FRAUNHOFER IPA- ABRIEBVERFAHREN · fraunhofer-institut fÜr produktionstechnik und automatisierung...
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FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR PRODUKTIONSTECHNIK UND AUTOMATISIERUNG IPA FRAUNHOFER IPA- ABRIEBVERFAHREN ENTWICKLUNG EINES NEUEN PRÜFVERFAHRENS ZUR BESTIMMUNG DER ABRIEBBESTÄNDIGKEIT VON BESCHICHTUNGEN Beschichtungen haben die Aufgabe das Produkt zu schützen und deko- rativ zu gestalten. Dabei sind die Beschichtungen ständig verschie- densten mechanischen und chemi- schen Belastungen ausgesetzt. Durch Neu- und Weiterentwicklungen, vor allem im Nanolack- aber auch im Pulver- und UV-Lackbereich, ist es einigen Herstellern in den letzten Jahren gelungen, noch kratz- und abriebfestere Lacksysteme herzu- stellen. Diese Beschichtungen sollen das jeweilige Produkt besser gegen mechanische Einflüsse wie Abrieb und Verkratzen schützen. Die allge- meinen Anforderungen hinsichtlich der Kratz- und Abriebbeständigkeit sind dadurch gestiegen. Das Problem Problematisch bei der Beurteilung der Materialalternativen ist die Auswahl der geeigneten Prüfmethoden zur Charakteri- sierung der genannten Eigenschaften. Eine bekannte Prüfmethode zur Bestimmung der Abriebfestigkeit ist das Taber-Abraser- Verfahren, daß jedoch bei vielen Anwen- dungen nicht ausreichend vergleichbare bzw. reproduzierbare Ergebnisse liefert. Der Grund hierfür liegt am Schleifstaub, der während des Prüfprozesses produziert wird und sich am Schleifrad festsetzt. Die- ser Schleifstaub beeinflußt unkontrolliert die nachfolgenden Schleifvorgänge. 1 Prototyp »Mini Martindale«. 2 Selbstausrichtendes Abriebrad. (Quelle: James Heal Ltd.) 3 Spezielle Freilaufkupplung mit Sperrklinke. (Quelle: James Heal Ltd.) Fraunhofer-Institut für Produktions- technik und Automatisierung IPA Nobelstraße 12 70569 Stuttgart Ansprechpartner Ulrich Hoffmann Telefon +49 711 970-1753 [email protected] Dipl.-Ing. (FH) Manh Hung Tran Telefon +49 711 970-1774 [email protected] www.ipa.fraunhofer.de © Fraunhofer IPA 200/3 04.2014/04.2014 1 2 3
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F R A U N H O F E R - I N S T I T U T F Ü R P R O D U K T I O N S T E C H N I K U N D A U T O M AT I S I E R U N G I PA
FRAUNHOFER IPA- ABRIEBVERFAHRENENTWICKLUNG EINES NEUEN PRÜFVERFAHRENS ZUR BESTIMMUNG
DER ABRIEBBESTÄNDIGKEIT VON BESCHICHTUNGEN
Beschichtungen haben die Aufgabe
das Produkt zu schützen und deko -
rat iv zu gesta l ten. Dabei s ind die
Beschichtungen s tändig ver schie -
densten mechanischen und chemi -
schen Belastungen ausgesetzt. Durch
Neu- und Weiterentwick lungen, vor
a l lem im Nanolack- aber auch im
Pulver- und UV- Lackbere ich, is t es
e inigen Hers te l lern in den let z ten
Jahren gelungen, noch krat z- und
abr iebfes tere Lacksys teme herzu-
stel len. Diese Beschichtungen sol len
das jewei l ige Produkt besser gegen
mechanische Einf lüsse wie Abr ieb
und Verkrat zen schützen. Die a l lge -
meinen Anforderungen hins icht l ich
der Krat z- und Abr iebbeständigkeit
s ind dadurch gest iegen.
Das Problem
Problematisch bei der Beurteilung der
Materialalternativen ist die Auswahl der
geeigneten Prüfmethoden zur Charakteri-
sierung der genannten Eigenschaften. Eine
bekannte Prüfmethode zur Bestimmung
der Abriebfestigkeit ist das Taber-Abraser-
Verfahren, daß jedoch bei vielen Anwen-
dungen nicht ausreichend vergleichbare
bzw. reproduzierbare Ergebnisse liefert.
Der Grund hierfür liegt am Schleifstaub,
der während des Prüfprozesses produziert
wird und sich am Schleifrad festsetzt. Die-
ser Schleifstaub beeinflußt unkontrolliert
die nachfolgenden Schleifvorgänge.
1 Prototyp »Mini Martindale«.
2 Selbstausrichtendes Abriebrad.
(Quelle: James Heal Ltd.)
3 Spezielle Freilaufkupplung mit
Sperrklinke. (Quelle: James Heal Ltd.)
Fraunhofer-Institut für Produktions-
technik und Automatisierung IPA
Nobelstraße 12
70569 Stuttgart
Ansprechpartner
Ulrich Hoffmann
Telefon +49 711 970-1753
Dipl.-Ing. (FH) Manh Hung Tran
Telefon +49 711 970-1774
www.ipa.fraunhofer.de
© Fraunhofer I PA 200/3 04.2014/04.2014
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Die Idee
Die Abteilung Beschichtungssystem- und
Lackiertechnik des Fraunhofer IPA hat aus
diesem Anlass ein alternatives Prüfverfahren
zur Bestimmung der Abriebfestigkeit von
Lacksystemen entwickelt. Hierbei sollen
folgende Kriterien berücksichtigt werden:
– einfache Handhabung
– geringe Anschaffungskosten
– niedriger Prüfaufwand
– schnelle Durchführung
– reproduzierbare Ergebnisse
– für viele Lacksysteme einsetzbar
– mobil
Als Basis für das Abrieb-Verfahren wird der
»Crockmeter« verwendet. Dieses Prüfgerät,
welches in der Textilindustrie standardisiert
ist, findet auch in der Automobilindustrie
Verwendung. Hier wird das Gerät zur Be -
stimmung der Kratzfestigkeit- und Pflege-
beständigkeitsprüfung von Lacken und in
internen Prüfvorschriften eingesetzt.
Das neue Verfahren
Das Prinzip des Abrieb-Verfahrens beruht
auf der linearen Hin- und Her Bewegung
Die bisher entwickelten Ideen wurden
aufgenommen und mit Hilfe von James
Heal entstand ein erster Prototyp, das
»Mini-Martindale« (siehe Abb. 1).
Die Auswertung
Die Auswertung der Tests erfolgt entweder
gravimetrisch mittels einer Präzisionswaage
oder per Tastschnittverfahren (Profilanalyse).
Bei der Profilanalyse wird ein, mit einer
Diamantspitze besetzter Stift quer zur
Abriebspur gezogen. Daraus ergibt sich ein
Höhenprofil.
Die aus dem Höhenprofil bestimmte Höhen-
differenz wird wiederum als Maß für
die Abrieb- bzw. Kratzbeständigkeit des
geprüften Lacksystems verwendet.
Vorteile des neuen Verfahrens
– gute Performance bei den Abriebtests
harter Beschichtungen (z. B. von kratz-
festen Klarlacksystemen, siehe Abb. 6)
– gute Unterscheidung von Beschichtungen
– hohe Genauigkeit und Reproduzierbarkeit
des Abriebrades, das bei einer Laufrichtung
mechanisch blockiert wird und somit den
Abriebeffekt bewirkt.
Die Blockierung des Rades wird hierbei
durch eine spezielle Freilaufkupplung
mit Sperrklinke (siehe Abb. 3) ausgeübt.
Die exakte Abstimmung zwischen Rad-
durchmesser und Laufweg gewährleistet,
dass der Abriebvorgang immer an einer
unbelasteten Fläche des Abriebrades
erfolgt (siehe Abb.4).
Dadurch wird der Einfluss des erzeugten
Abriebstaubes auf den nachfolgenden
Schleifvorgang stark minimiert.
Für eine Reproduzierbarkeit der Ergebnisse
ist es zwingend notwendig, dass das Ab-
riebrad immer plan auf der Beschichtung
aufsitzt. Die Ausrichtung des Rades wird
durch eine drehbar gelagerte Achse
gewährleistet (siehe Abb. 2)
Abhängig vom untersuchten Lacksystem
kann das Reibrad mit unterschiedlichen
Schleifmitteln umspannt werden.
Ab 2010 kam es zu einer Kooperation mit
der Fa. James Heal Ltd.
4 Abriebspuren auf
Schleifmedium.
5 Auswertung Profilanalyse.
6 Ergebnisse unterschiedlicher
kratzfester Klarlacksysteme.6
