Dörken setzt Advanced Thermal Optics in der kontaktlosen Schichtdickenmessung ein

Viele verschiedene Einflüsse wirken auf Bauteile ein, die zur Korrosion führen können. Um die dadurch entstandenen Schäden zu minimieren, bedarf es eines sicheren Korrosionsschutzes, zum Beispiel durch Beschichtungslösungen. Die Schichtdicke einer solchen Beschichtung stellt ein zentrales Qualitätsmerkmal dar, da sie sämtliche funktionale Eigenschaften und eventuelle Passmaße von Bauteilen beeinflusst.

Die Zinklamellensysteme von Dörken sind eine mögliche Korrosionsschutzlösung. Sie bestehen aus vielen kleinen Zink- und Aluminium-Lamellen, die Bauteile verschiedener Größen und Anwendungsfälle schützen. Das System besteht für gewöhnlich aus einer Grundschicht, dem Basecoat, und einer Deckschicht, dem Topcoat. Der Basecoat ist dabei vorrangig für den Korrosionsschutz verantwortlich. Dank des darin enthaltenen Zinks bietet die Zinklamellenbeschichtung auf Eisenwerkstoffen einen kathodischen Schutz. Bei einer Verletzung der Beschichtung opfert sich das unedlere Zink im Basecoat zugunsten des edleren Stahluntergrundes. Der Topcoat fügt der Beschichtung multifunktionale Eigenschaften hinzu. Dazu gehören zum Beispiel chemische oder mechanische Beständigkeit, die Einstellung eines definierten Reibungszahlfensters oder die Farbgebung.

Das System zeichnet sich außerdem durch die geringe Schichtdicke aus. Bei Schichtdicken zwischen 8 und 20 μm werden Schutzwirkungen von mehr als 1.000 Stunden gegen Grundmetallkorrosion, also bei Stahl Rotrost, in der Salzsprühnebelprüfung nach DIN EN ISO 9227-NSS erreicht.

Korrosionsschutz hängt von der Schichtdicke ab

Die Schichtdicken werden grundsätzlich entsprechend dem gewählten Überzugssystem und der geforderten Schutzwirkung festgelegt. Wie stark der Korrosionsschutz von der Schichtdicke abhängt, also bis in der Salzsprühnebelprüfung Rotrost auftritt, geht aus der DIN EN ISO 10683 hervor (siehe Tabelle unten).

Um diese Trockenschichten zu erzeugen, stehen unterschiedliche Applikationsverfahren zur Verfügung. Auf die geeignete Viskosität eingestellt wird das Material über eine Verdünnung. Die definierte Nassschichtdicke wird anschließend zum Beispiel im Spritz- oder Tauch-Schleuder- Verfahren appliziert. Durch einen Trocknungs- bzw. Einbrennprozess in definierten Zeiten werden letztlich die entsprechenden Trockenschichten erzielt.

Wichtig für die Sicherstellung des Korrosionsschutzes ist es, dass die Schichtdicke begleitend zum Beschichtungsprozess gemessen wird. Zuverlässig, reproduzierbar, einfach, schnell und zerstörungsfrei – so sollte eine Schichtdeckenmessung im Idealfall aussehen. Darüber hinaus muss ein solches Verfahren auch auf stark gekrümmten Oberflächen von Schrauben oder Federn und nahe an Kanten oder in Ecken einsetzbar sein.

Verhältnis von Schichtdicke zu Korrosionsschutz

* Prüfung Salzsprühnebeltest angelehnt an ISO 10683

** Referenzschichtdicke schließt Base- und Topcoat ein

Die Tabelle veranschaulicht die Abhängigkeit der Schutzdauer von der Schichtdicke.

Nachteile von magnetinduktiven Verfahren

Ein weit verbreitetes Verfahren zur Schichtdickenmessung sieht wie folgt aus: Bei der kontaktierenden Messung mit dem magnetinduktiven Verfahren wird eine Messsonde von Hand auf die Oberfläche der Beschichtung positioniert. Durch abstandsabhängige Änderungen im elektromagnetischen Feld kann die Schichtdicke berechnet werden, was allerdings nur im getrockneten Zustand möglich ist. Durch die Rauheit der Grundmetalloberfläche entsteht eine relativ hohe Streuung der Messwerte und mehrere Messungen an einem Messpunkt sind für eine Mittelwertbildung erforderlich. Einige Bauteilgeometrien lassen dieses Verfahren jedoch an seine Grenzen stoßen. Bei Drähten von Federn, kleinen Bauteilen oder im Gewinde von Schrauben beispielsweise ist ein Aufsetzen der Sonde nicht möglich.

Advanced Thermal Optics heißt die neue Generation der Schichtdickenmessung

Aufgrund dieser Limitationen wurde ein Messverfahren basierend auf Advanced Thermal Optics entwickelt. Eine computergesteuerte Lichtquelle erwärmt dabei eine Oberfläche kurzzeitig. Der folgende dynamische Temperaturverlauf wird mit Hochgeschwindigkeits- Infrarot-Sensoren berührungslos aufgezeichnet. Speziell entwickelte Algorithmen rechnen diesen Verlauf dann in die Schichtdicke um. Mit einer Kalibration für die verschiedenen Beschichtungsstoffe können Beschichter so direkt im Anschluss an die Applikation noch auf der nassen Schicht die Schichtdicke messen. Mit dieser berührungslosen Messtechnik wird die notwendige Genauigkeit und Wiederholbarkeit erreicht, um eine Prozesssteuerung möglich zu machen oder bauteilspezifische Prozessoptimierungen durchführen zu können. Diese Messsysteme werden zur vollautomatisierten Schichtdickenmessung direkt in der Serienproduktion eingesetzt – unter anderem auch für die Messung von Zinklamellensystemen.

Coatmaster Flex nutzt Advanced Thermal Optics

Diese erprobte Technologie bietet das Unternehmen Coatmaster an – auch in Form eines Handgeräts mit dem Namen Coatmaster Flex. Mit dieser mobilen Lösung lassen sich ebenfalls getrocknete sowie nasse Schichten berührungslos messen – mit einer praktikablen Variationsmöglichkeit von Winkel und Abstand. Sie ermöglicht die Kontrolle sowohl des Base- als auch des Topcoats. Das Messgerät wird einmal für jeden Beschichtungsstoff kalibriert. Dies geschieht dadurch, dass seine Messsignale mit Hilfe einer Schliffuntersuchung der erzeugten Schicht abgeglichen werden. Mit der dann produktspezifisch abgespeicherten Applikation kann prozesssicher in circa einer Sekunde die Schichtdicke im definierten Messpunkt am Bauteil bestimmt werden. Bei der Kalibrierung einer nassen Schicht zeigt das Messgerät bereits die Schichtdicke an, die sich nach dem Einbrennen einstellt.

Die Mitarbeitenden von Dörken konnten sich in ihrem Tech-Center am Hauptstandort in Herdecke ein Bild von der Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Messung mit dem Handgerät machen. Sowohl im nassen als auch im trockenen Zustand misst das Handmessgerät die Trockenschichtdicken mit hoher Übereinstimmung mit der Schliffbetrachtung unter dem Lichtmikroskop.

Qualitätssicherung dank präziser Technologie

Dank der Möglichkeit zur Schichtdickenmessung auf noch nassen Bauteilen kann eine Prozessabweichung frühzeitig erkannt und korrigiert werden, bevor die Teile getrocknet bzw. eingebrannt werden. Außerdem ermöglicht die genaue und reproduzierbare Messung der getrockneten Schichten eine aussagekräftige Qualitätssicherung, die auch auf Teilen mit komplexerer Geometrie oder Teilen aus Edelstahl möglich ist.

Handmessgerät mit Cloud-Anbindung

Das Handmessgerät bietet darüber hinaus den Vorteil der Ortsunabhängigkeit durch Anbindung zur Cloud oder dem lokalen Server sowie die einfache Handhabe. Werden mehrere Geräte eingesetzt, können die bereits für Beschichtungsstoffe erstellten Applikationen über die Cloud auf alle Geräte geladen werden. Die Daten einer Messreihe, beispielsweise mit vielen verschiedenen Messpunkten auf Bauteilen auf einem Lackiergestell, können direkt grafisch dargestellt oder als Datei exportiert werden.

Dörken Coatings GmbH & Co. KG
www.dörken.de  

weitere Informationen