Bauletter, BAULINKS.de-Meldungen, vom 1.3.2014

Wann haften raue Oberflächen?

Durch umfangreiche Computersimulationen wollen Lars Pastewka vom Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg und Mark Robbins von der Johns Hopkins University in Baltimore nun den fundamentalen Zusammenhang zwischen der Rauigkeit von Oberflächen, den mikroskopischen Kontaktkräften und der makrosko­pisch beobachteten Haftung entschlüsselt haben. Die Ergebnisse werden in der aktuellen Ausgabe der "Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America" vorgestellt und versprechen zahlreiche neue Lösungen für Haftungsprobleme.

Eine Frage der Adhäsion zwischen zwei Oberflächen

Klebebänder sollen kleben, Reifen auf der Straße haften – dagegen sollen Gläser auf der Theke eben nicht haften oder bewegliche Mikrosysteme nicht stecken bleiben. In allen Fällen fragen wir nach der Adhäsion zwischen zwei Oberflächen - sei sie erwünscht oder unerwünscht.

Aneinander haftende Oberflächen sind im Alltag eher die Ausnahme. So kleben Stifte, Papier oder unser Mobiltelefon üblicherweise nicht an den Oberflächen. auf denen sie liegen. Ein Physiker, Chemiker oder Ingenieur weiß jedoch, dass zwischen einzelnen Atomen, wenn sie sich nahe genug kommen, große Kräfte wirken. Theoretisch könnten selbst die schwächsten dieser Kräfte das Gewicht eines Kleinwagens auf der Fläche einer Euromünze tragen. Die Diskrepanz zwischen den immensen atomaren Kräften und der Tatsache, dass wir diese bei alltäglichen Objekten im Kontakt miteinander oft nicht spüren, wird als Adhäsionsparadox bezeichnet. Einer der Gründe für dieses Paradox ist vergleichsweise banal: Die meisten Oberflächen sehen auf atomarer Ebene aus wie die Schweizer Alpen und nicht wie die Norddeutsche Tiefebene: Sie sind rau. Die atomaren Kräfte wirken aber nur dort, wo bei Kontakt Bergspitze auf Bergspitze trifft. Die haftende Fläche ist somit auf einen Bruchteil der effektiven Fläche reduziert.

Adhäsion mit Werkstoffsimulation besser verstehen

Will man nun aber verstehen, wie und warum Oberflächen aufeinander haften - zum Beispiel zwei sehr glatte, sich berührende Glasscheiben -, dann braucht man einen ganzheitlichen Blick auf diese Systeme. Denn bei der Haftung greifen Bindungsmecha­nismen auf atomarer Skala, die Oberflächenrauheit und Deformationsprozesse der Kontaktwerkstoffe ineinander. "Kleine Änderungen in diesen mikroskopischen Prozessen können das Gleichgewicht zwischen den großen atomaren Kräften und der elastischen Deformation so kippen, dass auf makroskopischer Ebene Adhäsion unmittelbar spürbar wird und damit die Funktionsweise vieler technischer Systeme beeinflusst", erklärt Lars Pastewka. Bislang war der Blick auf diese verschiedenen Skalen nur bedingt möglich und erlaubte nur ein eingeschränktes Verständnis des Gesamtsystems. Dem Wissenschaftlerteam gelang nun wohl, die mikroskopischen Prozesse und deren Ein­fluss auf makroskopische Hafteigenschaften aufzuklären – mittels Computersimula­tionen. "Die direkte Simulation adhäsiver Kontakte bis in den Mikrometerbereich ist notwendig, um die Oberflächentopographie realistisch abzubilden und damit die Brücke zwischen mikroskopischer Oberflächenrauheit und makroskopischer Oberflächen­haftung zu schlagen", so der Simulationsexperte. Möglich wurde der Durchbruch durch die effiziente Implementierung eines Multiskalenmodells auf Hochleistungsrechnern. Die Ergebnisse, die das neue Modell liefert, unterscheiden sich signifikant von etablierten Modellen, die bis dahin nicht experimentell oder mittels Computersimulationen validiert werden konnten.

Adhäsionseigenschaften einstellen

Diese integrale Betrachtung des Zusammenspiels von Werkstoffeigenschaften, Oberflächenbeschaffenheit und Oberflächenchemie erklärt beispielsweise, warum ein Mikrosystem nicht spontan anhaftet und gibt Hinweise, wie Lecks in Dichtungen minimiert werden können. Das Modell der Experten verspricht Erklärungen für das Verhalten vieler weiterer technischer Systeme, wie für die Hafteigenschaften von Klebebändern, Gummi oder Elastomeren, aber auch für biologische Systeme sowie für die viel zitierten rutschfesten Füße der Geckos. Und die Wissenschaftler konnten offenbar zeigen, dass ihre Theorie einfache Vorhersagen liefern kann, die das zielgerichtete Design von haftenden und nichthaftenden Werkstoffen und der erforderlichen Oberflächenrauheit erlauben. ... Das wäre ja auch mal 'was für die Gebäudehülle:

Argelite prädestiniert für die thermische Fassadensanierung in des Dachdeckers Händen
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Eine nicht ganz einfache Bauaufgabe ist der An- und Umbau von kleine­ren Gebäuden im (kommunalen) Bestand hinsichtlich Wärmedämmung, Funk­tionalistät und ansprechender Gestaltung. Eine bauphysikalisch sichere, wirtschaftliche und dauerhafte Lösung dafür verspricht Wie­ner­berger mit der Argelite-Tonziegelfassade. weiter lesen

Fermacell Powerpanel HD als äußere (farbige) Direktbeplankung im Holztafelbau
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Ab sofort ist die zementgebun­dene Außenwandplatte Powerpanel HD auch als eingefärbte, witterungsbeständige Sichtbetonplatte verfügbar. Dazu wird sie werkseitig mit farbigen Pigmenten eingefärbt und kann u.a. mit offenen oder stumpf gestoßenen Fugen ausgeführt wer­den. weiter lesen

Fermacell Powerpanel H₂O für Außenanwendungen zugelassen
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Die aktuelle Erteilung der allgemeinen bauaufsichtli­chen Zulassung (abZ) durch das Deutsche Institut für Bautechnik (DIBt) ermöglicht jetzt auch den Einsatz der Powerpanel H₂O-Platte für hinterlüftete Vorhangfassaden und abgehängte Unterdeckenbekleidungen. weiter lesen

Wellplatte Thermowell - neu von Eternit - kombiniert Dachdeckung und Dämmung
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Mit Thermowell bringt Eternit eine gedämmte Wellplatte für den Neubau und die Sanierung von landwirtschaftlichen Bauten sowie Industrie- und Gewerbehallen, die nicht den Anforderungen der Energieeinsparveror­dnung (EnEV) unterliegen, auf den Markt. Thermowell kombiniert eine Wellplatte Profil 6 mit einer 40 mm dicken PUR-Dämmplatte. weiter lesen

Rheinzink veranstaltet monatlichen Referenzwettbewerb
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Mit Hilfe des Rheinzink-Referenzwettbewerbs haben Handwerker die Mög­lichkeit, ihre besten / interessantesten Projekte aus Titanzink on­line zu präsentieren. Unter allen eingegangenen Bewerbungen wählt das Unter­nehmen regelmäßig die Referenz des Monats aus. weiter lesen

Azengar: Neue strukturierte Oberfläche von VMZINC mit rauer Patina
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Mit Azengar erweitert VMZINC das Spektrum an vorbewittertem Titan­zink erstmalig um eine Oberfläche mit rauer, strukturierter Patina, die das Licht unterschiedlich reflektiert und neue optischen Möglichkeiten zur Gebäude­gestaltung bietet - mit einem Hauch Zeitlosigkeit. weiter lesen

Überarbeitet: VMZ Stulppaneel für vorgehängte, hinterlüftete Fassaden
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Das VMZ Stulppaneel für vorgehängte, hinterlüftete Fassaden wurde von VMZINC überarbeitet und ist in den sechs vorbewitterten Ober­flächen QUARTZ-ZINC, ANTHRA-ZINC sowie PIGMENTO rot, grün, blau und braun erhältlich. weiter lesen

„Metal Coat“: neue Schutzbeschichtung von Triflex für Metalldächer und -fassaden
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Um Dach- und Fassadenflä­chen aus Metall gegen Korrosion und Schlag­schäden zu schützen, hat Triflex die wasserdichte Funktionsbeschich­tung „Metal Coat“ entwickelt. Sie soll schnell trocknen, schlag- und stoßfest sein und die Lebensdauer von Dachkonstruktionen aus Zink, Aluminium oder Kupfer markant verlängern können. weiter lesen

„puren M“: PUR/PIR-Dämmung mit integrierter Traglattung wieder im Programm
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„puren M“, das PUR/PIR-Dämmelement für einschalige metallgedeckte Dä­cher und Fassaden hat Puren wieder ins eigene Lieferprogramm auf­genom­men. „puren M“ vereint Dämmebene und Befestigungsebene in einem Bau­teil und ermöglicht damit schlanke unbelüftete Konstruktio­nen. weiter lesen

Knauf Insulation Supafil nun auch als Einblasdämmung für zweischaliges Mauerwerk
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„Supafil“ ist ein loser, nichtbrennbarer Mineralwolle-Dämmstoff aus rei­ner Glaswolle ohne Bindemittelzusatz - 2013 von Knauf Insulation erst­mals vorgestellt. Als „Supafil Cavity Wall“ wurde er nun in Köln zur nach­träg­lichen Kerndämmung von zweischaligen, ungedämmten Außen­wänden lanciert. weiter lesen

Neue Putzträgerplatte und neues Putzsystem von Steico
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Steico hat in Köln die Putzträgerplatte STEICOprotect dry sowie das Putz­system STEICOsecur vorgestellt. Diese vergleichsweise leichte und stabile Holzfaser-Putzträgerplatte kann sowohl im Holzbau wie auch bei Massiv­bauten eingesetzt werden. Das Putzsystem verspricht großen Gestal­tungsspielraum und Farbauswahl. weiter lesen

„Energieplus FR“: Holzfaser-Putzträgerplatte von Homatherm mit geprüftem Flammschutz
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Mit „Energieplus FR“ hat Homatherm eine Putzträgerplatte vorgestellt, die als schwer entflammbar klassifiziert ist. Bisher zugelassen ist sie in den Gebäudeklassen 1 bis 3. Wie es in Köln hieß, sei die neue Putzträ­gerplatte darüber hinaus auch für Neubauten und Fassadensanierungen bis zu 13 m Traufhöhe (Gebäudeklasse 4) konzipiert. weiter lesen

Naturstein und Klinkerriemchen an WDVS-Holzbaufassaden?
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Das Dämmen von Fassaden ist heute eine Selbstverständlichkeit - im Holz­bau ebenso wie im Massivbau. Das WDV-System StoTherm Classic verfügt zudem über eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung, die neben Putzen auch die Oberflächengestaltung mit Klinkerriemchen, Feinsteinzeug, Kera­mik und Natursteinfliesen erlaubt. weiter lesen

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