DE19631811C1 - Vorrichtung und Verfahren zur Prüfung der Verlaufseigenschaften von Lacken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Prüfung der Verlaufseigenschaften von Beschichtungsmitteln und Anstrichstoffen, vorzugsweise von Lacken.

Die Beschichtung von Gegenständen mit flüssigen Beschichtungsmitteln und Anstrichstoffen beruht darauf, daß der Beschichtungsstoff aus einem Vorrat heraus breit verteilt auf die zu beschichtende Oberfläche aufgebracht wird. Dabei hängt es von der Art und Natur des Aufbringungsverfahrens ab, wie glatt, gleichmäßig und porenfrei der Beschichtungsstoff auf der Oberfläche verteilt ist. Gängige Beschichtungsverfahren sind Streichen, Rollen, Spritzen, Pulverbeschichtung, Elektrotauchlackierung und Walzlackierung. Bei allen genannten Verfahren ist unmittelbar nach dem Auftrag keine wirklich glatte Beschichtungsoberfläche vorhanden. Vielmehr ist die Beschichtung auf mikroskopischer Ebene uneben mit Höhen und Tiefen, wobei z. B. bei den Spritzverfahren zusätzlich das Beschichtungsmittel noch in Form von Tröpfchen unterschiedlicher Größe vorliegt und bei der Walzlackierung Kraterbildung auftreten kann. Der Übergang von einer derart technisch und ästhetisch unzureichenden Oberflächenstruktur zu einer homogen verteilten Beschichtung mit etwa gleichmäßiger Schichtdicke und glatter Außenhaut erfolgt im Anschluß an den Aufbringungsvorgang durch den sogenannten Verlauf des Beschichtungsmittels. Dabei vereinigen sich zunächst die Tröpfchen des Beschichtungsmittels (sofern vorhanden) zu einem zusammenhängenden Naßfilm. Dieser weist jedoch auf mikroskopischer Ebene noch eine grobe Struktur auf, in der z. B. Pinselspuren sichtbar sind. Erst durch weiteres Verlaufen des Beschichtungsmittels werden die Höhenunterschiede ausgeglichen, so daß schließlich eine (annähernd) gleiche Schichtdicke und eine glatte Oberfläche der Beschichtung entsteht.

Die geschilderten Verlaufseigenschaften des Beschichtungsmittels sind für das äußere Erscheinungsbild der Beschichtungsoberfläche und für den Korrosionsschutz bei Metallembalagen für Lebensmittel wichtig. Ein zu guter Verlauf der Beschichtung, d. h. eine zu starke Flüssigkeit des Beschichtungsmittels wirken sich jedoch nachteilig an Krümmungen und Kanten des Beschichtungsobjektes aus. An diesen Stellen wird ein zu flüssiges Beschichtungsmittel dazu neigen, hiervon wegzufließen, so daß eine zu geringe oder eventuell sogar überhaupt keine Beschichtung zurückbleibt. Queraussparungen bei der Rumpflackierung für Konservendosen können nur mit einer optimalen Lackviskosität lackiert werden, dabei muß die Schutzlackierung kraterfrei sein. Aus den genannten Gründen ist es von großer Bedeutung, beim Einsatz von Anstrichstoffen oder bei der Neuentwicklung derselben genaue Kenntnisse über deren Verlaufsverhalten zu haben, da es eine wichtige Kenngröße darstellt.

Es sind daher Tests entwickelt worden, mit denen im Labormaßstab die Verlaufseigenschaften von Anstrichstoffen wie z. B. Lacken untersucht werden können. Ein häufig angewendetes Verfahren zur Beurteilung der Verlaufseigenschaften von Bautenlacken besteht z. B. darin, daß mit einer Spezialrakel eine Probefläche beschichtet wird. Dabei entstehen Streifen unterschiedlicher Breite, die sich unterschiedlich nahe beieinander befinden. Nach Abschluß des Trocknungsvorganges wird aufgrund des sich bietenden optischen Eindruckes beurteilt, wie gut die Verlaufseigenschaften des Lackes sind. Dabei wird beobachtet, wie stark die einzelnen Filmstreifen sich durch den Verlauf des Materials verbreitert und einander angenähert haben. Diese Methode ist naturgemäß sehr ungenau und subjektiv. Das mit den Rakeln erhaltene Ergebnis ist sehr von Zufällen beeinflußt und daher kaum reproduzierbar. Mit dem geschilderten Test können keine quantifizierbaren Ergebnisse erhalten werden, die einen umfassenderen Vergleich von Verlaufseigenschaften verschiedener Beschichtungsmittel erlauben würden.

Demgegenüber hat sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Prüfung von Verlaufseigenschaften zur Verfügung zu stellen, welches im Labor einsetzbar ist und dabei trotz einer einfachen Handhabung ein quantitatives und gut reproduzierbares Meßergebnis liefert. Gleichzeitig soll ein möglichst breites Spektrum von Beschichtungsmitteln und Anstrichstoffen, insbesondere Lacken, prüfbar sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gelöst, welche

• a) einen Drehteller für die Aufnahme eines Probekörpers mit einer zu beschichtenden Testfläche,
• b) einen drehbaren Sprühkopf mit mindestens einer Spritzdüse, durch welche Beschichtungsmittel auf die Testfläche aufgebracht werden kann,

enthält und bei der die Drehachse, um die sich der Sprühkopf dreht, sowie die Drehachse, um die sich der Drehteller dreht, parallel und mit Abstand voneinander ausrichtbar sind.

Eine Vorrichtung nach den Merkmalen a) und b) ist bekannt und z. B. in der DE- 43 29 948 A1 beschrieben. Hierbei handelt es sich jedoch um ein Gerät, mit dem Dichtungsmasse in Nockendrehverschlüsse (z. B. für Gläser und Glaskonserven) eingebracht wird. Es kommt bei dieser Vorrichtung darauf an, in einen kreisförmigen Nockendrehverschluß, welcher auf dem Drehteller gelagert ist, einen ringförmigen Belag von Dichtungsmittel abzusetzen. Zu diesem Zweck sind die Drehachsen von Drehteller und Sprühkopf übereinanderliegend ausgerichtet (zentriert). Bei dem erfindungsgemäßen Gerät zur Prüfung von Verlaufseigenschaften werden demgegenüber die Drehachsen von Sprühkopf und Drehteller aus der Deckung gebracht. Vorzugsweise bleiben sie zwar parallel (obwohl auch Konfigurationen mit nicht parallelen Achsen möglich sind), jedoch haben die Drehachsen einen Abstand größer als Null voneinander. Durch dieses Auseinanderziehen der Drehachsen wird ein Sprühbild erzielt, das sich in überraschender Weise als besonders geeignet für die Beurteilung des Verlaufes von Beschichtungsmitteln erweist. Werden nämlich sowohl der Sprühkopf als auch der Drehteller mit ihren nicht identischen Drehachsen in Rotation versetzt und Beschichtungsmittel aus der Spritzdüse auf die Testfläche aufgebracht, so zeichnet die Spritzdüse hierdurch eine Beschichtungslinie auf der Testfläche, welche sich zu einer komplexen (Epizyklen-) Figur zusammensetzt. Das erhaltene Spritzmuster enthält verschiedene Bereiche, in denen sich die Beschichtungslinien verschieden stark annähern, kreuzen und Schlaufen bilden. Man erhält somit ein Testmuster, das durch den Verlauf des Beschichtungsmittels seine Form ändert. Die gezeichneten Linien verbreitern sich, und insbesondere kommt es zu einem Zusammenfließen in den besonders engen Schlaufen. Ein derartiges Zusammenfließen kann eindeutig festgestellt werden und z. B. durch das Abzählen der geschlossenen Schlaufen auch quantitativ ausgewertet werden. Das Vorhandensein (bzw. die Erzeugbarkeit) von Schlaufen verschiedenen Innendurchmessers erlaubt es dabei, die für das jeweilige Beschichtungsmittel relevante Schlaufengröße auszuwerten. So wird es neben einer Reihe enger Schlaufen, die sich alle vollständig schließen, und den großen Schlaufen, die sämtlich nicht durch den Verlauf geschlossen werden, bestimmte Schlaufengrößen geben, die sich gerade eben bzw. nur zu einem Teil schließen. Eine einfache und von Meßfehlern weitgehend unbeeinflußte Auswertung des erhaltenen Spritzmusters ermöglicht somit bei dem erfindungsgemäßen Vorgehen eine sichere, reproduzierbare und quantitative Auswertung der Verlaufseigenschaften des eingesetzten Beschichtungsmittels.

Vorzugsweise sind bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Drehachsen von Sprühkopf und Drehteller noch während der Drehbewegung diese Elemente relativ zueinander verschiebbar. Durch eine derartige, nach einem definierten Zeitplan ausgeführte Verschiebung der Drehachsen wird eine weitere Variation des erhaltenen Beschichtungsmusters erzielt. Hierbei ist selbstverständlich die Möglichkeit eingeschlossen, die Drehachsen vor Beginn eines Beschichtungsvorganges auf einen bestimmten, dann festliegenden Wert einzustellen. Ein solcher Wert kann im Hinblick auf das zu prüfende Beschichtungsmittel optimal gewählt werden.

Um die Möglichkeiten der erzeugbaren Sprühfiguren und damit die vorkommenden Schlaufengrößen zu erweitern, wird erfindungsgemäß der Sprühkopf oder der Drehteller (oder beide) mit einem Antrieb zur Erzeugung der Drehbewegung versehen, dessen Drehzahl stufenlos einstellbar ist. Vorzugsweise haben beide Elemente jeweils eigene Antriebe, bei denen es sich insbesondere um Elektromotoren handeln kann. Mit einer Erhöhung oder Erniedrigung der Drehzahl von Sprühkopf oder Drehteller lassen sich die Schlaufengrößen des erzeugten Spritzmusters kontinuierlich vergrößern oder verkleinern. Ob eine Vergrößerung oder Verkleinerung eintritt, hängt von den speziellen Abständen und dem Verhältnis der Drehzahlen ab. Die mit dem Sprühkopf aufgebrachte Linie ist in sich geschlossen, d. h., der Anfang wird nach einer bestimmten Anzahl Umdrehungen wieder erreicht und die Linie wird dann identisch noch einmal durchlaufen, wenn die Drehzahlen von Sprühkopf und Drehteller in einem rationalen Verhältnis zueinander stehen (z. B. 1 : 2, 3 : 7 ect.).

Besonders bevorzugt ist es, wenn der Sprühkopf nicht nur eine, sondern mehrere, vorzugsweise 10 bis 30 Spritzdüsen enthält. Diese sind vorzugsweise ringförmig um die Drehachse des Sprühkopfes angeordnet. In einer derartigen regelmäßigen Anordnung haben sie typischerweise einen Abstand von 5 bis 20 mm voneinander. Der Durchmesser des Ringes der Spritzdüsen kann typischerweise 5 bis 10 cm betragen.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Prüfung der Verlaufseigenschaften von Beschichtungsmitteln und Anstrichstoffen, insbesondere von Lacken, bei welchem

• a) ein Probekörper mit einer beschichtbaren Testfläche um eine Körperachse gedreht wird,
• b) Beschichtungsmittel durch mindestens eine Spritzdüse auf die Testfläche aufgebracht wird, und
• c) die Spritzdüse um eine Sprühachse gedreht wird, welche parallel und mit Abstand zur Drehachse des Probekörpers verläuft.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, auf der Testfläche ein komplexes Muster mit Schlaufen oder Waben verschiedener Größe zu erzeugen. In diesem komplexen Wabenmuster läßt sich ohne besondere Hilfsmittel eindeutig und mit hoher Genauigkeit auswerten, welch ein Verlauf des Beschichtungsmittels stattgefunden hat. Zu diesem Zweck sind in dem Wabenmuster lediglich diejenigen Wabenzellen zu bestimmen (z. B. durch Auszählen), welche sich nach einer bestimmten Zeit der Einwirkung des Beschichtungsmittels geschlossen haben. Eine derartige Auszählung der geschlossenen Waben bzw. Schlaufen kann zur weiteren Differenzierung des Ergebnisses noch die jeweilige Größe der Wabe/Schlaufe berücksichtigen.

Vorzugsweise wird während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Drehachse des Sprühkopfes parallel zur Drehachse des Probekörpers verschoben. Auf diese Weise wird die resultierende Sprühfigur variiert, was ein breiteres Spektrum an auswertbaren Schlaufen bzw. Wabenzellen liefert. Ferner wird durch das Verschieben der Drehachsen gegeneinander die überstrichene Fläche vergrößert, so daß mehr Raum für eine Auswertung des Verlaufstestes zur Verfügung steht.

Typischerweise werden Testfläche und Spritzdüse gleichsinnig gedreht, wobei die Drehzahlen vorzugsweise zwischen 20 und 50 Umdrehungen pro Min. liegen. Vorteilhaft ist es dabei insbesondere, wenn Spritzdüse und Testfläche mit unterschiedlichen Drehzahlen rotieren. Dabei ist es bevorzugt, daß die Drehzahlen in einem rationalen Verhältnis stehen, so daß sich ein Muster mit geschlossenen Linien ergibt. Es ist ferner möglich, die Drehzahlen der beiden Rotationselemente während des Beschichtungsvorganges zu verändern. Auch hierdurch wird eine Variation des resultierenden Beschichtungsmusters erzielt.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich insbesondere die oben beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung mit Drehteller und Sprühkopf.

Das Ergebnis einer Versuchsbeschichtung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann wie oben beschrieben besonders einfach durch Auszählen der verschlossenen Schlaufen/Wabenzellen ermittelt werden. Für eine weitere Steigerung der Genauigkeit ist es aber auch möglich, auf der zu beschichtenden Testfläche ein Maßraster aufzubringen. Als ein solches Raster eignet sich z. B. Millimeterpapier, wobei insbesondere Papiere mit einer rotationssymmetrischen Anordnung der Linien (Polarkoordinatenpapier) geeignet sind, bei denen der Ursprung der Polarkoordinaten im Zentrum der Drehachse des Probekörpers angeordnet wird. Mit Hilfe des Maßrasters ist es möglich, die verbleibende Öffnungsgröße der Schlaufen/Wabenzellen genauer auszuwerten, indem die noch sichtbaren Felder des Rasters gezählt werden. Außerdem besteht die Möglichkeit, Prüfbleche aus Aluminium oder Weißblech mit einem Maßraster oder einem Prüfbild direkt zu bedrucken. Dabei handelt es sich vorzugsweise um das Substrat, welches später bei der Walzlackierung eingesetzt wird.

Schließlich ist es auch möglich, die nach dem obengenannten Verfahren beschichtete Testfläche nach Abschluß des Beschichtungsvorganges einer automatischen Auswerteinheit zuzuführen. Eine derartige Auswertung kann insbesondere so erfolgen, daß das Spritzmuster z. B. von einer Kamera erfaßt wird, und in einer automatischen Bildverarbeitung die offenen Schlaufen/Wabenzeilen gezählt bzw. in ihrer Größe vermessen werden. Der Vorteil einer derartigen automatischen Auswertung ist neben einer weiteren Steigerung der Präzision und der Vereinfachung des Meßverfahrens die Tatsache, daß die erhaltenen Meßdaten unmittelbar einer elektronischen Datenverarbeitung zugänglich sind.

Als Beschichtungsmittel, die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. mit dem erfindungsgemäßen Verfahren geprüft werden können, kommen insbesondere Lacke, vorzugsweise solche mit einer Viskosität von mehr als 200 Pas, flüssige Kunststoffe, vorzugsweise Polyvinylchlorid (PVC), oder Dichtungsmassen insbesondere solche auf Polyurethanbasis, in Betracht.

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung mit Hilfe der Abbildungen beispielhaft erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Schema der Vorrichtung.

Fig. 2 zeigt eine typische Testfläche nach der Beschichtung.

Die Vorrichtung 1 zur Prüfung der Verlaufseigenschaften von Lacken besteht aus einem Drehteller 2 und einem Sprühkopf 4. Der Drehteller 2 mit horizontaler Lagerfläche ist um eine vertikale Achse 8 drehbar. Auf dem Drehteller 2 können Probekörper gelagert werden, wobei es sich insbesondere um flache Platten aus Aluminium, Weißblech, Kunststoff oder Karton handeln kann. Die Probekörper haben eine zu beschichtende Testfläche 5. Diese Testfläche ist den Spritzdüsen 3 zugewandt, welche in dem Sprühkopf 4 untergebracht sind. Bei dem System gemäß der Abbildung sind 10 Spritzdüsen 3 ringförmig um die Drehachse 7 des Sprühkopfes 4 herum angebracht. Der Sprühkopf 4 enthält ferner eine Spritzlackzufuhr 6, über welche der zu testende Lack zugeführt wird. Zu dem System gehören weitere Elemente, wie z. B. eine Fördereinrichtung mit Lack-, Temperier- und Regelsystem für das Prüfmaterial bzw. die zu testende Dichtungsmasse sowie Verschlüsse an den Düsenköpfen 3, welche das Aufbringen des Lackes starten bzw. unterbrechen können. Erfindungswesentlich ist es, daß die Drehachsen 7 von Sprühkopf bzw. 8 des Drehtellers zwar parallel zueinander verlaufen, jedoch nicht identisch sind. Vielmehr haben sie einen von Null verschiedenen Abstand voneinander. Dieser Abstand führt dazu, daß während einer Rotation von Drehteller 2 und Sprühkopf 4 der Lack nicht nur entlang des unter den Spritzdüsen 3 liegenden Ringes abgesetzt wird, sondern vielmehr in einem komplexen Muster. Dieses Muster entsteht durch die Überlagerung von Kreisbewegungen, d. h. es handelt sich um eine sogenannte Epizyklen-Bewegung.

Fig. 2 zeigt beispielhaft ein mit der obengenannten Vorrichtung erzieltes Beschichtungsergebnis auf einem Millimeterpapier 9 in Polarkoordinaten. Dabei ist die Testfläche so aufgelegt, daß die Drehachse 8 des Drehtellers durch den Ursprung 12 der Polarkoordinaten geht (senkrecht zur Zeichenebene). Das Beschichtungsmittel hinterläßt auf dem Millimeterpapier 9 ein Muster, welches durch die Linien 10 erzeugt wird. Dieses Muster ist dadurch gekennzeichnet, daß es ein Vielzahl von innenliegenden Schlaufen bzw. Wabenzellen 11 einschließt. Derartige Wabenzellen kommen systematisch in den verschiedensten Größen vor. Dabei werden die kleineren Waben durch das Verlaufen des Lackes nach kurzer Zeit wieder geschlossen, so daß nach einer bestimmten Zeit, z. B. dem Ende des Trocknungsvorganges, nur noch Wabenzellen mit einer bestimmten Mindestgröße geöffnet sind. Die Anzahl der noch geöffneten Wabenzellen bzw. - für eine genauere Auswertung - die noch offene Fläche bildet dabei ein Maß für die Verlaufseigenschaft des verwendeten Lackes. Ein Vorteil der resultierenden Sprühfigur ist ferner, daß sie Schnitte zwischen Beschichtungslinien unter verschiedenen Winkeln enthält. Hierdurch wird auch das Zusammenwirken zweier sich kreuzender Lackspuren berücksichtigt. Ferner ist es ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung, daß das Aufbringen der Lackspuren mit maschineller Präzision, d. h. gleichbleibender Geschwindigkeit, Viskosität und Aufbringungsrate erfolgt.

Claims (14)

1. Vorrichtung (1) zur Prüfung der Verlaufseigenschaften von Beschichtungsmitteln und Anstrichstoffen, vorzugsweise Lacken, enthaltend

• a) einen Drehteller (2) für die Aufnahme eines Probekörpers mit einer zu beschichtenden Testfläche (5),
• b) einen drehbaren Sprühkopf (4) mit mindestens einer Spritzdüse (3), durch welche Beschichtungsmittel auf die Testfläche (5) aufgebracht werden kann, wobei
• c) die Drehachse (7) des Sprühkopfes (4) und die Drehachse (8) des Drehtellers (2) parallel mit Abstand voneinander ausrichtbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (7) des Sprühkopfes (4) und die Drehachse (8) des Drehtellers (2) während der Drehbewegung relativ zueinander verschiebbar sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Sprühkopf (4) und/oder Drehteller (2) mit einem Antrieb zur Erzeugung der Drehbewegung verbunden sind, dessen Drehzahl stufenlos steuerbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Sprühkopf (4) und Drehteller (2) separate Antriebe zur Erzeugung der Drehbewegung haben, wobei es sich vorzugsweise um Elektromotoren handelt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprühkopf (4) 10 bis 30 ringförmig um die Drehachse (7) angeordnete Spritzdüsen (3) hat, deren Abstand voneinander vorzugsweise 5 bis 20 mm beträgt.

6. Verfahren zur Prüfung der Verlaufseigenschaften von Beschichtungsmitteln und Anstrichstoffen, insbesondere von Lacken, bei welchem

• a) ein Probekörper mit einer beschichtbaren Testfläche (5) um eine Körperachse (8) gedreht wird,
• b) aus mindestens einer Spritzdüse (3) Beschichtungsmittel auf die Testfläche (5) aufgebracht wird, und
• c) die Spritzdüse (3) um eine Sprühachse (7) gedreht wird, welche parallel und mit Abstand zur Körperachse (8) verläuft.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühachse (7) und die Körperachse (8) während des Beschichtungsvorganges parallel zueinander verschoben werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Testfläche (5) und die Spritzdüse (3) gleichsinnig gedreht werden, wobei die Drehzahlen vorzugsweise zwischen 20 und 50 U/min. liegen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Testfläche (5) und Spritzdüse (3) mit unterschiedlichen Drehzahlen rotieren, wobei diese vorzugsweise in einem rationalen Verhältnis stehen.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß während des Beschichtungsvorganges die Drehzahlen von Testfläche (5) und/oder Spritzdüse (3) variiert werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchgeführt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Testfläche (5) vor der Beschichtung ein Maßraster aufgetragen wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Testfläche (5) nach Abschluß des Beschichtungsvorganges einer automatischen Auswerteinheit zur Bestimmung des beschichteten Flächenanteils zugeführt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlaufseigenschaften von Lacken, vorzugsweise mit einer Viskosität von mehr als 200 Pas, flüssigen Kunststoffen, insbesondere Polyvinylchlorid (PVC), oder Dichtungsmassen, insbesondere auf Polyurethanbasis, geprüft werden.