikel auf dem Prüfstand

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Sportartikelhersteller setzen bei der Entwicklung neuer Produkte auf moderne Prüftechnik, um eine ideale Funktion für Sportler garantieren zu können. Dafür werden auch Prüfmaschinen von Zwick eingesetzt.

„Break Free“, „Just do it“ – beinahe jeder kennt die bekannten Slogans, mit denen Sportartikelhersteller für ihre Produkte werben. Der individuelle Laufschuh, atmungsaktive Funktions-Shirts oder flexible Sonnenbrillen versprechen ideale Unterstützung beim schweißtreibenden Training. Damit einhergehend revolutionieren neue Fertigungsverfahren und Materialien in immer kürzeren Abständen die Sportartikel-Industrie. Bei der Entwicklung setzen die Hersteller auf moderne Prüftechnik, um eine ideale Funktion für die Sportler garantieren zu können.

Gerade der Sportschuh steht seit den 1950er Jahren im Fokus der Entwicklungen. Heutzutage sind diese ideal auf den Bewegungsablauf und auf das Belastungsprofil einer Sportart und den jeweiligen Untergrund abgestimmt. Ein Schuh besteht nach wie vor aus drei Komponenten: dem Obermaterial, der Zwischensohle und der Laufsohle. Den beiden Sohlen-Elementen kommt aus Sicht der Materialprüfung ein besonderer Fokus zu. So soll beispielsweise die Zwischensohle die auf den Sportler wirkenden Stoßbelastungen auf ein physiologisch unbedenkliches Niveau reduzieren. Die hier verwendeten Schaumstoffmischungen werden mithilfe einer dynamischen Prüfmaschine zum einen auf ihre Dämpfungseigenschaften überprüft, aber auch wie diese sich über die Zeit der Benutzung des Schuhs verändern. Mit einer Linearantriebs-Prüfmaschine (LTM) des Ulmer Herstellers von Prüfmaschinen, Zwick, können realitätsnahe Lastprofile auf unterschiedliche Stellen der Zwischensohle aufgebracht werden. Hierbei ist etwa die Belastungsintensität wichtig, da ein Läufer je nach Laufstil seinen Fuß um das drei- bis vierfache seines Körpergewichts belastet. Auch die Belastungsgeschwindigkeit muss exakt simuliert werden, um Aussagen über das Dämpfungsverhalten geben zu können.

Mit diesen sogenannten Ermüdungsprüfungen können unterschiedliche Parameter ermittelt und ausgewertet werden. Die aus den Be- und Entlastungsphasen mit der Prüfsoftware Test-Xpert R erstellte Hysteresekurve kann Rückschlüsse über das Dämpfungsverhalten beziehungsweise den Energieverlust pro Laufschritt geben. Ein solcher Versuch wird in der Regel mit rund 250 000 bis 300 000 Zyklen durchgeführt. So kann das „Leben“ eines durchschnittlichen Laufschuhs mit bis zu 700 km Gesamtlaufstrecke simuliert werden. Die Versuche finden teilweise in Temperier- oder Klimakammern statt, um sowohl die Umgebungstemperatur – wie die Benutzung des Schuhs im Winter – als auch die Luftfeuchtigkeit zu simulieren.

Prüfungen bis ins kleinste Detail

Neben Prüfungen am Komplettschuh, können auch Versuche an einzelnen Komponenten oder Materialien durchgeführt werden. Bei der Prüfung der Rückprall-Elastizität gemäß ISO 8307 (Kugelrückpralltest) beziehungsweise gemäß DIN 53512 (mit definiertem Pendelhammer) wird die Rücksprunghöhe von Schaumstoffen ermittelt, um Aussagen über deren Dämpfungseigenschaften machen zu können. Neben der Mittel-Sohle werden zahlreiche weitere Bestandteile eines modernen Sportschuhs auf ihre Funktionalität oder Standhaftigkeit geprüft. Hierzu gehören unter anderem Zugversuche an der Sohle, an Schnürsenkeln oder an den textilen Obermaterialien der Schuhe.

Auch im Bereich der Sporttextilien optimieren Hersteller stetig Materialien, Fasern und Technologien. Viele Forschungserkenntnisse fließen direkt in die Produkte der Textilindustrie ein. Trotz des aktuellen Trends zu zunehmend nahtlosen Produkten, sind die meisten Sporttextilien noch genäht. Die Nahtstellen sind gleichzeitig häufig die Schwachstellen der Textilien, weshalb die verwendeten Nähgarne auf ihre maximale Zugbelastbarkeit geprüft werden. Zugversuche an Nähgarn werden gemäß DIN EN ISO 2062 durchgeführt. Hierfür werden die Proben mithilfe von Schraub-Probenhalter in eine Material-Prüfmaschine eingespannt. Die Dehnung wird über den Traversenweg gemessen und die Prüfung wird in einem Kraft-Dehnungsdiagramm wiedergegeben. Die Einspannlänge beträgt 250 oder 500 mm. Von der Einspannlänge ist die Prüfgeschwindigkeit abhängig: Bei 250 mm Einspannlänge wird die Einstellung 250 mm/min verwendet, bei 500 mm Einspannlänge entsprechend 500 mm/min. Dieser Test ermittelt die Höchstzugkraft, die feinheitsbezogene Höchstzugkraft sowie die maximale Dehnung.

Einmal in Kett- und einmal in Schussrichtung geprüft.

Neben den Zugversuchen an Garnen und Fäden, sind vor allem Prüfungen an Flächengebinden in der Textilindustrie weitverbreitet. Gemäß DIN EN ISO 13934-1 werden 50 mm breite Streifenproben, sowohl im Normalklima als auch im nassen Zustand, einmal in Kett- und einmal in Schussrichtung geprüft. Aufgrund der Oberflächenbeschaffenheit der meist verwendeten Gewebearten werden bevorzugt Pneumatik-Probenhalter eingesetzt. In der genannten Norm wird die Ermittlung der Höchstzugkraft und Höchstzugkraft-Dehnung gefordert. Die Höchstzugkraft-Dehnung wird über den Traversenweg gemessen.

Ob Klett- und Reißverschlüsse oder Schnellschnür-Systeme – auch diese müssen bei funktioneller Sportbekleidung und -ausrüstung entsprechend geprüft werden. Zum Beispiel werden anhand der Norm BS 3084 unterschiedliche Reißverschlussarten sowie verschiedene zu prüfende Möglichkeiten wiedergegeben. Bei der Prüfung eines Kunststoffzippers wird der textile Teil des Reißverschlusses so eingespannt, dass der Zipper planmäßig aufliegen kann. Anschließend wird ein Zugversuch senkrecht zum Reißverschluss durchgeführt und bis auf das Versagen des Reißverschlusses oder des Zippers geprüft. Ziel ist die Ermittlung der maximalen Kraft, die in einem typischen Kraft-Weg-Diagramm dargestellt wird.

Wolfgang Mörsch, Sachgebietsleiter Marketing, Zwick, Ulm


Über den Hersteller

Kunden der Zwick Roell Gruppe profitieren von über 160 Jahren Erfahrung in der Material- und Bauteilprüfung. Die Ulmer Firma zählt zu den weltweit führenden Unternehmen in der statischen Prüfung und verzeichnet laut eigenen Angaben ein signifikantes Wachstum bei Betriebsfestigkeitsprüfsystemen. Im Geschäftsjahr 2016 erzielte das Unternehmen einen Umsatz von 210 Mio. Euro. Die Firmengruppe beschäftigt mehr als 1400 Mitarbeiter verteilt auf Produktionsstandorte in Deutschland (Ulm und Bickenbach), Großbritannien (Stourbridge) und Österreich (Fürstenfeld). Das Unternehmen verfügt über weitere Niederlassungen in Frankreich, Großbritannien, Spanien, USA, Mexiko, Brasilien, Singapur und China, sowie weltweite Vertretungen in 56 Ländern.

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