DE19612917A1 - Halterung für Probenbeschichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Halterung für Probenkörper, die mit einem Beschichtungsmittel, vorzugsweise Lack, mit definierter Schichtdicke beschichtet werden sollen.

Für die Beurteilung der Eigenschaften von Beschichtungsmitteln wie z. B. Anstrichmitteln, Lacken oder Kunststoffbeschichtungen, ist es erforderlich, im Labormaßstab unter definierten Bedingungen Probekörper mit dem Beschichtungsmittel zu versehen. Bei der Herstellung solcher Testbeschichtungen kommt es insbesondere darauf an, daß eine bekannte, definierter Schichtdicke erreicht wird. So werden z. B. bei Lacken und Farben im Rahmen einer mechanisch-technologischen Prüfung Eigenschaften wie Härte, Biegeelastizität, Stoßelastizität, Haftfestigkeit und Abriebfestigkeit geprüft.

Ein häufiger Test zur Bestimmung der Härte einer Lackschicht ist der sogenannte Pendel-Dämpfungstest nach König (DIN 53 157). Hierbei liegt ein rahmenförmiges Gestell mit einer Rahmeninnenseite über zwei Kugeln auf der zu prüfenden Beschichtung auf. Die Kugeln stellen die Lagerung bzw. Aufhängung des Pendelgestells dar. Die Schwingungsbewegung des Pendels führt zu einem oszillierenden Rollen der Kugeln der auf der zu prüfenden Beschichtung, welches durch die zu prüfende Beschichtung gedämpft wird, so daß eine einmal angestoßene Pendelbewegung schließlich zur Ruhe kommt. Die Zeitdauer für ein Absinken des Pendelausschlages unter einem unteren Grenzwert oder die Anzahl der Pendelschwingungen bis zur Erreichung dieses Grenzwertes stellen dann ein Maß für die erfolgte Dämpfung und somit für die Härteeigenschaften der Beschichtung dar. Denn je härter die Beschichtung ist, um so geringer fällt die Dämpfung der Pendelbewegung aus. Selbstverständlich spielt die Schichtdicke der zu prüfenden Beschichtung für das Ergebnis des Pendeltestes eine entscheidende Rolle. Es ist daher unbedingt erforderlich, definierte Schichtdicken einzuhalten, wenn die Ergebnisse des Pendeltestes vergleichbar und reproduzierbar sein sollen.

Die Herstellung von Probenbeschichtungen mit vorbestimmten Schichtdicken, wie sie z. B. für den obengenannten Pendeltest benötigt werden, wird im Labor häufig noch unter unzureichend kontrollierten Bedingungen durchgeführt. Dabei werden sogenannte Glasaufgüsse hergestellt, d. h. der zu beschichtende Probekörper, eine Glasplatte, wird im Überschuß mit dem Beschichtungsmittel übergossen, wobei man das überschüssige Mittel anschließend ablaufen läßt. Wenn die Glasplatte bei diesem Ablaufvorgang unter einem bestimmten Winkel geneigt ist (und Randparameter, wie z. B. Viskosität und Temperatur konstant sind), so verbleibt auf der Glasplatte schließlich eine Beschichtung mit definierter Schichtdicke. D.h., die erhaltene Schichtdicke ist von Glasaufguß zu Glasaufguß reproduzierbar und steht in einem festen Zusammenhang mit dem Neigungswinkel der Glasplatte. Sofern dieser Zusammenhang durch einmalige Messung ermittelt wurde, läßt sich durch Auswahl der Neigung der Glasplatte eine gewünschte Schichtdicke erzielen. Die Herstellung der Glasaufgüsse und das dabei entscheidende Einstellen des Neigungswinkels der Glasplatten wird in den Laborversuchen in der Regel von Hand ausgeführt. Dabei hängt das Ergebnis zu einem wesentlichen Maße von der Geschicklichkeit, Routine und Erfahrung des Ausführenden ab. Ein gleichbleibendes Beschichtungsresultat im Hinblick auf die Schichtdicke wird damit nicht im dem Maße garantiert, wie es für eine aussagekräftige Durchführung von Beschichtungsprüfungen wie z. B. im Pendeltest notwendig wäre. Ferner ergeben sich Schwierigkeiten beim Herstellen besonders dicker oder dünner Beschichtungen, welche extrem kleine bzw. große Neigungswinkel der Glasplatte erfordern.

Die vorliegende Erfindung hat sich demgegenüber die Aufgabe gestellt, eine Halterung für zu beschichtende Probekörper zur Verfügung zu stellen, mit der eine größere Anzahl von Probekörpern gleichzeitig mit einer definierten Schichtdicke beschichtet werden können, und die auf einfach Weise einen Wechsel zwischen verschiedenen Schichtdicken ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung bestehend aus einem wechselbaren Magazin und einer Stützvorrichtung gelöst. Das wechselbare Magazin enthält dabei mindestens einen Aufnahmeort, welcher einen zu beschichtenden Probekörper in einer vorbestimmten Position halten kann. Die Stützvorrichtung trägt das Magazin. Sie enthält zu diesem Zweck Stützelemente, welche die Enden des Magazins halten können, wobei mindestens eines dieser Stützelemente mehrere Lager in verschiedenen Höhen und/oder ein höhenverstellbares Lager hat, in welchen ein Ende des Magazins lagerbar ist. Die Stützelemente sind in ihrer Funktion somit mit den Stangen eines Statives vergleichbar, wobei sie sich im wesentlichen in die Vertikale erstrecken. Auf diese Weise läßt sich durch die Wahl der Höhe des Lagers, in welches das eine Magazinende eingelegt wird, die Neigung des Magazins variieren.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich auf einfache Weise Beschichtungen von Probenkörpern durchführen, bei welchen Probenkörper mit einer äußerst gut definierten und reproduzierbaren Schichtdicke erhalten werden. Die Zweiteilung der Vorrichtung in wechselbares Magazin und Stützvorrichtung führt dabei zu einer hohen Flexibilität der Halterung. Zum einen können mit Hilfe des Magazins Probenkörper gleich chargenweise vorbereitet, beschichtet und weiterverarbeitet werden, wobei die Stützvorrichtung nur für den Vorgang des Abfließens der überschüssigen Beschichtung von den Probenkörpern und eine eventuelle Antrocknung der Beschichtung benötigt wird. Es ist daher möglich, mit einer Stützvorrichtung mehrere Magazine mit Probenkörpern im kurzen Abstand hintereinander zu beschichten. Ferner kann die Stützvorrichtung zusammen mit verschieden ausgebildeten Magazinen verwendet werden. Hierdurch multiplizieren sich die Kombinationsmöglichkeiten, mit denen definierte Winkeleinstellungen der zu beschichtenden Probenkörper erzielt werden können.

In einer bevorzugten und besonders einfachen Ausgestaltung der Lager in den Stützelementen werden diese durch Auskerbungen gebildet, in welche die Enden des Magazins eingehängt werden können. Die Enden des Magazins tragen zu diesem Zweck vorzugsweise hervorstehende Aufhänger, z. B. in der Form einer durch das Magazin verlaufenden und nach außen hervorstehenden Stange.

Die Höhen der Lager in den Stützelementen werden vorzugsweise so gewählt, daß das eingehängte Magazin definierte Neigungswinkel annimmt, d. h. vorbekannte reproduzierbare und möglichst ganzzahlige Werte des Winkels. Sofern die Neigung des Probenkörpers relativ zum Magazin bekannt ist, läßt sich dann aus dem Neigungswinkel des Magazins durch Addition dieser beiden Winkel der Neigungswinkel berechnen, unter dem sich der Probenkörper insgesamt in der Haltevorrichtung befindet. Hierzu ist lediglich eine einfache Addition (oder Subtraktion) der Neigungswinkel von "Probenkörper relativ zum Magazin" und "Magazin in der Stützvorrichtung" erforderlich.

Sofern es sich bei den Probenkörpern um plattenförmige Gegenstände handelt, was z. B. bei den Glasplatten im Pendel-Dämpfungstest der Fall ist, wird das Magazin vorzugsweise so ausgestaltet, daß es Schlitze zur Aufnahme der Probenkörper trägt. Die in die Schlitze eingeschobenen Probenkörper nehmen dadurch einen definierten Neigungswinkel relativ zum Magazin an.

Anstelle einer bestimmten Anzahl von Lagern in vorgegebenen Höhen kann die Stützvorrichtung auch ein (stufenlos) höhenverstellbares Lager enthalten. Ein derartiges Lager kann z. B. dadurch realisiert sein, daß es durch eine Klemm- oder Schraubverbindung mit dem Stützelement verbunden ist. Die Höhenverstellung kann stufenlos erfolgen oder aber in bestimmten kleinen Schritten gerastert sein.

Letzteres erleichtert natürlich die reproduzierbare Einstellung eines bestimmten Höhenwertes.

Insbesondere für die Ausgestaltungen der Erfindung mit dem höhenverstellbaren Lager - aber nicht nur für diese - kann es vorgesehen sein, an der Halterung eine Skala zum Ablesen des Neigungswinkels des Magazins vorzusehen. Gerade bei der Verwendung von mehreren unter Umständen unterschiedlich langen Magazinen kann es sinnvoll sein, den Neigungswinkels des Magazins direkt ablesen zu können.

Eine bevorzugte Verwendung findet die erfindungsgemäße Halterung beim Beschichten von plattenförmigen Probekörpern für Beschichtungstest, insbesondere von Glasplatten für Pendel-Dämpfungstests. Weitere Beispiele für Tests sind solche zur Beurteilung der Trocknungs- und Filmbildungseigenschaften der Beschichtung. Auch eine Beurteilung der Deckkraft von Lacken ist mit der erfindungsgemäßen Halterung verbessert möglich, da es hierbei ganz entscheidend auf eine bestimmte Schichtdicke ankommt. Bei einem typischen Test zur Beurteilung der Deckkraft wird eine Glasplatte mit Lack beschichtet, und es wird geprüft, wie stark ein hinter die Glasplatte gehaltenes Schwarz-Weiß-Raster durchscheint.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Beschichtung von Probenkörpern mit definierten Schichtdicken in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung der oben geschilderten Art, welches aus den folgenden Schritten besteht:

• a) auf den Probenkörper wird eine ausreichende Menge des Beschichtungsmittels aufgebracht,
• b) der Probenkörper wird in das Magazin eingesetzt,
• c) das Magazin wird zwischen den Stützelementen der Stützvorrichtung gelagert, so daß die zu beschichtende Oberfläche des Probenkörpers einen definierten Neigungswinkel hat, und
• d) überschüssiges Beschichtungsmittel fließt vom Probenkörper ab, und die verbleibende Schicht härtet aus.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist ein besonders einfaches und dennoch reproduzierbares Beschichten von Probenkörpern möglich. Insbesondere ist es möglich, eine Anleitung für die Durchführung dieses Verfahrens aufzustellen, deren Befolgung das Ergebnis der Beschichtung weitgehend unabhängig von der Geschicklichkeit und Erfahrung des Ausführenden macht.

Im folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der Abbildung erläutert:

Die Zeichnung zeigt eine mögliche Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Halterung 1. Diese besteht aus dem Magazin 3 sowie einer Stützvorrichtung 5, welche sich ihrerseits aus den Stützelementen 5a, 5b zusammensetzt. Im vorliegenden Fall hat der zu beschichtende Probekörper 2 eine plattenförmige Grundform. Es kann sich z. B. um eine Glasplatte handeln, welche im Pen­ del-Dämpfungstest verwendet wird. Das Magazin 3 hat im wesentlichen die Form eines rechteckigen Rahmens. Die beiden kurzen Seiten des Rahmens bilden die Magazinenden 3a, 3b. In den einander gegenüberliegenden langen Seiten des Rahmens befinden sich Schlitze 4, in welche die Probenkörper 2 eingesteckt werden können. Ein Probenkörper 2 wird dabei immer von zwei einander in den beiden langen Rahmenseiten gegenüberliegenden Schlitzen 4 gehalten. Die Schlitze 4 haben relativ zur Längserstreckung des Magazins 3 eine bestimmte Neigung. Auf diese Weise wird der Probenkörper 2 schon innerhalb des Magazins 3 mit einem bestimmten Neigungswinkel α gehalten. In der Regel werden alle Schlitze 4 des Magazins 3 parallel zueinander liegen, d. h., sie haben dieselbe Neigung relativ zum Magazin 3. Dies ist sinnvoll, da in der Regel mehrere Probenkörper 2 unter gleichen Bedingungen in einer Charge beschichtet werden sollen. Es ist jedoch auch möglich, die Schlitze 4 innerhalb des Magazins 3 unter unterschiedlichen Neigungswinkeln auszuführen (wobei einander gegenüberliegende Schlitze jedoch die gleiche Neigung haben), so daß innerhalb eines einzigen Magazines gleichzeitig Probenkörper unter verschiedenen Neigungswinkeln beschichtet werden. Eine derartige Anordnung kann z. B. sinnvoll sein, wenn eine Testserie mit in Schritten verschieden stark beschichteten Probenkörpern durchgeführt werden soll.

Die Stützvorrichtung 5, welche so ausgestaltet ist, daß sie stabil und sicher an einem Platz aufgestellt werden kann (z. B. in einer Auffangwanne für ablaufendes Lackmaterial unter einem Abzug im Labor), besteht in der Ausgestaltung nach der Abbildung aus den zwei Stützelementen 5a und 5b. Beim Stützelement 5b handelt es sich lediglich um eine einfache Grundplatte, auf welches sich das eine Ende 3b des Magazins abstützt. Die Funktion des Stützelementes 5b kann daher auch ggfs. vom Tisch oder Boden des Labors übernommen werden. Wichtig ist dagegen das Stützelement 5a, welches in verschiedenen Höhen Lager 6 trägt. Im vorliegenden Fall besteht das Stützelement 5a im wesentlichen aus zwei zueinander parallelen, senkrechten Streben, die jeweils in gleicher Höhe eine Einkerbung 6 tragen. In die auf gleicher Höhe einander gegenüberliegenden Einkerbungen 6 des Stützelementes 5a kann das eine Ende 3a des Magazins 3 eingehängt werden. Als Aufhänger für das Magazinende 3a dient dabei eine am Ende quer durch das Magazin verlaufende Stange 7.

Durch das Einhängen des Magazinendes 3a in die verschiedenen Lager 6 des Stützelementes 5a wird dieses Magazinende in verschiedenen Höhen gelagert, während das andere Ende 3b des Magazins immer auf derselben Höhe, nämlich der des Stützelementes 5b, bleibt. Hierdurch stellen sich verschiedene Neigungswinkel β des Magazins 3 ein. Zu diesen Neigungswinkeln β addiert (oder subtrahiert) sich der Neigungswinkel α, den der Probekörper 2 durch die Schlitze 4 bereits relativ zum Magazin 3 hat. In der Vorrichtung gemäß der Abbildung tragen beide Magazinenden 3a, 3b eine Aufhängevorrichtung 7, d. h., die Rolle dieser beiden Magazinenden kann vertauscht werden. Je nachdem, welches der Magazinenden 3a oder 3b in dem Stützelement 5a eingehängt wird, addieren oder subtrahieren sich die Winkel α, unter denen die Schlitze 4 relativ zum Magazin 3 geführt sind, zu dem Neigungswinkels β des Magazins als Ganzes. Durch ein einfaches Umdrehen des Magazins kann somit die Zahl der einstellbaren absoluten Neigungswinkel (bezogen auf die Horizontale) für den Probenkörper 2 noch einmal verdoppelt werden. Ebenso wäre es denkbar, anstelle eines horizontal verlaufenden Stützelementes 5b ein vertikal verlaufendes Stützelement anzuordnen, welches dem Stützelement 5a ähnelt. Sofern die Lager innerhalb eines solchen vertikal verlaufenden Stützelementes in anderen Höhen gewählt würden als in dem Stützelement 5a, wäre durch das wahlweise Einhängen des Magazins 3 in einem Lager des Stützelementes 5a und einem anderen Lager des Stützelementes 5b eine große Anzahl von Winkelkombinationen für den absoluten Neigungswinkel des Magazin 3 einstellbar.

Mit der beschriebenen Vorrichtung konnten z. B. 2-Komponenten-Klarlacke auf gereinigte und entfettete Glasplatten (Größe: 120 × 90 × 3 mm) mit Schichtdicken von 30 µm und 50 µm aufgebracht werden. Hierzu mußten Neigungswinkel der Glasplatten von 15° (für 30 µm) und von 5° (für 50 µm) relativ zur Horizontalen eingestellt werden. Dabei wurden die Schlitze 4 im Magazin 3 so angelegt, daß sie bei horizontal stehendem Magazin einen Neigungswinkel α von 15° relativ zur Horizontalen haben. Wird dann das Magazin derart in die Haltevorrichtung eingesetzt, daß es einen Neigungswinkel β von 10° relativ zur Horizontalen hat, so kann sich diese Neigung, je nachdem welches Ende des Magazins aufgerichtet wird, zur Neigung der Schlitze addieren (zu 25°) oder von diesen subtrahieren (zu 5°). Gerade für den Bereich kleiner Winkel (z. B. 5°) war es bisher kaum reproduzierbar möglich, zu beschichtende Glasplatten zu lagern.

Die Anwendung der erfindungsgemäßen Halterung ist selbstverständlich bei Beschichtungstests der unterschiedlichsten Lacke und Beschichtungsmittel einsetzbar. Sie ist daher nicht auf 2-Komponenten-Lacke beschränkt, sondern auch für Öllacke, Nitrolacke, insbesondere mit synthetischen Harzen wie Alkyd-, Maleinat, Harnstoff-, Melamin-, Acryl-, Polyamid- oder Polyurethanharze, Celluloseesterlacke, Chlorkautschuklacke, Polyvinylharzlacke, Epoxidharzlacke und Polyurethanlacke, ggfs. auch Pulverlacke, einsetzbar.

Ebenso kann sie zum Herstellen definierter Kunststoffüberzüge verwendet werden.

Bezugszeichenliste

1 Halterung
2 Probekörper
3 Magazin
3a, 3b Magazinenden
4 Aufnahme
5 Stützvorrichtung
5a, 5b Stützelemente
6 Lager
7 Aufhänger
α Neigungswinkel der Schlitze relativ zum Magazin
β Neigungswinkel des Magazins relativ zur Horizontalen

Claims (8)

1. Halterung (1) für mit definierter Schichtdicke zu beschichtende Probekörper (2), dadurch gekennzeichnet, daß

• A) sie ein wechselbares Magazin (3) mit mindestens einem Aufnahmeort (4) enthält, welcher einen Probekörper (2) in vorbestimmter Position halten kann,
• B) sie stativartige Stützelemente (5a, 5b) enthält, die die Enden (3a, 3b) des Magazins (3) halten können,
• C) mindestens eines der Stützelemente (5a) mehrere Lager (6) in verschiedenen Höhen und/oder ein höhenverstellbares Lager hat, worin ein Ende (3a) des Magazins (3) lagerbar ist, so daß sich durch die Wahl der Höhe des Lagers (6) der Neigungswinkel (β) des Magazins (3) relativ zur Horizontalen variieren läßt.

2. Halterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager in den Stützelementen (5a) durch Auskerbungen (6) gebildet werden, in welche die Enden (3a, 3b) des Magazins (3) eingehängt werden können, wobei die Enden (3a, 3b) zu diesem Zweck vorzugsweise hervorstehende Aufhänger (7) tragen.

3. Halterung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhen der Lager (6) so gewählt sind, daß der Neigungswinkel (β) des Magazins (3) definierte Werte annimmt.

4. Halterung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Magazin (3) Schlitze (4) zur Aufnahme plattenförmiger Probenkörper (2) trägt, wobei die zu beschichtende Oberfläche des eingesetzten Probenkörpers einen definierten Neigungswinkel (α) relativ zum Magazin annimmt.

5. Halterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das höhenverstellbare Lager durch eine Klemm- oder Schraubverbindung mit dem Stützelement verbunden ist.

6. Halterung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer Skala zum Ablesen des Neigungswinkels des Magazins (3) versehen ist.

7. Verwendung der Halterung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zum Beschichten von plattenförmigen Probekörpern für Beschichtungstests, insbesondere von Glasplatten für Pendel-Dämpfungstests.

8. Verfahren zur Beschichtung von Probekörpern (2) mit definierten Schichtdicken in einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) auf den Probenkörper (2) eine ausreichende Menge des Beschichtungsmittels aufgebracht wird,
• b) der Probenkörper (2) in ein Magazin (3) eingesetzt wird,
• c) das Magazin (3) zwischen den Stützelementen (5a, 5b) gelagert wird, so daß die zu beschichtende Oberfläche des Probenkörpers (2) einen definierten Neigungswinkel relativ zur Horizontalen hat, und
• d) überschüssiges Beschichtungsmittel vom Probenkörper (2) abfließt und die verbleibende Schicht aushärtet.