EP1558909A1 - Vorrichtung zur prüfung der kratzfestigkeit von oberflächen - Google Patents

Vorrichtung zur prüfung der kratzfestigkeit von oberflächen

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Publication number
EP1558909A1
EP1558909A1 EP03769378A EP03769378A EP1558909A1 EP 1558909 A1 EP1558909 A1 EP 1558909A1 EP 03769378 A EP03769378 A EP 03769378A EP 03769378 A EP03769378 A EP 03769378A EP 1558909 A1 EP1558909 A1 EP 1558909A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tube
pipe
sample holder
opening
gas flow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03769378A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas BÜRGEL
Georg Lamp
Robert Maleika
Leslaw Mleczko
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Covestro Deutschland AG
Original Assignee
Bayer MaterialScience AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayer MaterialScience AG filed Critical Bayer MaterialScience AG
Publication of EP1558909A1 publication Critical patent/EP1558909A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/56—Investigating resistance to wear or abrasion
    • G01N3/567—Investigating resistance to wear or abrasion by submitting the specimen to the action of a fluid or of a fluidised material, e.g. cavitation, jet abrasion
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N2015/1006—Investigating individual particles for cytology

Definitions

  • the invention relates to a device for testing the scratch resistance of surfaces.
  • the scratch resistance is tested by means of a gas stream mixed with solid particles, which flows over the surface to be tested.
  • the north direction is used in particular for the practical simulation of scratching processes on automobiles while driving through dirt particles, flying sand or the like. in the headwind.
  • the sand trickle method (DL ⁇ 52 348) is one of the standardized ner methods for testing scratch resistance.
  • the surface of a test specimen is scratched by a well-defined standard sand that falls through a downpipe from a height of 1650 mm.
  • the amount of sand is set at 3 kg. The speed of impact of the sand results directly from the drop height
  • the surfaces of the test specimens lying on the turntable of the wear tester are subjected to sliding wear by two friction wheels rotating in the opposite direction.
  • the friction wheels from Teledyne Taber (USA), type CS 10 F consist of a defined fine-grained abrasive that is embedded in rubber. To simulate the abrasive load on the surfaces of vehicle parts in the wind due to flying sand, dirt particles or the like.
  • the Taber Abraser test has the disadvantage that the contact pressure of the wearing medium on the test specimen is optional
  • Gas particle stream leads to the sample surface, is spaced from the specimen, which is kept free in space. This means that the gas particle stream flows freely between the outlet of the nozzle tube and the sample surface, which can lead to turbulence and turbulence in the area of the sample surface. A well-defined flow and thus a reproducible scratching of the
  • the sample surface is therefore not given.
  • the object of the present invention was to provide a device for testing the scratch resistance of surfaces which does not have the disadvantages mentioned.
  • the invention relates to a device for testing the scratch resistance of surfaces of a test specimen by means of a gas stream mixed with solid particles, at least comprising a tube, which is exchangeable, for directing the gas flow onto a sample holder with the surface to be tested, whereby to generate the Gas flow, a blower is provided at the pipe inlet or a suction device at the pipe outlet and a metering device at the pipe inlet or downstream along the pipe for metering the solid particles into the gas stream, the pipe being angled in the area of the pipe outlet and the angled pipe part at the angle opening on which the sample holder is detachably connected to the tube, or a sample holder is provided on the angle instead of the opening inside the angled tube part, the opening being positioned with the sample holder or the sample holder in the interior of the tube such that the gas flow a is aimed at the sample holder.
  • the sample holder is used to attach the test surface to the side opening of the tube, which is located at the angle in the angled part of the tube, ie in the direction of flow behind the angle.
  • the side opening is positioned so that the gas flow is directed at the sample holder with the surface to be tested.
  • a sample holder can also be provided in the interior of the tube, which is also positioned such that the gas stream loaded with particles is directed onto the sample holder. In this alternative, no opening is provided on the angle.
  • the sample holder can be, for example, a plate or a cuboid on which the surface to be tested is applied or with the aid of which the sample surface is pressed against the pipe opening. The sample holder is accordingly detachably connected to the tube.
  • the sample holder can be reproducibly attached to the opening. If a suction device is used to generate the gas flow, the suction pressure can possibly be strong enough to press the test specimen against the opening, so that no additional fastening means is necessary.
  • the tube through which the gas stream containing solid particles is passed is interchangeable, i.e. it is detachable with the other components of the device, in particular the metering device, the sample holder and the suction device or the like used for gas flow generation. connected.
  • This has the advantage that the tube can be exchanged for another tube with a different angle by simple handling. In this way the flow angle at which the sample surface is checked can be varied.
  • the angle of the tube, and thus the angle of flow is preferably 5 to 90 °.
  • the tube can have any cross sections. However, it preferably has a square cross section.
  • the diameter of the tube is essentially constant over the entire length of the tube.
  • the ratio of the diameter to the length of the pipe is decisive, the relevant length of the pipe being the distance between the dosing device and the opening or the sample holder with the test surface.
  • the diameter of the tube and the length of the tube between the metering device and the opening are preferably in a ratio of 1: 5 to 1: 100, particularly preferably 1:20 to 1:30, to one another.
  • the diameter of the tube is to be understood as the edge length of the tube.
  • changes in cross section, and thus local changes in speed, in the area of the angle, ie in the area of the sample surface can be avoided.
  • a particular advantage of the device according to the invention is that the sample holder is attached to the side opening in the region of the tube angle in such a way that it completely covers the opening.
  • the tube is thus closed with the exception of the openings at the inlet and outlet of the tube and, if appropriate, an additional opening for metering the solid particles into the gas stream.
  • the sample surface to be tested faces the inside of the tube and is therefore from the
  • the gas flow for example an air flow
  • the gas flow is generated by overpressure with the aid of a compressor, blower or the like or by negative pressure with the aid of a vacuum pump or a suction device or the like.
  • Solids particles can be added to the gas flow in a regulated or unregulated manner, but preferably distributed over a certain period of time. This can be done, for example, using a gravimetrically controlled metering device. Alternatively, a funnel based on the hourglass principle can also be used as a metering device.
  • a control valve is attached to the pipe to regulate the flow rate.
  • the flow rate of the gas stream mixed with solid particles is preferably adjustable in the range from 1 to 100 m / s, particularly preferably from 5 to 50 m / s.
  • the suction device or the blower for generating the gas flow is suitable, for example, for testing surfaces made of glass, metal, ceramic or plastic, for example paints.
  • the materials mentioned can also serve as a substrate which is provided with a coating to be tested made of glass, metal, ceramic or plastic, for example lacquers.
  • granular solids can be used as particles, for example made of sand, metal or metal oxide.
  • the particle size is preferably from 10 to 2000 ⁇ m.
  • the density of the solid particles is preferably from 500 to 22000 kg / m 3 , particularly preferably from 1000 to 10000 kg / m 3 .
  • Amounts of particles of 1 to 10 g are usually metered into the gas stream. Depending on the type of particles and the surface to be tested, however, any desired smaller or larger amounts can also be used.
  • the loading of the gas stream with solid particles is preferably from 0.1 to 500 g / m 3 .
  • FIG. 1 shows a diagram of a preferred embodiment of the device according to the invention.
  • An air flow flows through the square tube 1 with an inner edge length of 36 mm and is generated with the aid of a suction device 3.
  • a where defined mass of sand or the like is via a funnel 7. fed.
  • the funnel 7 has a height of 50 mm and an outlet opening of 2 mm at an opening angle of 40 °.
  • the funnel is positioned by means of spacers above the inlet opening of the tube 1, so that air can flow laterally into the tube opening. By varying the height of the spacers, the width of the gap through which air enters laterally, and thus the speed, can be varied. As a result, the particles can be mixed into the air flow if necessary be optimized so that the most homogeneous possible distribution is achieved by turbulence of the air flow in the pipe entry area.
  • the vertically arranged tube 1 has an angle of 45 ° at the lower end, at which an opening 6 is located.
  • the opening 6 with a size of 57 x 34 mm is in particular below the angle, i.e. in the direction of flow behind the angle, on the outer side of the square tube 1.
  • a sample holder 2 is attached to the tube.
  • the opening 6 with the sample holder 2 is thus positioned at the angle that the gas flow is directed at the sample.
  • the sample holder 2 is in particular detachably connected to the tube 1.
  • the sample holder 2 is a plate, e.g. is pressed against the opening of the tube with the help of spiral springs. In this arrangement, the surface to be tested on the sample holder 2 points into the interior of the tube 1 and thus forms an inner surface of the tube at the opening 6.
  • the air flow mixed with particles therefore flows onto the sample surface at a defined angle of 45 °.
  • the tube 1 is detachable with the exhaust hose 8 or the like. connected.
  • the pipe 1 is connected to the exhaust hose 8 with the aid of screw or flange connections. This makes it possible to easily replace the tube 1 by a tube with a different angle.
  • the length of the tube between metering device 7 and opening 6 or sample holder 2 is 1 m.
  • the volume flow, and thus the flow velocity, is regulated.
  • the particles with which the air stream has been mixed are separated by a cyclone and by filters.
  • the flow rate of the exhaust air cleaned in this way is detected by a thermal flow sensor 4. example
  • specimens with a surface made of Makrolon® polycarbonate from Bayer were tested for their scratch resistance.
  • the surface was not additionally scratch-resistant coated.
  • the specimens had a size of 40 x 60 mm with a thickness of 2 mm.
  • the opening of the tube is 34 x 57 mm, which corresponds to the area of the test surface.
  • Quartz sand with a grain size distribution of 125 to 250 ⁇ m was used as the solid particle.
  • 3.5 g of quartz sand with a density of 1500 kg / m 3 was metered into the air stream with the aid of a funnel with a height of 50 mm and an outlet opening of 2 mm at an opening angle of 40 °.
  • the time span in which the quartz sand trickled into the pipe via the funnel was - depending on the selected flow velocity of the air flow - a maximum of 15 s. This corresponds to the duration of the abrasive load on the test surface.
  • the length of the tube between the tube inlet opening with the metering device and the sample surface was 1 m.
  • the tube inner edge length was 36 mm.
  • the angle of attack was 45 °.
  • the air flow was generated with the aid of a suction device.
  • Turbidity meter from HunterLab, model D25D2P, measured according to ASTM Dl 003-95.
  • a cloudy, transparent sample is illuminated with a parallelized light beam and the proportion of the light diffusely scattered by the sample is determined in comparison to the total intensity.
  • a circular section of the sample surface was taken with a light beam
  • the optical haze in% corresponds to the proportion of light diffusely scattered by the sample compared to the total intensity of the light.
  • the dependence of the optical turbidity on the flow velocity can be clearly seen, the measured values being very reproducible.
  • the relative standard deviation is less than 2.3%.
  • Table 1 Optical turbidity depending on the flow velocity.
  • Table 2 Optical turbidity at various measuring points on the test surface

Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Vorrichtung zur Prüfung der Kratzfestigkeit von Oberflächen eines Probekörpers mittels eines mit Feststoffpartikeln versetzten Gasstroms, wenigstens umfassend ein Rohr (1), welches austauschbar ist, zur Lenkung des Gasstroms auf einen Probenhalter (2) mit der zu prüfenden Oberfläche, wobei zur Erzeugung des Gasstroms ein Gebläse am Rohreingang oder eine Saugvorrichtung (3) am Rohrausgang vorgesehen ist sowie eine Dosiervorrichtung (7) am Rohreingang oder stromabwärts entlang des Rohres zur Dosierung der Feststoffpartikel in den Gasstrom. Das Rohr ist im Bereich des Rohrausgangs gewinkelt, wobei der abgewinkelte Rohrteil an dem Winkel eine Öffnung (6) aufweist, an welcher der Probenhalter (2) mit dem Rohr (1) lösbar verbunden ist, oder anstelle der Öffnung (6) im Inneren des abgewinkelten Rohrteils an dem Winkel ein Probenhalter (2) vorgesehen ist. Die Öffnung mit dem Probenhalter oder der Probenhalter im Innern des Rohres ist so positioniert, dass der Gasstrom auf den Probenhalter gerichtet ist.

Description

Vorrichtung zur Prüfung der Kratzfestigkeit von Oberflächen
Die Erfindung betrifft eine Norrichtung zur Prüfung der Kratzfestigkeit von Ober- flächen. Die Prüfung der Kratzfestigkeit erfolgt mittels eines mit Feststof artikeln versetzten Gasstroms, welcher über die zu prüfende Oberfläche strömt. Die Norrichtung dient insbesondere zur praxisnahen Simulation der Nerkratzungsvorgänge an Automobilen im Fahrbetrieb durch Schmutzpartikel, Flugsand o.dgl. im Fahrtwind.
Verschiedene, teilweise genormte, Nerfahren zur Prüfung der Kratzfestigkeit von
Oberflächen sind aus dem Stand der Technik bekannt. All diesen Nerfahren ist gemein, dass die Oberfläche von Probekörpern durch Festkörper hoher Härte entweder mit mehreren Kontaktpunkten, beispielsweise durch lose oder gebundene Partikel, oder mit nur einem Kontaktpunkt, beispielsweise einer Diamantspitze, durch eine berührende Relativbewegung verkratzt werden. Bei allen beschriebenen Nerfahren erfolgt in der Regel nach der Nerkratzung der Oberflächen eine Analyse der optischen und/oder topografischen Eigenschaften der Oberfläche. Dies erfolgt z.B. durch eine Messung der optischen Trübung, des Glanzes oder durch Untersuchungen im Licht-, Rasterelektronen- oder Atomkraftmikroskop.
Zu den genormten Nerfahren zur Prüfung der Kratzfestigkeit gehört das Sandriesel- verfahren (DLΝ 52 348). Beim Sandrieselverfahren wird die Oberfläche eines Probekörpers durch einen wohldefinierten Νormsand verkratzt, welcher aus einer Höhe von 1650 mm durch ein Fallrohr fällt. Dabei ist die Sandmenge auf 3 kg festgelegt. Die Auftreffgeschwindigkeit des Sandes ergibt sich unmittelbar aus der Fallhöhe
(unter Vernachlässigung der Luflxeibung) zu 5,69 m/s. Insbesondere im Hinblick auf eine Simulation der Abrasivbelastung der Oberflächen von Fahrzeugteilen im Fahrtwind durch Flugsand, Schmutzpartikel o.dgl. ist die Auftreffgeschwindigkeit des Sandrieselverfahrens jedoch zu niedrig. Die Auftreffgeschwindigkeit von Partikeln im Fahrtwind liegt üblicherweise zwischen etwa 30 km/h und 200 km/h, d.h. zwischen 8,33 m s und 55,56 m/s. Ein weiteres genormtes Testverfahren ist das Reibradverfahren, auch Taber-Abraser- Test genannt (DIN 52 347). Beim Taber-Abraser-Test werden die Oberflächen der Probekörper, welche auf dem Drehteller des Verschleiß-Prüfgerätes liegen, durch zwei sich in entgegengesetzter Richtung drehende Reibräder auf Gleitverschleiß beansprucht. Die Reibräder der Firma Teledyne Taber (USA), Typ CS 10 F, bestehen aus einem definierten feinkörnigen Schleifmittel, das in Gummi eingebettet ist. Zur Simulation der Abrasivbelastung der Oberflächen von Fahrzeugteilen im Fahrtwind durch Flugsand, Schmutzpartikel o.dgl. hat der Taber-Abraser-Test den Nachteil, dass die Andruckkraft des verschleißenden Mediums auf den Probekörper, wahlweise
2,7 N oder 5,4 N, im Vergleich zu dem für Automobilanwendungen relevanten Bereich zu groß ist. Modellhafte Abschätzungen der Andruckkraft von Partikeln im Fahrtwind ergeben Werte um 0,5 N. Diese Andruckkraft tritt zudem nur über eine Zeitraum von weniger als 1 μs auf.
In E.W.J. Mardles, J Oil Colour Chem. Assocn. (1928), 11, Seiten 230-259 und in P.H. Shipway und I.M. Hutchings, Surface and Coatings Technology (1995), 71(1), Seiten 1-8 sind Verfahren beschrieben, in denen abrasive Partikel durch einen Luftstrom auf eine Probenoberfläche gestrahlt werden. Bei diesen Verfahren treten zwar vergleichsweise hohe Relativgeschwindigkeiten zwischen Verschleißmedium und
Probenoberfläche von bis zu 77 m/s auf. Nachteilig bei diesen Verfahren ist jedoch, dass der Anströmwinkel nicht variiert werden kann. Bei den in den Normen ASTM G 76 - 95 und ÖNORM M 8126 beschriebenen Verfahren wird ebenfalls ein Partikelstrom mit hoher Geschwindigkeit auf eine Oberfläche gelenkt. All diesen Verfahren ist jedoch gemein, dass der Ausgang des Düsenrohres o.dgl., welches den
Gaspartikelstrom auf die Probenoberfläche leitet, von dem Probekörper, welcher frei im Raum gehalten wird, beabstandet ist. Dies bedeutet, dass der Gaspartikelstrom zwischen dem Ausgang des Düsenrohres und der Probenoberfläche frei strömt, was zu Verwirbelungen und Turbulenzen im Bereich der Probenoberfläche führen kann. Eine wohldefinierte Strömung und damit eine reproduzierbare Kratzbelastung der
Probenoberfläche ist somit nicht gegeben. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung lag darin, eine Vorrichtung zur Prüfung der Kratzfestigkeit von Oberflächen zur Verfügung zu stellen, welche die genannten Nachteile nicht aufweist.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Prüfung der Kratzfestigkeit von Oberflächen eines Probekörpers mittels eines mit Feststoffpartikeln versetzten Gas- stro s, wenigstens umfassend ein Rohr, welches austauschbar ist, zur Lenkung des Gasstroms auf einen Probenhalter mit der zu prüfenden Oberfläche, wobei zur Erzeugung des Gasstroms ein Gebläse am Rohreingang oder eine Saugvorrichtung am Rohrausgang vorgesehen ist sowie eine Dosiervorrichtung am Rohreingang oder stromabwärts entlang des Rohres zur Dosierung der Feststoffpartikel in den Gas- strom, wobei das Rohr im Bereich des Rohrausgangs gewinkelt ist und der abgewinkelte Rohrteil an dem Winkel eine Öffnung aufweist, an welcher der Probenhalter mit dem Rohr lösbar verbunden ist, oder anstelle der Öffnung im Inneren des abgewinkelten Rohrteils an dem Winkel ein Probenhalter vorgesehen ist, wobei die Öff- nung mit dem Probenhalter oder der Probenhalter im Innern des Rohres so positioniert ist, dass der Gasstrom auf den Probenhalter gerichtet ist.
Der Probenhalter dient zur Anbringung der Prüfoberfläche an die seitliche Öffnung des Rohres, welche sich an dem Winkel im abgewinkelten Teil des Rohres, d.h. in Strömungsrichtung hinter dem Winkel, befindet. Die seitliche Öffnung ist dabei so positioniert, dass der Gasstrom auf den Probenhalter mit der zu prüfenden Oberfläche gerichtet ist. Alternativ kann auch im Rohrinnern ein Probenhalter vorgesehen sein, der ebenfalls so positioniert ist, dass der mit Partikeln beladene Gasstrom auf den Probenhalter gerichtet ist. Bei dieser Alternative ist keine Öffnung an dem Winkel vorgesehen. Der Probenhalter kann z.B. eine Platte oder ein Quader sein, auf den die zu prüfende Oberfläche aufgebracht ist oder mit dessen Hilfe die Probenoberfläche an die Rohr- öffhung angedrückt ist. Der Probenhalter ist dementsprechend lösbar mit dem Rohr verbunden. Er kann beispielsweise mit Hilfe einer Schraub- oder Klemmverbindung oder durch Federn mittels Druck oder Zug befestigt sein. Der Probenhalter kann auf diese Weise reproduzierbar an der Öffnung angebracht werden. Wird eine Saugvorrichtung zur Erzeugung des Gasstroms verwendet, kann der Saugdruck gegebenenfalls stark genug sein, um den Prüfling an die Öffnung anzudrücken, so dass kein zusätzliches Befestigungsmittel notwendig ist.
Das Rohr, durch das der mit Feststofφartikeln versetzte Gasstrom geleitet wird, ist austauschbar, d.h. es ist lösbar mit den übrigen Komponenten der Vorrichtung, insbesondere der Dosiervorrichtung, dem Probenhalter und der zur Gasstromerzeugung dienenden Saugvorrichtung o.dgl. verbunden. Dies hat den Vorteil, dass das Rohr durch einfache Handhabung gegen ein anderes Rohr mit einem anderen Winkel ausgetauscht werden kann. Auf diese Weise kann der Anströmwinkel, unter dem die Probenoberfläche geprüft wird, variiert werden. Der Winkel des Rohres, und damit der Anströmwinkel, beträgt bevorzugt 5 bis 90°.
Das Rohr kann beliebige Querschnitte aufweisen. Vorzugsweise weist es jedoch einen quadratischen Querschnitt auf. Der Durchmesser des Rohres ist im Wesentlichen konstant über die gesamte Länge des Rohres. Um ein gleichförmiges Strö- mungsprofϊl zu erzielen, welches für eine möglichst homogene Verkratzung der Oberfläche, und damit für eine hohe Reproduzierbarkeit, notwendig ist, ist das Ver- hältnis von Durchmesser zu Länge des Rohres entscheidend, wobei die hierfür maßgebliche Länge des Rohres die Distanz zwischen der Dosiervorrichtung und der Öffnung bzw. dem Probenhalter mit der Prüfoberfläche ist. Dementsprechend stehen der Durchmesser des Rohres und die Länge des Rohres zwischen der Dosiervorrichtung und der Öffnung bevorzugt in einem Verhältnis von 1:5 bis 1:100, besonders bevor- zugt von 1:20 bis 1:30, zueinander. Unter dem Durchmesser des Rohres ist im Falle eines quadratischen Querschnitts die Kantenlänge des Rohres zu verstehen. Insbe- sondere durch die Verwendung eines quadratischen Querschnitts können Querschnittsänderungen, und damit lokale Geschwindigkeitsänderungen, im Bereich des Winkels, d.h. im Bereich der Probenoberfläche, vermieden werden.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin, dass der Probenhalter so an der seitlichen Öffnung im Bereich des Rohrwinkels angebracht wird, dass er die Öffnung vollständig bedeckt. Das Rohr ist somit mit Ausnahme der Öffnungen am Eingang und Ausgang des Rohres sowie gegebenenfalls einer zusätzlichen Öffnung für die Zudosierung der Feststofφartikel in den Gasstrom geschlossen. Die zu prüfende Probenoberfläche weist in das Rohrinnere und ist somit von der
Umgebung abgeschirmt. Wäre das Rohr nicht mit der Probe verbunden, sondern mit einem Abstand auf die Probe gerichtet, so würde der Gasstrom zwischen dem Rohrausgang und der Probe frei strömen. Das Strömungsprofil des Gasstroms würde beim Austritt aus dem Rohr verzerrt werden. Es käme zu Verwirbelungen im Bereich der Probenoberfläche und somit zu einer inhomogenen Verkratzung der Probenoberfläche.
Der Gasstrom, z.B. ein Luftstrom, wird durch Überdruck mit Hilfe eines Kompressors, Gebläses o.a. oder durch Unterdruck mit Hilfe einer Vakuumpumpe, einem Sauger o.a. erzeugt. Feststofφartikel können dem Gasstrom geregelt oder ungeregelt zugesetzt werden, bevorzugt jedoch geregelt über einen bestimmten Zeitraum verteilt. Dies kann beispielsweise durch eine gravimetrisch geregelte Dosiervorrichtung erfolgen. Als Dosiervorrichtung kann aber beispielsweise auch alternativ ein Trichter nach dem Sanduhrprinzip verwendet werden. Zur Regulierung der Strömungsge- schwindigkeit ist an dem Rohr ein Stellventil angebracht. Die Strömungsgeschwindigkeit des mit Feststofφartikeln versetzten Gasstroms ist vorzugsweise im Bereich von 1 bis 100 m/s, besonders bevorzugt von 5 bis 50 m/s, regelbar. Bei geeigneter Wahl der Saugvorrichtung oder des Gebläses zur Erzeugung des Gasstroms, sind auch höhere Strömungsgeschwindigkeiten möglich. Die Vorrichtung eignet sich beispielsweise zur Prüfung von Oberflächen aus Glas, Metall, Keramik oder Kunststoff, beispielsweise Lacke. Die genannten Materialien können auch als Substrat dienen, das mit einer zu prüfenden Beschichtung aus Glas, Metall, Keramik oder Kunststoff, beispielsweise Lacke, versehen ist.
Als Partikel können beispielsweise körnige Feststoffe eingesetzt werden, z.B. aus Sand, Metall oder Metalloxid. Die Partikelgröße beträgt vorzugsweise von 10 bis 2000 μm. Die Dichte der Feststofφartikel beträgt bevorzugt von 500 bis 22000 kg/m3, besonders bevorzugt von 1000 bis 10000 kg/m3.
Üblicherweise werden Partikelmengen von 1 bis 10 g in den Gasstrom dosiert. In Abhängigkeit von der Art der Partikel und der zu prüfenden Oberfläche können jedoch auch beliebig kleinere oder größere Mengen eingesetzt werden. Die Beladung des Gasstroms mit Feststofφartikeln beträgt vorzugsweise von 0,1 bis 500 g/m3.
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Figur 1 näher erläutert.
Figur 1 zeigt ein Schema einer bevorzugten Ausführungsform der erfmdungsge- mäßen Vorrichtung.
Durch das Vierkantrohr 1 mit einer Innenkantenlänge von 36 mm strömt ein Luftstrom, welcher mit Hilfe eines Saugers 3 erzeugt wird. Am oberen Ende des vertikal angeordneten Rohres 1 wird über einen Trichter 7 eine wo definierte Masse Sand o.dgl. zugeführt. Der Trichter 7 hat eine Höhe von 50 mm und eine Austrittsöffhung von 2 mm bei einem Öffhungswinkel von 40°. Der Trichter wird durch Abstandshalter über der Eingangsöffhung des Rohres 1 positioniert, so dass Luft seitlich in die Rohröffhung einströmen kann. Durch Variation der Höhe der Abstandhalter kann die Breite des Spaltes, durch den Luft seitlich eintritt, und damit die Geschwindigkeit variiert werden. Dadurch kann die Einmischung der Partikel in den Luftstrom ggf. so optimiert werden, dass eine möglichst homogene Verteilung durch Turbulenz des Luftstroms im Rohreintrittsbereich, erzielt wird.
In der in Fig. 1 dargestellten Ausfuhrungsform weist das vertikal angeordnete Rohr 1 am unteren Ende einen Winkel von 45° auf, an dem sich eine Öffnung 6 befindet.
Die Öffnung 6 mit einer Größe von 57 x 34 mm befindet sich insbesondere unterhalb des Winkels, d.h. in Strömungsrichtung hinter dem Winkel, an der äußeren Seite des Vierkantrohres 1. An der Öffnung 6 ist ein Probenhalter 2 an das Rohr angebracht. Die Öffnung 6 mit dem Probenhalter 2 ist damit so an dem Winkel positioniert, das der Gasstrom auf die Probe gerichtet ist. Der Probenhalter 2 ist insbesondere lösbar mit dem Rohr 1 verbunden. In der dargestellten Ausführungsform ist der Probenhalter 2 eine Platte, die z.B. mit Hilfe von Spiralfedern an die Öffnung des Rohres gedrückt wird. Die zu prüfende Oberfläche auf dem Probenhalter 2 weist bei dieser Anordnung in das Innere des Rohres 1 und bildet somit an der Öffnung 6 eine Innen- fläche des Rohrs. Der mit Partikeln versetzte Luftstrom strömt somit unter einem definierten Winkel von 45° die Probenoberfläche an. Das Rohr 1 ist lösbar mit dem Abluftschlauch 8 o.dgl. verbunden. Insbesondere wird das Rohr 1 an dem Abluftschlauch 8 mit Hilfe von Schraub- oder Flanschverbindungen angeschlossen. Dies ermöglicht es, das Rohr 1 durch ein Rohr mit einem anderen Winkel auf einfache Weise auszutauschen. Die Länge des vertikal angeordneten Rohrteils, und damit die
Länge des Rohres zwischen Dosiervorrichtung 7 und Öffnung 6 bzw. Probenhalter 2 beträgt 1 m.
Mit Hilfe eines Stellventils 5, welches in der dargestellten Ausfuhrungsform am Ab- luftschlauch 8 angebracht ist, wird der Volumenstrom, und damit die Strömungsgeschwindigkeit, geregelt. In dem Sauger 3 werden die Partikel, mit denen der Luftstrom versetzt worden ist, durch einen Zyklonen sowie durch Filter abgeschieden. Die Strömungsgeschwindigkeit der so gesäuberten Abluft wird durch einen thermischen Strömungssensor 4 erfasst. Beispiel
Mit Hilfe der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung wurden Probenkörper mit einer Oberfläche aus Polycarbonat vom Typ Makrolon® der Firma Bayer auf ihre Kratz- festigkeit geprüft. Die Oberfläche war nicht zusätzlich kratzfestbeschichtet. Die Probenkörper hatten eine Größe von 40 x 60 mm bei einer Dicke von 2 mm. Die Öffnung des Rohres betrag 34 x 57 mm, was der Fläche der Prüfoberfläche entspricht. Als Feststofφartikel wurde Quarzsand mit einer Korngrößenverteilung von 125 bis 250 μm verwendet. 3,5 g Quarzsand mit einer Dichte von 1500 kg/m3 wurde mit Hilfe eines Trichters mit einer Höhe von 50 mm und einer Austrittsöffiiung von 2 mm bei einem Öffnungswinkel von 40° dem Luftstrom zudosiert. Die Zeitspanne, in der der Quarzsand über den Trichter in das Rohr rieselte, betrug - abhängig auch von der gewählten Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms - maximal 15 s. Dies entspricht der Dauer der abrasiven Belastung der Prüfoberfläche.
Die Länge des Rohres zwischen Rohreingangsöffhung mit der Dosiervorrichtung und der Probenoberfläche betrug 1 m. Die Rohrinnenkantenlänge betrug 36 mm. Der Anströmwinkel betrug 45°. Der Luftstrom wurde mit Hilfe eines Saugers erzeugt.
Jeweils 3 Probenoberflächen wurden mit Anströmgeschwindigkeiten von 10, 20, 30 und 40 m/s geprüft, um die Reproduzierbarkeit der Versuche zu testen. Die Beladung des Luftstroms mit Partikeln betrug bei 10 m/s 18 g/m3, bei 20 m s 9 g/m3, bei 30 m/s 6 g/m3 und bei 40 m s 4,5 g/m3.
Nach der Verkratzung der Oberfläche wurde die optische Trübung mit Hilfe eines
Trübungsmessgerätes der Firma HunterLab, Modell D25D2P, gemäß der Norm ASTM Dl 003-95 gemessen. Dabei wird eine getrübte transparente Probe mit einem parallelisierten Lichtbündel durchleuchtet und der Anteil des durch die Probe diffus gestreuten Lichts im Vergleich zur Gesamtintensität ermittelt. Bei diesen Messungen wurde ein kreisförmiger Ausschnitt der Probenoberfläche mit einem Lichtbündel mit
25 mm Durchmesser untersucht. Die Messergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Die optische Trübung in % entspricht dem Anteil des durch die Probe diffus gestreuten Lichts im Vergleich zur Gesamtintensität des Lichts. Deutlich zu erkennen ist die Abhängigkeit der optischen Trübung von der Strömungsgeschwindigkeit, wobei die Messwerte sehr gut reproduzierbar sind. Die relative Standardabweichung ist kleiner als 2,3 %.
Tabelle 1 : Optische Trübung in Abhängigkeit von der Anströmgeschwindigkeit.
Um die Homogenität der Verkratzung zu testen, wurden zusätzliche Messungen der optischen Trübung an einer Probe, welche mit einer Anströmgeschwindigkeit von 40 m/s und einem Anströmwinkel von 45° verkratzt wurde, durchgeführt, wobei der Durchmesser des Lichtbündels mit Hilfe einer Blende auf 10 mm verringert wurde. Dies ermöglicht, kleinere Ausschnitte der Probenoberfläche zu durchleuchten, wobei messtechnisch bedingt kleinere Trübungswerte auftreten. Auf der Probenoberfläche von 34 x 57 mm wurde an 12 Messpunkten in Form einer 3x4-Matrix die optische Trübung gemessen. Die Messwerte sind in Tabelle 2 zu- sammengefasst. Die Messungen zeigen die hohe Homogenität der Verkratzung auf der geprüften Oberfläche. Die relative Standardabweichung betrug 1,83 %.
Tabelle 2: Optische Trübung an verschiedenen Messpunkten auf der Prüfoberfläche

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Prüfung der Kratzfestigkeit von Oberflächen eines Probekörpers mittels eines mit Feststofφartikeln versetzten Gasstroms, wenigstens umfassend ein Rohr (1), welches austauschbar ist, zur Lenkung des Gasstroms auf einen Probenhalter (2) mit der zu prüfenden Oberfläche, wobei zur Erzeugung des Gasstroms ein Gebläse am Rohreingang oder eine Saugvorrichtung (3) am Rohrausgang vorgesehen ist sowie eine Dosiervorrichtung (7) am Rohreingang oder stromabwärts entlang des Rohres (1) zur Dosierung der Feststofφartikel in den Gasstrom, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (1) im Bereich des Rohrausgangs gewinkelt ist und der abgewinkelte Rohrteil an dem Winkel eine Öffnung (6) aufweist, an welcher der Probenhalter (2) mit dem Rohr (1) lösbar verbunden ist, oder anstelle der Öffnung (6) im Inneren des abgewinkelten Rohrteils an dem Winkel ein Probenhalter vorgesehen ist, wobei die Öffnung (6) mit dem Probenhalter (2) oder der Probenhalter im Innern des Rohres so positioniert ist, dass der Gasstrom auf den Probenhalter gerichtet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel des Rohres (1) im Bereich der Öffnung (6) 5 bis 90° beträgt.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Rohres (1) und die Länge des Rohres (1) zwischen der Dosiervorrichtung (7) und der Öffnung (6) in einem Verhältnis von 1:5 bis 1 :100, vorzugsweise 1 :20 bis 1 :30, zueinander stehen.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (1) einen quadratischen Querschnitt aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (1) ein Stellventil (5) zur Regulierung der Strömungsgeschwindigkeit aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeit des mit Feststofφartikeln versetzten Gasstroms im Bereich von 1 bis 100 m/s, vorzugsweise von 5 bis 50 m/s, regelbar ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelgröße von 10 bis 2000 μm beträgt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte der Feststofφartikel von 500 bis 22000 kg/m3, vorzugsweise von 1000 bis 10000 kg/m3, beträgt.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beladung des Gasstroms mit Feststofφartikeln von 0,1 bis 500 g/m3 beträgt.
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