Druckluftstrahlen

Unter Druckluftstrahlen wird die Reinigung von Oberflächen durch Einwirkung verschiedenster Strahlmittel, welche durch Druckluft mit hoher Geschwindigkeit auf das Reinigungsobjekt gestrahlt werden, verstanden. Durch die Aufprallenergie werden Verunreinigungen, Ablagerungen, Korrosion, Zunder und Farbe beseitigt. Das Verfahren ist vielseitig anwendbar. Mit ihm kann der Oberflächenvorbereitungsgrad Sa 3 auf Stahl erreicht werden, wobei der zu behandelnde Stahl alle Rostgrade aufweisen kann. Der Strahlvorgang erfolgt bei Drücken von 2 - 3 bar und ist dem Reinigungsprozess (Werkstoff der zu reinigenden Oberfläche, Reinheitsgrad, etc) anzupassen. Außerdem spielt das Strahlmittel, der Strahlwinkel sowie die Wahl einer geeigneten Düse eine entscheidende Rolle.

Die durch die Strahlreinigung entstehenden Stäube, bestehend aus von der Oberfläche gelösten Partikeln sowie gesplitterten, zerkleinerten Partikeln des Strahlmediums, müssen gefiltert werden, da gesundheitsschädliche Komponenten enthalten sein können. Nach dem Druckluftstrahlen kann lose anhaftender Staub und Schmutz und lose anhaftendes Strahlmittel von der Oberfläche durch Abfegen, Absaugen oder mit öl- und feuchtefreier Druckluft entfernt werden. Die gestrahlten Bauteile sind nach der Reinigung trocken.

Physikalischer Hintergrund

Beim Druckluftstrahlen wird das Strahlmittel in einen Druckluftstrom gebracht. Das Luft/Strahlmittel-Gemisch wird aus einer Düse mit hoher Geschwindigkeit auf die zu reinigenden Oberflächen gestrahlt. Das Strahlmittel kann dabei aus einem Druckbehälter gefördert oder aus einem nicht unter Druck stehenden Behälter in den Luftstrom gesaugt werden. Durch die Aufprallenergie werden Verunreinigungen, Ablagerungen, Korrosion, Zunder und Farbe beseitigt.

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Das Druckluftstrahlen eignet sich für die Reinigung von Werkstücken und Konstruktionen aller Art und Größe. Es ist auch bei Werkstücken, die verschiedene Rostgrade aufweisen anwendbar. Druckluftstrahlen kann kontinuierlich oder diskontinuierlich, in geschlossenen Räumen oder im Freien angewendet werden.

Es kann der Oberflächenvorbereitungsgrad Sa 3 auf Stahl erreicht werden, wobei der zu behandelnde Stahl alle Rostgrade nach ISO 8501-1 oder ISO 8501-2 aufweisen kann.

Der Grad der Reinigung sollte in Abhängigkeit von dem nachfolgend aufzubringenden Oberflächenschutz festgelegt werden, je nachdem, ob der Auftrag von Rostschutzfarbe, Lackfarbe, Haftgrundierung, eine Verzinkung oder eine Kunststoffbeschichtung erfolgen soll. Das Strahlergebnis hängt von der Wahl des Strahlmittels sowie der Wahl einer geeigneten Düse ab.

Der Strahlvorgang erfolgt meist bei Drücken von 2 - 3 bar und ist dem Reinigungsprozess (Werkstoff der zu reinigenden Oberfläche, Reinheitsgrad usw.) anzupassen. Außerdem spielt der Strahlwinkel eine entscheidende Rolle. Zum Entfernen von Rost und Zunder sollte er ca. 80 - 90 Grad zur Oberfläche betragen, wohingegen das Strahlen zur Entfernung von lockeren Lackschichten oder anderen leicht haftenden Deckschichten in einem flacheren Winkel erfolgen sollte, damit die Luft unter das Material dringen kann und es losbricht.

Das Druckluftstrahlen neigt zur Staubentwicklung. Die Stäube, bestehend aus gesplitterten, zerkleinerten Partikeln des Strahlmediums und von der Oberfläche gelösten Partikeln, müssen in der Regel gefiltert werden, da gesundheitsschädliche Komponenten enthalten sein können. Wenn Staubverminderung oder Absaugvorrichtungen nicht ausreichen, um zulässige Umweltschutz-Grenzwerte einzuhalten, kann das Verfahren nicht angewendet werden.

Nach dem Trockendruckluftstrahlen kann lose anhaftender Staub und Schmutz sowie lose anhaftendes Strahlmittel von der Oberfläche durch Abfegen, Absaugen oder mit öl- und feuchtefreier Druckluft entfernt werden. Die gestrahlten Bauteile sind nach der Reinigung trocken.

Haupteinsatzgebiete

Das Druckluftstrahlen eignet sich für die Reinigung von Werkstücken und Konstruktionen aller Art und Größe. Das Verfahren findet seine Anwendung vornehmlich in der Vorbereitung von Metalloberflächen für nachfolgende Beschichtung, wie Rostschutzanstriche, Lackierungen, Haftgrundierungen, Verzinkungen oder Kunststoffbeschichtungen und ist auch auf Werkstücke anwendbar, die an unterschiedlichen Stellen verschiedene Rostgrade aufweisen.

Neben der Reinigung von Metalloberflächen kommt dieses Verfahren beim Mattieren von Glas für Dekorationszwecke, bei der Entfernung von Lack- oder Farbresten auf Holz, bei der Reinigung von Kunststoffgegenständen oder elektronischen Zubehörteilen ebenso zur Anwendung, wie bei der Entfernung von Ablagerungen auf Beton, bei der Reinigung von Gebäude-Fassaden, in der Lederindustrie und in vielen anderen Gewerbezweigen.

Das Druckluftstrahlen kann bei empfindlichen Oberflächen in der Regel nicht eingesetzt werden. Durch die hohe kinetische Energie, die durch das auf die Oberfläche auftreffende Strahlmedium übertragen wird, werden Werkstückoberflächen angegriffen und beschädigt. Der Oberflächenangriff kann durch Wahl eines weichen Strahlmediums (z. B. Getreideschrot) jedoch sehr gering gehalten werden.

Umwelt- und Arbeitsschutz

Strahlverfahren neigen zur Staubentwicklung. Die entstehenden Stäube bestehen aus gesplitterten, zerkleinerten Partikeln des Strahlmediums sowie aus von der Oberfläche gelösten Partikeln, wie Rost, Lacken, oder anderen Beschichtungen. Da diese Stäube gesundheitsschädliche Komponenten enthalten können, müssen Absaugvorrichtungen mit entsprechenden Filteranlagen an die Strahlanlagen angeschlossen werden. So kann eine Beeinträchtigung der Luft durch die entstandenen Stäube vermieden oder zumindest stark gesenkt werden. Wenn Staubverminderung oder Absaugvorrichtungen nicht ausreichen, um zulässige Umweltschutz-Grenzwerte einzuhalten, kann das Verfahren nicht angewendet werden.

Bild: KIESS

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Ein weiterer Aspekt des Arbeitsschutzes ist der Lärmpegel. Integriere Schallschutzkabinen können den Lärmpegel auf ca. 80-90 dB absenken, wodurch die geforderten Arbeitsschutzrichtlinien eingehalten werden. Dieses lässt sich aber nur bei feststehenden Anlagen realisieren. Bei mobilen Anlagen muss der Anwender durch einen geeigneten Gehörschutz vor einem zu hohen Lärmpegel bewahrt werden.

Nähere Informationen zum Arbeitsschutz bei Strahlarbeiten:

Unfallverhütungsvorschrift VBG 48 - Strahlarbeiten

im www bereitgestellt von:

BC GmbH Verlags-, Medien-, Forschungs- und Beratungsgesellschaft
Kaiser-Friedrich-Ring 53, 65185 Wiesbaden

Diese Unfallverhütungsvorschrift trat am 1. April 1994 in Kraft. Gleichzeitig trat die Unfallverhütungsvorschrift "Strahlmittel" (VBG 48) vom 1. Oktober 1986 außer Kraft.

Kreislaufführung und Aufbereitung der Strahlmittel am Beispiel einer Handstrahlkabine mit Strahlmittelaufbereitung:

Bild: MHG

• Strahlkabine: Das verunreinigte Strahlgut wird nach Gebrauch pneumatisch in das Rückgewinnungssystem gefördert.
• Rückgewinnungssystem: Das Strahlmittel wird abgeschieden und fällt in den Vorratsbehälter. Die staubbelastete Abluft wird in den Filter transportiert.
• Patronenfilter: Der Filter reinigt die Abluft, bevor sie in die Umgebung entlassen wird.

Anlagen

Bei Druckluftstrahl-Anlagen werden drei Verfahrensvarianten unterschieden:

Druckstrahlen

Bild: Auer

Prinzip: Beim Druckstrahlen wird das Stahlmittel unter Druck in einen Luftstrom gebracht. Das Luft/Strahlmittel-Gemisch wird aus einer Düse mit hoher Geschwindigkeit auf die zu reinigenden Oberflächen gestrahlt.

Anwendungsbereich: Das Verfahren eignet sich für die Reinigung von Werkstücken und Konstruktionen aller Art und Größe. Druckluftstrahlen kann kontinuierlich oder diskontinuierlich, in geschlossenen Räumen oder im Freien angewendet werden.

Wirksamkeit: Es kann der Oberflächenvorbereitungsgrad Sa 3 auf Stahl erreicht werden, der im Ausgangszustand alle Rostgrade nach ISO 8501-1 oder 8501-2 aufweisen kann.

Einschränkungen: Das Verfahren neigt zur Staubentwicklung. Wenn Staubverminderung oder Absaugvorrichtungen nicht ausreichen, um zulässige Umweltschutz-Grenzwerte einzuhalten, kann das Verfahren nicht angewendet werden.

Vakuum- oder Saugkopfstrahlen

Bild: KIESS

Prinzip: Das Verfahren ähnelt dem Druckstrahlen. Die Strahldüse befindet sich jedoch in einem Saugkopf, der dicht auf der Stahloberfläche aufliegt und verwendetes Strahlmittel und Verunreinigungen aufnimmt. Das Luft/Strahlmittel-Gemisch kann alternativ auch durch das Vakuum am Saugkopf auf die Oberfläche beschleunigt werden.

Anwendungsbereich: Das Verfahren ist besonders für örtlich begrenztes Reinigen geeignet, wenn der bei anderen Strahlverfahren auftretende Staub und Schmutz unerwünscht ist und wenn die technischen Voraussetzungen (z. B. dichtes Anlegen des Saugkopfs an die Oberfläche) erfüllt werden können.

Wirksamkeit: Das Verfahren ist sauber und staubarm für die Umgebung. Mit ihm kann der Oberflächenvorbereitungsgrad Sa 2 1/2 nach ISO 8501-1 oder ISO 8501-2 erreicht werden. Nach einer verlängerten Reinigungsdauer kann auch der Vorbereitungsgrad Sa 3 erreicht werden.

Einschränkungen: Im Allgemeinen können Chemikalien, mit denen eine Stahloberfläche verunreinigt ist, durch Vakuum- oder Saugkopfstrahlen nicht vollständig entfernt werden. Falls solche Verunreinigungen vollständig entfernt werden müssen, ist eine zusätzliche Behandlung erforderlich.

Injektorstrahlen

Injektor-Strahlverfahren ( Bild: Auer)

Injektor-Gravitations-Strahlverfahren ( Bild: Auer)

Prinzip: Beim Injektorstrahlen wird das Stahlmittel durch Unterdruck aus dem Strahlmittelvorratsbehälter angesaugt, im Pistolenkörper mit Luft vermischt und aus der Pistolendüse mit hoher Geschwindigkeit auf die zu reinigenden Oberflächen gerichtet.

Anwendungsbereich: Leichte Reinigungsarbeiten, Mattieren von Glas, Reinigung von dünnen Materialien, Entfernung von Farbresten etc. Dieses Prinzip kommt auch in Sandstrahlkabinen zur Anwendung. Das Injektorstrahlverfahren sollte überall dort eingesetzt werden, wo Druckstrahlgeräte auf Grund ihres hohen Eigengewichtes und ständigen Standortwechseln uneffektiv sind.

Wirksamkeit: Strahlgeräte nach dem Injektorprinzip besitzen eine wesentlich kleinere Leistung als Druckstrahlgeräte. Sie lassen sich zu den gleichen Arbeiten nutzen wie das Druckstrahlverfahren, jedoch mit geringerem Wirkungsgrad. Es kann der Oberflächenvorbereitungsgrad Sa 3 auf Stahl erreicht werden, der alle Rostgrade nach ISO 8501-1 oder 8501-2 aufweisen kann.

Einschränkungen: Das Verfahren neigt, genauso wie das Druckstrahlen, zur Staubentwicklung.

Injektorpistole ( Bild: Clemco)

Beispiele für Druckluftstrahlanlagen:

Mobile Druckstrahlgebläse

Bild: Rump

Mobile Druckstrahlgebläse sind für Arbeiten an sehr großen Bauteilen oder auf Baustellen geeignet. Das Strahlmittel wird aus einem Vorratsbehälter gefördert und über einen Schlauch einer manuell geführten Strahlpistole zugeführt. Aufgrund der Streuung des austretenden Strahlmittels ist der Anwender durch eine geeignete Schutzkleidung zu schützen.

Druckstrahlkabinen / Injektorstrahlkabinen

Bilder: MHG

Druckluft-, Injektor oder Feucht- bzw. Nassstrahlkabinen sind geeignet für manuelles Reinigen, Aufrauhen und Entgraten. Wenn einzelne oder kleine Mengen von Werkstücken gestrahlt werden sollen, erleichtern Wagen, Drehtische und Trommeln das Handling der Werkstücke. Dieses Zubehör kann auf die individuellen Anforderungen der Produktionsbedingungen abgestimmt werden. Für den Automatikbetrieb können die Kabinen mit angetriebenen Drehtischen, Satelliten-Drehtischen, Handhabungsgeräten und automatischen Be- und Entladesystemen ausgerüstet werden.

Drehkorbsysteme

Bilder: Clemco

Drehkorbsysteme bieten die Möglichkeit der Chargenbearbeitung auch von größeren Stückzahlen. Während der geschwindigkeitsverstellbare Drehkorb alle Werkstücke bewegt, sorgen eine oder mehrere Strahlpistolen für einen gleichmäßigen Abtrag der Beläge von den Werkstücken

Freistrahlgebläse

Bild: Clemco

Freistrahlgebläse sind für den mobilen Einsatz geeignet, wenn die zu säubernden Werkstücke zu groß sind, um in Strahlkabinen bearbeitet zu werden. In der Regel werden kostengünstige Strahlmittel verwendet, da es schwierig ist, das Strahlmittel aufzufangen und wiederzuverwenden. Aufgrund der Streuung des austretenden Strahlmittels ist der Anwender durch eine geeignete Schutzkleidung zu schützen.

Strahlanlagen für durchlaufendes Strahlgut

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Für die Bearbeitung mittlerer Chargen sind z. B. Muldenbandmaschinen mit Gummi- oder Stahlband gut geeignet. Weitere Strahlanlagenbauformen für durchlaufende Güter sind Hängebahn- oder Rollbahnstrahlanlagen. Handhabungsgeräte können bei derartigen Anlagen das Be- und Entladen erleichtern. Leistungssteigerungen sind durch die Verkettung mehrerer Maschinen möglich.

Strahlräume

Bild: Schlick

Strahlräume erlauben die Reinigung von großen komplexen Bauteilen (z. B. Gussteilen). Sie werden in vielen verschiedenen Größen und mit Zubehör wie z. B. Werkstücktransportvorrichtungen angeboten. Die Strahlmittelrückgewinnung kann pneumatisch oder mechanisch erfolgen.

Kosten

Leider existiert keine Pauschalformel mit der die Investitions- und Arbeitskosten beim Strahlen berechnet werden können, da die Faktoren für die Kostenermittlung bei jedem Einsatz verschieden sind. Jede Vorkalkulation einer Strahlarbeit ist von der genauen Kenntnis der Einsatzparameter abhängig.

Dabei sind zunächst folgende Fragen zu klären:

1. Welcher Art ist die zu reinigende Oberfläche?

2. Welche Forderung wird an den Reinheitsgrad gestellt?

3. Welches Strahlmittel ist am zweckmäßigsten zu verwenden?

4. Welcher Betriebsdruck und welche Förderleistung ist erforderlich?

5. Wie ist die Arbeitsweise des Strahlgerätes?

Nach Feststellung dieser Kalkulationsgrundlage kann die Kostenermittlung unter Berücksichtigung der örtlich unterschiedlichen Sätze für:

- Arbeitslohn
- Betriebsmittel für Kompressor
- Strahlmittel
- Geräte- und Strahlmitteltransport zur Arbeitsstelle
- Frachtkosten
- Einrüstung
- Kompressormiete
- Entsorgung der entstehenden Abfallprodukte des Strahlvorgangs

erfolgen.

Viele Strahlunternehmer führen zur Minderung des Kalkulationsrisikos Probestrahlungen an dem Ausschreibungsobjekt aus, um genau festzustellen, was auf der Oberfläche liegt, wie die Haftung und der Untergrund beschaffen ist und welche Strahlmittel, Düsen etc. am zweckmäßigsten einzusetzen sind. Für diesen Zweck gibt es kleine Strahlkessel auf dem Markt, mit denen man ohne den Transport umfangreicher Anlagen Versuchs-Strahlungen durchführen kann.

Referenzen

Weiner, R
"Metall-Entfettung und -Reinigung"
Eugen G. Leuze Verlag, 1969

"Guide to Mechanical Cleaning Systems"
ASM Handbook, Volume 5, Surface Engeneering, ASM International, 1996

"Schleuderstrahlen statt Säurebad"
MO Metalloberflächen 48 (1994) Carl Hanser Verlag, München 1994

Online-Magazin "JOT Journal für Oberflächentechnik"
www.jot-oberflaeche.de