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Start | Grundlagen Strahltechnik

1. Anwendungsgebiet der Strahltechnik
 

In der Strahltechnik gibt es verschiedene Anwendungsgebiete:

    - Reinigen
    - Aufrauen
    - Verfestigen
    - Oberflächenfinishing


- Reinigen
Unter Reinigungsstrahlen versteht man im Allgemeinen das Strahlen von oxidierten, beschichteten oder anders verunreinigten Oberflächen. Ziel ist es, den Grundwerkstoff freizulegen.


- Aufrauen
Das Strahlen zum Zwecke des Aufrauens findet Anwendung, um eine Ober- flächenvergrößerung zu erzielen. Eine Oberflächenvergrößerung dient als Grundlage für eine bessere Anhaftung von Kleb- oder Beschichtungswerkstoffen auf dem Grundwerkstoff. Zusätzlich wird durch eine Oberflächenaufrauung ein größerer Reibungskoeffizient zu anderen Oberflächen erzielt (Oberflächen werden rutschfester).


- Verfestigen
Das Strahlen zur Verfestigung von Oberflächen findet Einsatz an hochbe- anspruchten Bauteilen, bei denen durch eine Induktion von plastischer Oberflächenverformung Druckeigenspannungen erzeugt werden. Diese Druck- spannungen sollen die Schwingfestigkeitseigenschaften des Bauteils verbessern.


- Oberflächenfinishing
Hierbei wird zum Zwecke des optischen Empfindens das Werkstück bearbeitet. Es werden damit Muster aufgebracht (Glasflächen, Duschwände, etc.) und uner- wünschte reflektierende Flächen mattiert. Bestimmend für das Resultat ist das eingesetzte Strahlmittel.


2. Strahlverfahren

Das älteste Patent zur Oberflächenbearbeitung mit Strahlmitteln entstand 1870 in den USA, durch den Chemiker Chew Tilghmann aus Philadelphia.
Mithilfe eines Sandstrahlers kann man Eisen, Metalle, Glas, Holz und viele Materialien tönen, mattieren, gravieren, etc.

Auch das Schleuderrad wurde seinerzeit erwähnt. In Deutschland wurde das Schleuderrad durch die Herren Hans Weber und Karl Grodol aus Kronach in Bayern 1930 zum Patent angemeldet, was auch heute noch Verwendung findet.

Das Strahlverfahren ist seit Jahrzehnten in der Industrie im Einsatz und heute nicht mehr wegzudenken.

Prinzipiell unterscheiden sich Strahlverfahren durch die Art und die Beschleunigung des Strahlmediums.
Grundsätzlich unterscheidet man zwei Gruppen von Strahlverfahren:


- Schleuderradstrahlen
Beim Schleuderradstrahlen wird das Strahlmittel durch Schleuderräder beschleunigt, die mit Wurfschaufeln oder entsprechenden Einrichtungen versehen sind.


- Druckstrahlen
Beim Druckstrahlen wird das Strahlmittel mithilfe von Düsen durch flüssige oder gasförmige Trägermittel gefördert und beschleunigt. Mit dem Trägermedium kann auch ein Reinigungseffekt erzielt werden.


2.1 Schleuderradstrahlen

Beim Schleuderradverfahren wird das Strahlmittel durch die Nabe des Schleuder-rades in ein sich drehendes Schaufelrad eingeleitet und mit hoher Drehzahl und damit auch entsprechend hoher Umfangsgeschwindigkeit in einem breit gefächerten Strahl auf die Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstückes ausgeworfen. Die Beschleunigungsenergie wird erreicht durch:

    - die Drehzahl des Rades
    - den Durchmesser und die Breite des Rades

Den höchsten Strahlmittelzufluss in das Rad erreicht man bei einem Rad mit nur zwei Schaufeln. Allerdings ist der Auswurfwirkungsgrad sehr schlecht, weil eine große Streuung gegeben ist.

Bei kleineren Schleuderrädern nimmt man aus Kostengründen 2 Schaufeln, bei mittleren 4 Schaufeln und bei großen Durchmessern 6 oder 8 Stück.

Schleudermaschinen werden vorwiegend in der Stahlindustrie, in Gießereien und im Stahl- und Apparatebau sowie im Schiffbau eingesetzt. Es handelt sich um Maschinen, die selten so konstruiert werden können, dass sie universell zur Bearbeitung verschiedenartiger Werkstücke einsetzbar sind.

Ihre Aufgabe besteht darin, Eisen und Stahl von Zunder, Walzhaut und Rost zu befreien. Die Funktion ist derart, dass Profile, Bleche oder auch einfache Konstruktionsteile sowie Rohre an den Schleuderrädern auf einem Rollgang vorbeigeleitet und von dem austretenden Strahlmittelstrom getroffen werden.

Das Schleuderradstrahlen hat mit mobilen Anlagen auch seinen Markt in der Oberflächenreinigung von Beton-, Asphaltflächen und Stahlböden gefunden. Die gesamte Maschine wird über einen regulierbaren Transportvorschub über die Oberfläche gefahren. Das auf die Oberfläche auftreffende Strahlmittel wird mit einem Vakuumluftstrom über einen Kanal zu einem über dem Schleuderrad befindlichen Speicher zurückgesaugt, entstaubt und sodann dem Kreislauf wieder zugeführt.


 
Schleuderrad

Schleuderrad mit indirekter Einführung und mechanischer Vorbeschleunigung

Gesamtansicht durch Anklicken der Abbildung


Schleuderrad

Schleuderradstrahlen

Gesamtansicht durch Anklicken der Abbildung


 

2.2 Druckstrahlen

Das Druckstrahlverfahren kann noch in Untergruppen aufgeteilt werden.

Dabei gliedern sich die Untergruppen nach der Art des Strahlmittels, des Träger- mediums und der Art des Zumischens des Strahlmittels zum Trägermedium.


2.2.1 Druckluftstrahlen (auch Druckfrei- oder Sandstrahlen)

Das Strahlmittel wird durch einen mit hoher Geschwindigkeit austretenden Luftstrom beschleunigt.

Bei diesem Verfahren befindet sich das Strahlmittel in einem Druckkessel. Zu diesem wird über Leitungen oder Schläuche Druckluft geführt, die einmal in den Kessel eingeleitet wird und auf das eingefüllte Strahlmittel drückt, zum Zweiten am Kessel vorbeigeführt und an ein Mischventil angeschlossen wird.



Schema Druckluftstrahlen

Schema Druckluftstrahlen

Gesamtansicht durch Anklicken der Abbildung

 

Das Strahlmittel tritt über eine Zulauföffnung senkrecht oder über einen Fließwinkel von ca. 45° in das Mischventil ein.

Nach dem Mischventil beginnt der eigentliche Prozess des Vermischens von Strahlmittel und Druckluft. Dies ist deshalb erforderlich, damit das Strahlmittel über die Entfernung von Strahlkessel bis zum zu strahlenden Objekt transportiert werden kann.

Es muss darauf geachtet werden, dass die Geschwindigkeit des Druckluft-Strahl- mittelgemisches nicht zu gering ist, damit sich die schweren Strahlmittelteilchen nicht absetzen können.

Durch eine von Hand geführte Strahldüse tritt das Strahlmitteldruckluftgemisch mit einer Geschwindigkeit bis max. 240 m/s aus der Düse aus und trifft mit dieser hohen Geschwindigkeit nach der Düse auf die zu reinigende Objektfläche.

Der Betriebsdruck, der zur Beschleunigung in der Düse auf die genannten Geschwindigkeiten erforderlich ist, sollte nicht unter 5 bar liegen. Heute werden bereits 10 – 12 bar an der Düse verwendet.

Im Unterschied zum Schleuderradverfahren ist es ein großer Vorteil, dass die Strahldüse geführt wird und das zu strahlende Objekt während der Entrostung beobachtet werden kann.

Die Leistungen liegen in der Regel bei Flächen etwas niedriger. Das Strahlbild ist jedoch besonders für die Beschichtung mit den verwendeten Beschichtungsstoffen oft günstiger, d.h. die Oberfläche vergrößert sich stärker als beim Schleuder-radverfahren, und damit entsteht eine erheblich höhere Haftmöglichkeit für den Beschichtungsstoff. Durch die hohe Aufprallenergie des einzelnen Korns, hervorgerufen durch die wesentlich höhere Ausströmgeschwindigkeit (240 m/s beim Druckstrahlen, max. 80 m/s beim Schleuderstrahlen), können erheblich größere Rautiefen erzielt werden.

Unterstützt wird dies noch durch Verwendung von kantigem Strahlkorn. Zur Erzielung der gewünschten Reinheitsgrade wird die Düse schneller oder langsamer über die zu bearbeitende Oberfläche geführt. Außerdem lässt sich das Mischventil von 0 bis 100% im Zulaufquerschnitt verändern, sodass dadurch unterschiedliche Beladungsfaktoren des Druckluftstroms erreicht werden können.

Die Strahlleistung ist also ganz eindeutig von folgenden Komponenten abhängig:

    - Druck an der Düse
    - Strahlmittelmengendurchsatz
    - Ausströmende Druckluftmenge
    - Düsendurchmesser, Düsenform

Um einen entsprechend großen Strahlmitteldurchsatz erreichen zu können, wird ein Mischventil mit großen Querschnitten und einer entsprechenden Mischkammer benötigt. Die Strahlmittelmenge ist natürlich auch abhängig von der fließenden Druckluftmenge und der Druckluftgeschwindigkeit im Moment des Einschleusens des Strahlmittels in den Luftstrom. Man nennt das Verhältnis „Strahlmittelmenge zu Druckluftmenge“ den Beladungsfaktor.

Die Druckluftmenge ist wiederum abhängig von der Größe der Düsenöffnung und dem Druck vor der Düse. Gerade in den letzten Jahren sind erhebliche Leistungs- steigerungen beim Druckstrahlverfahren erreicht worden, und zwar durch den Einsatz großvolumiger Strahlkessel und dafür geeigneter Mischventile sowie durch die Verwendung von großen Düsendurchmessern, also großen Druckluftmengen. Der maximale Düsendurchmesser liegt derzeit bei 20 mm.