Aus Lexikon der Kunststoffprüfung
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Ritzhärte

Prüfverfahren zur Ritzhärteprüfung

Die Methoden zur Bestimmung einer „Ritzhärte“ oder auch „Kratzhärte“ gehören zu den Sonderverfahren der Härteprüfung von Kunststoffen.
Die Ritzhärte ist ein bedeutsames Qualitätskriterium für Lackschichten, Kunststoffbeschichtungen und optisch anspruchsvolle Oberfläche Flächen in der Flugzeug- und Automobilindustrie, aber auch in der Hausgerätetechnik.
Die Richtlinie VDI/VDE 2616 [1] enthält unter diesem Anwendungsaspekt mehr als 30 Sonderverfahren, von denen 13 in die Gruppe der Ritzhärteprüfverfahren eingeordnet wurden.

Eine besondere Verbreitung besitzen die Ritzhärteprüfverfahren, die nach dem Furchungs- oder Ritzprinzip die Eindringtiefe einer Nadel oder Kugel bei einer Translationsbewegung visuell oder über die Messung von Kraft und Eindringtiefe kontinuierlich erfassen. Dabei wird die Prüfkraft konstant gehalten oder stufenweise variiert. Prüfverfahren mit anschließender visueller Bewertung sind z. B. die Ritzhärteprüfung mit dem ERICHSEN-Prüfstab und das Gitterschnittverfahren. Eine kontinuierlich Eindringtiefenerfassung erfolgt über spezielle Zusatzgeräte in Materialprüfmaschinen oder externen Prüfgeräten (Scratch-Indenter-Tester) [2]. Der generelle Nachteil dieser Verfahren besteht darin, dass sie keine genormten Härtewerte liefern.

In der Richtlinie VDI/VDE 2616 werden die nachfolgend aufgeführten zwei Ritzhärtemethoden angegeben:

Ritzhärteprüfverfahren A mit Translationsbewegung

1. Kratzhärte nach Peters

  • Kratzen mit dem Daumennagel
  • Prüfung von Anstrichen

2. Bleistift-Ritzmethode

  • Ritzen des Anstriches unter definierter Kraft mit Bleistiften verschiedener Härten bis zum deutlichen Ritz
  • Laborprüfung an beschichteten Musterplatten

3. Ritzhärteprüfer nach Rossman

  • Ritzen mit einer Stahlkugel unter definierter Kraft
  • Laborprüfung an beschichteten Musterplatten

4. Ritzhärteprüfer nach Clemen

  • Ritzen mit einer Nadel bzw. einem Stichel unter definierter Kraft (zehn Stufen)
  • Erichsen Typ 239

5. Ritz-Härteprüfer nach Sikkens

  • Ritzen mit definierten Sticheln bei definierter Kraft und Zuggeschwindigkeit
  • DIN EN ISO 1518: Beschichtungsstoffe – Bestimmung der Kratzbeständigkeit [3]

6. Bleistift-Verfahren von Wolff-Wilborn

  • Ritzen mit Bleistiften verschiedener Härte unter konstanter Kraft
  • Möbel und Fahrzeuglackierungen
  • Erichsen Typ 291

7. Bleistift-Verfahren

  • Ritzen mit Bleistiften „KOH-I-NOR“ verschiedener Härten
  • Coil-Coating-Industry

8. Bleistift-Verfahren

  • Ritzen mit Bleistiften
  • Flugzeugbeschichtungen

9. Härteprüfstab

  • Ziehen einer Hartmetallkugel unter definierter veränderlicher Kraft
  • Lacke und Beschichtungen
  • Erichsen Typ 318

Weitere Ritzverfahren (Rubrik B)

10. Schmissbeständigkeitsprüfer nach Oesterle

  • Ziehen einer feststehenden Rundscheibe unter definierter veränderter Kraft
  • Lacke und Beschichtungen
  • Erichsen Typ 435

11. Härteprüfung DUR-O-Test

  • Ritzen mit einer kugelförmigen Spitze unter variabler Kraft
  • Anstriche, Lackierungen, Kunststoffüberzüge
  • Byk-Mallinckrodt Nr. 581

12. Ritzhärteprüfung nach van Laar

  • Ritzen mit einem Hartmetallstichel mit einem Durchmesser von 0,5 mm
  • Erichsen Typ 413

13. Ritzen nach Bosch

  • Ritzen mit einem Härtemetallstichel mit einem Durchmesser von 0,75 mm
  • Erichsen Typ 413

Härteskala nach MOHS

Eines der ältesten Härteprüfverfahren ist die Härteskala nach MOHS. Sie beruht auf dem Grundsatz, dass das härtere Material das weichere Material ritzt. Als Referenzmaterialien werden verschiedene Mineralien eingesetzt (Härteskala siehe auch Mohs, Carl Friedrich Christian)

Das nachfolgende Bild 1 zeigt den Zusammenhang zwischen MOHS- und Vickers-Härte, der die starke Nichtlinearität der Mohs-Härteskala verdeutlicht [2, 4].
Die MOHS’sche Härteskala wird zwar allgemein von Mineralogen benutzt, aber sie eignet sich nicht für andere Materialien als Minerale, weil die Härtedifferenzierung, wie auch das nachfolgende Bild 1 zeigt, im allgemeinen zu gering ist.

Ritzhärte.JPG

Bild 1: Zusammenhang zwischen MOHS- und Vickers-Härte [4]; Vickers-Härtewerte für Kunststoffe nach VDI/VDE 2616 (grüner Bereich)

Trägt man die in der VDI/VDE Richtlinie angegebenen Vickers-Härtewerte von 10 bis 580 N/mm2 für Thermoplaste und faserverstärkte Verbundwerkstoffe mit duroplastischer Matrix in das Bild 1 schematisch ein, so erkennt man, dass die Werte in dem ausgeprägt nichtlinearen Bereich liegen. Basis für den funktionellen Zusammenhang sind die in der Tabelle angegebenen Vickers-Härtewerte.

Tabelle: Mineralien der Härteskala nach MOHS
Mohs-Härte Mineral Härte HV
1 Talk 2,4
2 Gips 36
3 Kalkspat 110
4 Flussspat 190
5 Apatit 540
6 Feldspat (Orthoklas) 800
7 Quarz 1120
8 Topas 1430
9 Korund 2000
10 Diamant (10000)


Literaturhinweise

[1] VDI/VDE 2616 (2014-07) Blatt 2: Härteprüfung an Kunststoffen und Elastomeren
[2] Hermann, K. (Hrsg.): Härteprüfung an Metallen und Kunststoffen. Expert Verlag, Renningen (2007) (ISBN 978-3-8169-2550-7; siehe AMK-Büchersammlung unter C 31)
[3] DIN EN ISO 1518: Beschichtungsstoffe – Bestimmung der Kratzbeständigkeit.
Teil 1 (2011-09): Verfahren mit konstanter Last.
Teil 2 (2012-01): Verfahren mit kontinuierlich ansteigender Last
[4] Bladzewski, S., Mikozewski, S.: Pomiary Twardosci Metali, Wydawnictova Naukowo-Technicze, Warszawa (1981) S. 3