So überprüfen Sie die Aushärtung von Backlack-Laminaten: Leitfaden für Abzieh- und Scherversuch

Backlack-Laminate können bereits fertig aussehen, bevor die Haftung tatsächlich nachgewiesen ist.

Das ist das Unangenehme daran. A Motorkernpaket kann sauber, glatt und optisch ansprechend aus der Presse kommen. Die Beschichtung mag durchgehend erscheinen. Der Stapel mag sogar die Handhabung unbeschadet überstehen. Nichts davon bestätigt jedoch, dass die selbsthaftende Beschichtung zu einer stabilen Schichtverbindung ausgehärtet ist.

Bei Präzisionslaminatsätzen, insbesondere bei dünnem Elektroblech, das in Motoren, Generatoren und elektromagnetischen Baugruppen zum Einsatz kommt, muss die Aushärtungsprüfung eine praktische Frage beantworten:

Bleibt der geklebte Stapel auch unter realen mechanischen, thermischen und handhabungsbedingten Belastungen fest verbunden?

Abzieh- und Scherversuch sind zwei der nützlichsten Methoden, um diese Frage zu beantworten. Sie sind nicht austauschbar. Der Abziehversuch deckt Schwachstellen an den Kanten auf. Der Scherversuch prüft die Lastübertragung über die Klebefläche hinweg. In Kombination liefern sie ein klareres Bild von der Aushärtungsqualität der Beschichtung als Ofeneinstellungen oder eine visuelle Prüfung allein.

Was bei der Überprüfung der Backlack-Aushärtung tatsächlich geprüft wird

Backlack ist eine selbsthaftende Beschichtung, die auf Elektrostahlbleche. Während des Verklebungsprozesses sorgen Wärme und Druck dafür, dass die Beschichtung weich wird, mit der angrenzenden Laminatschicht in Kontakt kommt und zu einer verklebten Schicht aushärtet.

In der Produktion kann der Begriff “Heilung” irreführend sein. Er klingt nach einem einfachen Ja-oder-Nein-Ereignis. Das ist er jedoch nicht.

Ein ausgehärteter Backlack-Laminatstapel sollte folgende Merkmale aufweisen:

• gleichmäßige Haftung zwischen den Laminatschichten;
• ausreichende Kohäsionsfestigkeit innerhalb der ausgehärteten Beschichtung;
• stabile Anleiheperformance nach dem Abkühlen;
• ein akzeptables elektrisches Isolationsverhalten;
• keine starken Quetschstellen, Blasenbildung oder trockene Stellen;
• wiederholbare Ergebnisse von Charge zu Charge.

Ein Stapel kann bei einer dieser Prüfungen durchfallen, ohne dass dies verdächtig erscheint. Deshalb sind mechanische Prüfungen so wichtig.

Die tatsächlichen Aushärtungsbedingungen hängen von der Beschichtungsdicke, der maximalen Metalltemperatur, der Verweilzeit, dem Stapeldruck, der Ebenheit der Laminierung, der Grathöhe, der Oberflächenreinheit und dem Kühlverhalten ab. Das Ofenrezept ist nur ein Teil des Ganzen. Die Beschichtung härtet entsprechend der Temperatur und dem Druck aus, denen sie im Inneren des Stapels tatsächlich ausgesetzt ist.

Genau in diesem Unterschied liegen die Ursachen für viele Bindungsprobleme.

Warum eine Sichtprüfung nicht ausreicht

Bei der Sichtprüfung werden offensichtliche Mängel festgestellt: Fehlausrichtung, starkes Ausquellen, Blasenbildung, Verunreinigungen, Brandspuren, verzerrte Stapelgeometrie.

Eine schwache Haftung zwischen den Schichten wird damit nicht zuverlässig erkannt.

Ein Stapel kann eine saubere Außenkante aufweisen und dennoch eine schlechte innere Verbindung haben. Ein dünner Ölfilm, eine instabile Beschichtung während der Lagerung, eine unzureichende Spitzentemperatur des Metalls oder ein niedriger Druck in einer Zone können zu lokalen Schwachstellen führen. Manchmal tritt das erste Anzeichen während der Bearbeitung, der Rotormontage, im Hochgeschwindigkeitsbetrieb oder bei Temperaturwechselbeanspruchung auf.

Zu diesem Zeitpunkt belaufen sich die Kosten des Fehlers nicht mehr nur auf ein einziges aussortiertes Exemplar.

Abzieh- und Scherversuch machen die verborgene Klebeverbindung zu einem messbaren Nachweis.

Abziehprüfung für Backlack-Laminate

Bei einem Abzugstest werden die miteinander verbundenen Laminate an einer Kante voneinander abgezogen. Für die Überprüfung der Aushärtung der Rückseitenbeschichtung ist dies von Bedeutung, da viele Delaminationsfehler an freiliegenden Kanten, Zahnspitzen, Schlitzen oder Schnittstellen beginnen.

Zu den gängigsten Referenzmethoden zählen:

• DIN EN 1464 für die Prüfung mittels schwimmender Walzen;
• ISO 11339 für T-Peel-Prüfungen an flexiblen Verbundbaugruppen.

Das „Floating-Roller-Peel“-Verfahren wird häufig angewendet, wenn eine der beiden Klebeflächen flexibel genug ist, um abgezogen zu werden, während die andere Seite gestützt bleibt. Bei diesem Test wird die Schälfestigkeit gemessen, während sich der Riss entlang der Klebefuge ausbreitet. Beim T-Peel-Test wird ein T-förmiges, geklebtes Prüfstück verwendet und die Kraft gemessen, die erforderlich ist, um zwei flexible Klebeflächen voneinander zu trennen.

Einfach ausgedrückt geht es beim Peel-Test um folgende Frage:

Wie leicht lässt sich die Verbindung lösen, sobald der Trennungsvorgang einsetzt?

Das ist eine pointierte Frage. Gut so. Schärfe braucht pointierte Fragen.

Was die Abziehprüfung offenbart

Der Peel-Test eignet sich zum Nachweis von:

• mangelhafte Benetzung zwischen den Laminatschichten;
• nicht vollständig ausgehärtete Beschichtung;
• sprödes oder überbeanspruchtes Aushärtungsverhalten;
• Risiko einer kantenabhängigen Delaminierung;
• Verschmutzung zwischen den Schichten;
• schwache Haftung auf der Stahloberfläche;
• lokale Schwankungen der Schichtdicke;
• ungleichmäßige Erwärmung oder Druckverteilung.

Die Schälprüfung ist empfindlich. Manchmal sogar zu empfindlich. Eine kleine Grate, eine raue Kante, eine falsch ausgerichtete Probe oder ein unregelmäßiger Schälwinkel können das Ergebnis beeinflussen. Das bedeutet jedoch nicht, dass die Prüfung unzuverlässig ist. Es bedeutet vielmehr, dass der Prüfaufbau genau kontrolliert werden muss.

In der Produktionskontrolle ist die Schälprüfung oft eine zuverlässige Frühwarnmethode. Wenn sich die Schälkurve verändert, kann dies bereits auf eine Prozessabweichung hindeuten, noch bevor der Stapel vollständig versagt.

Scherprüfung an Rückseitenlaminaten

Bei einem Scherversuch wird der Klebeverbund eher parallel zur Laminatoberfläche belastet. Anstatt die Schichten auseinanderzuziehen, wird versucht, sie gegeneinander zu verschieben.

Bei klebeverbundenen Baugruppen, DIN EN 1465 ist ein gängiger Maßstab für Zug- und Überlappungsscherprüfungen. Bei der Herstellung von Backlack-Laminaten helfen Scherprüfungen dabei, zu beurteilen, wie gut die ausgehärtete Beschichtung die Belastung über die Klebefläche verteilt.

Bei der Schubprüfung wird folgende Frage gestellt:

Kann der geklebte Laminierbereich Kräfte in der Ebene aufnehmen, ohne zu verrutschen oder zu versagen?

Diese Frage trifft auf viele Einsatzbedingungen zu. Motorkerne und laminierte Baugruppen können Vibrationen, Drehmomenten, Einpresskräften, Handhabungsbelastungen, thermischer Ausdehnung und Bearbeitungskräften ausgesetzt sein. Die Verklebung muss nicht nur dem Ablösen widerstehen, sondern den Stapel auch als mechanische Einheit zusammenhalten.

Was die Scherprüfung offenbart

Scherversuch sind nützlich zur Überprüfung von:

• Haftfestigkeit an der Kontaktfläche;
• Aushärtung durch die Beschichtungsschicht hindurch;
• Prozesskonsistenz;
• Einfluss von Verweilzeit und Druck;
• Auswirkung des Beschichtungsgewichts;
• Verhalten der Bindung nach thermischer Alterung;
• Risiko von innerem Schlupf oder Reibverschleiß.

Ein Scherergebnis sollte niemals als allgemeingültiger Werkstoffwert betrachtet werden. Es hängt von der Probengeometrie, der Klebefläche, der Überlappungslänge, der Prüfgeschwindigkeit, der Stahldicke und dem Oberflächenzustand ab.

Der Bericht muss also angeben, wie der Test durchgeführt wurde. Eine Zahl ohne Angabe der Methode ist nur halb so nützlich.

Schälprüfung vs. Scherprüfung: Welche sollte verwendet werden?

Beides sollte verwendet werden, wenn der Stapel kritisch ist.

Bei der Schälprüfung werden Schwachstellen an den Kanten festgestellt. Die Scherprüfung dient der Überprüfung der Belastbarkeit der Klebefläche. Ein Stapel kann die eine Prüfung bestehen und bei der anderen durchfallen. Das ist nicht ungewöhnlich. Es ist eine Information.

Was die Art des Versagens über die Qualität der Behandlung aussagt

Die Spitzenkraft ist wichtig. Die Bruchfläche ist ebenso wichtig.

Nach einem Schäl- oder Scherprüfung sollten beide Seiten des gebrochenen Prüflings untersucht werden. Ein ordnungsgemäßes Qualitätskontrollprotokoll sollte das Kraftergebnis und die Bruchart enthalten.

Zu den typischen Fehlermustern gehören:

Haftversagen Die Beschichtung löst sich sauber von der Stahloberfläche. Dies kann auf eine mangelhafte Oberflächenreinheit, eine unzureichende Benetzung, einen zu geringen Anpressdruck, Probleme im Zusammenhang mit Oxid oder eine unvollständige Aushärtung hindeuten.

Kohäsionsversagen Der Riss verläuft durch die Beschichtungsschicht selbst. Dies bedeutet oft, dass die Beschichtung an beiden Laminierflächen haftete, wobei die innere Festigkeit der ausgehärteten Schicht noch überprüft werden muss.

Gemischtes Versagen Ein Teil des Versagens ist auf die Haftfestigkeit zurückzuführen, ein Teil auf die Kohäsion. Dies ist bei echten Produktionsmustern häufig der Fall. Dabei spielen das Muster und die Stelle eine Rolle.

Uneinheitliche Anbindung In einigen Bereichen ist eine starke Haftung zu beobachten, während sich benachbarte Bereiche sauber ablösen lassen. Dies kann auf ungleichmäßigen Druck, lokale Verunreinigungen, Wellenbildung bei der Laminierung, Störungen durch Grate oder eine ungleichmäßige Wärmeübertragung hindeuten.

Verformung von Stahl Dünner Elektroblech kann sich während der Prüfung verbiegen oder verziehen, bevor sich die Verbindung vollständig löst. Dies kann auf eine starke Verbindung hindeuten, erschwert jedoch möglicherweise den direkten Vergleich.

Ein optisch sauberes Versagen ist nicht automatisch gut. Ein optisch raues Versagen ist nicht automatisch schlecht. Die Oberfläche muss im Zusammenhang mit der Prüfmethode, der Probengeometrie und dem Aushärtungsverlauf betrachtet werden.

Wenn die Ergebnisse von Peel- und Shear-Tests voneinander abweichen

Meinungsverschiedenheiten kommen häufig vor. Sie können nützlich sein.

Wenn Die Schälfestigkeit ist gering, die Scherfestigkeit jedoch akzeptabel, kann der Stapel zwar eine gute Oberflächenhaftung, aber eine schlechte Kantenbeständigkeit aufweisen. Überprüfen Sie den Zustand der Kantenbeschichtung, die Grathöhe, die Sprödigkeit der Beschichtung, die Druckverteilung und die Vorbereitung der Schälproben.

Wenn Die Scherfestigkeit ist gering, die Schälfestigkeit jedoch akzeptabel, kann es vorkommen, dass sich der Stapel zwar nur schwer öffnen lässt, die Belastung in der Ebene jedoch nicht übertragen wird. Überprüfen Sie die maximale Metalltemperatur, die Verweilzeit, die Beschichtungsdicke, die Überlappungsgeometrie und ob die ausgehärtete Schicht möglicherweise zu weich geblieben ist.

Wenn Sowohl die Abzieh- als auch die Scherwerte sind niedrig, beginnen Sie mit den Grundlagen: Sauberkeit der Oberfläche, Lagerung der Beschichtung, tatsächliche Metalltemperatur, Druck, Verweilzeit und Ebenheit der Laminierung.

Wenn Beide Werte sind hoch, aber die Streuung ist groß., freuen Sie sich noch nicht zu früh. Eine große Streuung deutet oft darauf hin, dass der Prozess instabil ist. Möglicherweise liegt es an Schwankungen bei der Erwärmung. Möglicherweise liegt es an Druckschwankungen. Möglicherweise liegt es an Schwankungen beim Beschichtungsgewicht. Oder ein Bediener bereitet die Proben anders vor als ein anderer.

Ein zuverlässiger Prozess liefert nicht nur überzeugende Ergebnisse. Er liefert Ergebnisse, die sich wiederholen.

Erstellung eines praktischen Plans zur Überprüfung der Wirksamkeit einer Behandlung

Ein Plan zur Überprüfung der Heilung sollte dem Risiko des Bauteils entsprechen.

Testen Sie in der frühen Entwicklungsphase verschiedene Aushärtungsbedingungen. Ändern Sie nach Möglichkeit jeweils nur eine wichtige Variable: Temperatur, Verweilzeit, Druck oder Beschichtungsgewicht. Notieren Sie das Ergebnis. Notieren Sie die Art des Versagens. Bewahren Sie die Proben auf.

Verwenden Sie für den Produktionsstart die tatsächliche Laminiergeometrie. Flache Probekörper sind zwar nützlich, geben jedoch nicht immer Schlitze, Zähne, schmale Brücken, Innendurchmesser oder die Wärmeübertragung bei gestapelten Schichten realistisch wieder. Ein Test mit einem leicht verfügbaren Material liefert zwar möglicherweise eine einfache Antwort, doch ist dies nicht immer die richtige Antwort.

Für die routinemäßige Qualitätskontrolle könnte ein ausgewogener Plan Folgendes umfassen:

• Abziehprüfung zur schnellen Chargenüberwachung;
• Scherprüfung im Rahmen der planmäßigen Validierung;
• zusätzliche Prüfungen nach Material-, Werkzeug-, Beschichtungs- oder Ofenwechseln;
• festgelegte Probenahmestellen aus dem Schornstein;
• klare Abnahmegrenzen;
• Fotos von Fehlerzuständen;
• Rückverfolgbarkeit bis zur Charge, zum Aushärtungszyklus und zum Prüfdatum.

Die Abnahmekriterien sollten sich auf die Kundenspezifikation, die Stapelkonstruktion, die Betriebsbelastung und die validierte Produktionshistorie stützen. Vermeiden Sie es, Werte von einem nicht passenden Bauteil zu übernehmen. Die Verklebung des Hinterraums hängt zu stark von der Geometrie und den Prozessbedingungen ab, als dass man hier Abkürzungen nehmen könnte.

Was ein aussagekräftiger Prüfbericht enthalten sollte

Ein Prüfbericht zu einem Schäl- oder Scherversuch sollte idealerweise folgende Eigenschaften aufweisen: Er sollte klar, reproduzierbar und schwer falsch zu interpretieren sein.

Ein aussagekräftiger Bericht sollte Folgendes enthalten:

• Laminiermaterial und -dicke;
• Beschichtungsart oder interner Beschichtungscode;
• Beschichtungsgewicht oder Beschichtungsdickenbereich, sofern geregelt;
• Stapelrichtung und Probenposition;
• Temperaturprofil beim Verkleben;
• Spitzentemperatur des Metalls, sofern gemessen;
• Verweilzeit;
• Verklebungsdruck;
• Kühlmethode;
• verwendete Prüfnorm;
• Abmessungen des Prüfkörpers;
• Testgeschwindigkeit;
• Anzahl der Proben;
• Durchschnitts-, Minimal- und Maximalwerte;
• Fehlermodus;
• Fotos von typischen Fehlern;
• Bewertung „bestanden/nicht bestanden“ anhand der vereinbarten Spezifikation.

Dieser Detaillierungsgrad hilft den Ingenieurteams dabei, Probleme mit der Beschichtung von Prozessproblemen zu unterscheiden. Außerdem erleichtert er den Einkaufsteams den Vergleich von Lieferanten, ohne sich dabei ausschließlich auf Angaben der Anbieter verlassen zu müssen.

Häufige Ursachen für eine schwache Rückseite – Abhilfe de

Eine schlechte Aushärtung bedeutet nicht immer, dass der Ofen zu kalt war.

Das ist eine Möglichkeit. Aber nicht die einzige.

Zu den häufigsten Ursachen zählen:

• unzureichende Spitzenmetalltemperatur im Stapel;
• Verweilzeit zu kurz für die tatsächliche Stapelmasse;
• ungleichmäßiger Pressdruck;
• übermäßiger Druck, der zum Herausquellen der Beschichtung führt;
• Größe der Grate, die einen vollständigen Kontakt verhindern;
• Öl oder Rückstände aus dem Stanzvorgang;
• Feuchtigkeit oder ungeeignete Lagerbedingungen vor dem Verkleben;
• Beschichtungsgewicht außerhalb des erwarteten Bereichs;
• verformte Laminate;
• schnelle Abkühlung, die Spannungen festigt;
• mangelhafte Probenvorbereitung während der Prüfung.

Ein Prozess kann den Ofensollwert erreichen und dennoch fehlschlagen. Die Beschichtung härtet nicht aufgrund der vom Regler gemessenen Werte aus, sondern entsprechend den Bedingungen an der Klebefuge.

Wie wir Projekte im Bereich der Backlack-Laminatstapel unterstützen

Bei kundenspezifischen Laminatstapel-Projekten sollte die Aushärtungsprüfung nicht erst am Ende als reine Formalität hinzugefügt werden. Sie sollte in den Fertigungsablauf integriert werden.

Im Rahmen einer praktischen Projektprüfung sollten vor Produktionsbeginn die Klebemethode, die Laminatdicke, die Beschichtungsanforderungen, die Stapelhöhe, der Aushärtungszyklus, das Prüfverfahren, die Abnahmekriterien und das Berichtsformat festgelegt werden.

Unsere Entwicklungs- und Qualitätssicherungsteams können diesen Prozess unterstützen, indem sie bei der Festlegung der Anforderungen für Abzieh- und Scherprüfungen helfen, Validierungsproben vorbereiten, Versagensarten analysieren und die Qualitätskontrolldokumente an die mechanischen Anforderungen der Endmontage anpassen.

Bei Hochgeschwindigkeits-Motorkernen, Prototyp-Stapeln, geklebten Statorsegmenten, Rotorpaketen und anderen Präzisionsbaugruppen aus Elektroblech wird dadurch das Rätselraten reduziert. Außerdem wird die Lieferantenqualifizierung übersichtlicher. Die Zeichnung gibt vor, was benötigt wird. Der Prüfbericht belegt, was hergestellt wurde.

FAQ

Was versteht man unter der Überprüfung der Aushärtung bei der Backlack-Laminierung?

Bei der Überprüfung der Aushärtung der Backlack-Laminierung wird geprüft, ob sich die selbstklebende Beschichtung zwischen den Elektroblechlamellen zu einer stabilen Verbindung ausgehärtet hat. Dies umfasst in der Regel mechanische Prüfungen, die Analyse von Versagensarten und die Rückverfolgbarkeit des Prozesses.

Welche Norm wird für die Backlack-Abziehprüfung herangezogen?

Die Norm DIN EN 1464 wird üblicherweise für die Prüfung der Abziehfestigkeit mit schwimmenden Rollen verwendet. Die Norm ISO 11339 kann für die T-Peel-Prüfung herangezogen werden, wenn die Probenausführung für flexible Verbundkonstruktionen geeignet ist.

Welche Norm gilt für die Scherprüfung von Backlack?

Die Norm DIN EN 1465 wird üblicherweise für Zug- und Scherkraftprüfungen an geklebten Baugruppen verwendet. Bei Backlack-Laminaten ermöglicht sie den Vergleich der Festigkeit im Klebegebiet unter kontrollierten Prüfbedingungen.

Ist die Schälprüfung besser als die Scherprüfung?

Nein. Bei der Schälprüfung und der Scherprüfung werden unterschiedliche Fragen untersucht. Bei der Schälprüfung wird der Widerstand gegen das Ablösen an einer Kante geprüft. Bei der Scherprüfung wird die Lastübertragung über die gesamte Klebefläche hinweg geprüft. Bei kritischen Schichten sind oft beide Prüfungen erforderlich.

Kann ein Laminatstapel die Scherprüfung bestehen, aber bei der Schälprüfung durchfallen?

Ja. Dies kann passieren, wenn die Hauptklebefläche einer Gleitbelastung ausgesetzt ist, die Kante jedoch schwach, spröde, verunreinigt oder schlecht benetzt ist. Dies ist ein Warnzeichen, insbesondere bei Stapeln, die Handhabung, Vibrationen oder einem Betrieb mit hohen Geschwindigkeiten ausgesetzt sind.

Sollten die Abnahmewerte aus einem anderen Projekt übernommen werden?

Nein. Die Akzeptanzgrenzen sollten von der Laminatgeometrie, dem Beschichtungssystem, der Stahldicke, den Betriebsbedingungen und den Kundenspezifikationen abhängig gemacht werden. Außerdem muss das Prüfverfahren angegeben werden, da der Wert sonst irreführend sein könnte.

Warum ist die Spitzentemperatur des Metalls von Bedeutung?

Die maximale Metalltemperatur entspricht den tatsächlichen Aushärtungsbedingungen besser als die Ofentemperatur. Dicke Lagen, die Masse der Formteile und die Kontaktbedingungen können die Wärmeübertragung in die Klebefuge verzögern.

Was sollte neben der Prüfkraft noch erfasst werden?

Halten Sie die Versagensart, die Stelle am Prüfkörper, den Aushärtungszyklus, die Prüfnorm, die Abmessungen der Probe, die Prüfgeschwindigkeit sowie repräsentative Fotos fest. Der Wert gibt an, wie viel Kraft gemessen wurde. Die versagende Oberfläche hilft dabei, die Ursache zu erklären.

Das Wichtigste auf einen Blick

Die Backlack-Haftung lässt sich nicht anhand des Aussehens nachweisen. Sie wird durch kontrollierte Tests und wiederholbare Ergebnisse nachgewiesen.

Abziehversuche zeigen, wie sich die Verbindung an einer Kante löst. Scherversuche zeigen, wie die geklebte Oberfläche die Last aufnimmt. Zusammen bieten sie Ingenieuren und Qualitätssicherungsteams eine praktische Möglichkeit, die Aushärtung der Beschichtung zu überprüfen, Prozessabweichungen zu erkennen und Laminatpakete mit größerer Sicherheit zu qualifizieren.

Bei verklebten Elektroblechpaketen spielt dieser Unterschied eine Rolle. Ein Paket gilt nicht einfach als zusammengesetzt, nur weil sich die Schichten berühren. Es gilt erst dann als verklebt, wenn die Beschichtung, der Aushärtungszyklus und die Testergebnisse übereinstimmen.