Ratgeber
Die Dicke einer Beschichtung kann eine große Rolle spielen, angefangen beim Korrosionsschutz von Behältern oder Trägerelementen bis zur Lackierung von Auto- oder Maschinenteilen. Zum Messen der Schichtdicke wird zerstörungsfreien Methoden naturgemäß der Vorzug gegeben. Entwickelt wurden dazu Schichtdicken-Messgeräte, die mit elektromagnetischen oder elektrischen Feldern sowie mit Ultraschall arbeiten.
In unserem Ratgeber erfahren Sie, wie diese Instrumente funktionieren und worauf bei der Beschaffung zu achten ist.
Jedes Instrument zur zerstörungsfreien Ermittlung der Dicke einer Beschichtung ist letztlich ein Entfernungsmesser: Es misst die Distanz zwischen seiner Sonde und dem Trägermaterial. Alles, was dazwischen liegt, wird als Beschichtung definiert und als Längenmaß auf einem Display angezeigt.
Daraus ergibt sich zwangsläufig eine physikalische Abhängigkeit zwischen der Sonden-Technologie und dem Trägermaterial. Unterschieden wird dabei einerseits zwischen eisenhaltigem und nicht-eisenhaltigem, aber elektrisch leitfähigem Untergrund. Andererseits lassen sich auch beschichtete Materialien untersuchen, die weder auf elektromagnetische noch auf elektrische Felder reagieren.
Für das Messen der Schichtdicke auf Metallsubstraten haben sich zwei Technologien durchgesetzt, und zwar die magnetische Induktion und die Wirbelstromtechnik. Die Wahl der Technologie hängt davon ab, ob es sich um ein Eisen- oder Nichteisenmetall handelt. Die meisten Schichtdickenmessgeräte sind für beide Messungen geeignet und erlauben eine manuelle oder automatische Auswahl der Messtechnik.
Der Messwert wird durch die meisten Beschichtungsarten nicht beeinträchtigt, sodass Farben, Abdichtungsbahnen oder andere Beschichtungssysteme nicht stören, sondern nur andere Metalle.
Gänzlich anders arbeiten Schichtdicken-Messgeräte, deren Trägermaterial weder auf elektromagnetische noch auf elektrische Felder anspricht.
Genutzt wird hier Ultraschall in niedrigen Megahertz-Bereichen, dessen Reflexion vom Substrat abhängt und somit Aufschluss über die Dicke der Beschichtung gibt.
Für alle Schichtdickenmessgeräte gilt: Sie zeigen grundsätzlich nur relative Werte an! Das heißt, sie müssen vor dem Messen auf einen Nullwert kalibriert sein, der sich durch den unmittelbaren Kontakt der Sonde mit einer Probe des Trägermaterials ergibt. Einige Geräte für die Ultraschallmessung sind allerdings in der Lage, eine automatische Null-Kalibrierung beziehungsweise Offset-Kalibrierung durchzuführen.
Bei eisenhaltigen Substraten wie beispielsweise verzinkten Stahlblechen verwenden einige Schichtdickenmessgeräte einen Dauermagneten als Quelle des Magnetfeldes. Zumeist wird ein Hall-Effekt-Sensor verwendet, um die magnetische Flussdichte an einem Pol des Magneten zu messen. Andere Geräte arbeiten mit einem Elektromagneten und einer Drahtspule zur Detektion des Feldes.
Gemessen wird immer die Änderung der magnetischen Flussdichte an der Oberfläche der Sonde, wenn sie die Beschichtung berührt. Die Größe der Flussdichte steht in direktem Zusammenhang mit dem Abstand zum Substrat, durch die Messung der Flussdichte lässt sich daher die Schichtdicke bestimmen.
Ein typisches Beispiel für die induktive Messung der Beschichtungsdicke ist die Prüfung des Lacks an einem Kraftfahrzeug. In der Regel testet der Prüfer zunächst den Lack an einem nur selten von Unfällen betroffenen Teil, zum Beispiel dem Autodach. Ergibt die Messung an unfallträchtigen Karosserieteilen wie Stoßfängern, Kotflügeln oder Türen teilweise deutliche Unterschiede, kann es sich bei den Stellen um nicht fachgerechte Ausbesserungen handeln. In solchen Fällen sind häufig Dellen nicht glatt ausgebeult, sondern lediglich mit Spachtelmasse aufgefüllt und anschließend überlackiert worden. Die Entfernung zwischen dem Autoblech und dem Lack ist hier natürlich größer als bei unbeschädigten Karosserieteilen.
Metalle wie Aluminium, Kupfer oder hochwertiger Stahl leiten zwar Strom, reagieren aber nicht oder nur sehr schwach auf elektromagnetische Felder. Eine reine Induktionsmessung ist daher nicht möglich. In diesen Fällen kommen Wirbelstromtechniken zum Einsatz, die in den meisten Messgeräten schon werksseitig auswählbar sind beziehungsweise sich automatisch aktivieren.
Für die Wirbelstrommessung verwenden Sie eine Spule aus feinem Draht, durch die ein hochfrequenter Wechselstrom – häufig mit einer Frequenz von mindestens 1 Megahertz – geleitet wird. Der Strom erzeugt in der Spule ein magnetisches Wechselfeld an der Oberfläche der Sonde, das wiederum im Substrat ein entgegengesetztes Wirbelstromfeld hervorruft. Eine Spule in unmittelbarer Nähe zur Erregerspule erfasst das Feld, das Messgerät kann dann aus den Differenzen die Distanz zwischen Sonde und Substrat und damit die Schichtdicke berechnen.
Bei Schichtdickenmessgeräten auf Basis von Ultraschall wird die Zeit gemessen, die der Schall benötigt, um vom Messgerät durch die Beschichtung hindurch bis zum Substrat und zurück zum Messgerät zu gelangen. Das Verfahren ist technisch mit der Ultraschall-Sonographie verwandt, wie sie beispielsweise in der Medizin zur Darstellung innerer Organe verwendet wird.
Eine Ultraschallmessung erfordert im Gegensatz zu den vorher genannten Verfahren kein metallisches Substrat. Als Reflexionsmedium eignen sich Glas und Kunststoffe ebenso wie Holz, Beton und Mauerwerk. Da die Leitung von Schall in Festkörpern unterschiedlich ausfällt, lässt sich anhand der Signallaufzeit die Dicke der Beschichtung feststellen. Der Ultraschallgeber ist in der Regel ein Piezo-Element, das im einstelligen Megahertz-Bereich schwingt. Nachteile der Ultraschallmessung sind – zumindest bei preiswerten Ausführungen – die größere Ungenauigkeit im Vergleich zu anderen Messmethoden sowie Schichtdicken von wenigstens einem Millimeter.
Maßgeblich ist das für die Schichtdickenmessung üblicherweise vorliegende Substrat. Da die meisten Schichtdickenmessgeräte sowohl die elektromagnetische Messung als auch das Wirbelstrom-Verfahren anbieten, sind sie für metallische Substrate die erste Wahl. Wird überwiegend an nichtmetallischen Substraten gemessen, sollte die Wahl auf ein Ultraschallgerät fallen.
Die Messbereiche liegen bei Metallsubstraten in der Regel zwischen 0 und 5000 Mikrometer, bei Substraten für die Ultraschallmessung bei bis zu 300 Millimeter. Praktisch sind Typen mit externer Sonde, da sie sich auch an sonst unzugänglichen Stellen einsetzen lassen. Integrierte Sonden finden sich überwiegend an eher preiswerten Geräten.
Hinsichtlich der Messwertanzeige verfügen alle professionell einsetzbaren digitalen Schichtdickenmessgeräte über ein numerisches Display und Genauigkeiten von 0,5 bis 5 Prozent. Hochwertige Geräte verfügen zusätzlich über Speichermöglichkeiten für Messwerte und häufig auch über Schnittstellen zur Datenübertragung.