Schleuderstrahlen

Unter Schleuderstrahlen wird die Reinigung von Oberflächen durch Einwirkung verschiedenster Strahlmittel, welche von ortsfesten, rotierenden Schaufelrädern auf das Reinigungsobjekt geschleudert werden, verstanden. Schleuderstrahlen wird in geschlossenen Anlagen durchgeführt, in denen das Strahlmittel auf rotierenden Rädern oder Flügeln so geführt wird, dass es gleichmäßig und mit hoher Geschwindigkeit auf die zu reinigenden Oberflächen trifft. Durch den Impuls des Aufpralls werden Verunreinigungen, Ablagerungen, Korrosion, Zunder und Anstriche beseitigt.














Bild: ASM Intern.



















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Das Verfahren ist für den kontinuierlichen Betrieb bei Werkstücken mit zugänglichen Oberflächen geeignet. Es kann auch auf Werkstücke mit unterschiedlichen Rostgraden angewendet werden. Durch Schleuderstrahlen kann der Oberflächenvorbereitungsgrad Sa 3 auf Stahl, der alle Rostgrade nach ISO 8501-1 bzw. ISO 8501-2 aufweisen kann, erreicht werden, wobei der Vorbereitungsgrad in Abhängigkeit von dem nachfolgend aufzubringenden Oberflächenschutz gewählt werden sollte, je nachdem, ob der Auftrag von Rostschutzfarben, von Lackfarben, Haftgrundierungen, Verzinkungen oder Kunststoffbeschichtungen geplant ist. Dabei spielt die Wahl des Strahlmittels eine entscheidende Rolle. Die durch die Strahlreinigung entstehenden Stäube, bestehend aus gesplitterten, zerkleinerten Partikeln des Strahlmediums und von der Oberfläche gelösten Partikeln, müssen gefiltert werden, da gesundheitsschädliche Komponenten enthalten sein können.

Physikalischer Hintergrund

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Beim Schleuderstrahlen wird das Strahlmittel durch rotierende Räder oder Flügel mit hoher Geschwindigkeit auf die zu reinigenden Oberflächen geschleudert. Durch die Aufprallenergie werden Verunreinigungen, Ablagerungen, Korrosion, Zunder und Farbe beseitigt. Das Schleuderstrahlen ist für den kontinuierlichen Betrieb bei Werkstücken mit zugänglichen Oberflächen wie Platten, Flachträgern, Guss- oder Walzstahlerzeugnissen geeignet und wird meist in geschlossenen Anlagen durchgeführt.

Durch Schleuderstrahlen kann der Oberflächenvorbereitungsgrad Sa 3 auf Stahl, der alle Rostgrade nach ISO 8501-1 oder ISO 8501-2 aufweisen kann, erreicht werden, wobei der Vorbereitungsgrad in Abhängigkeit von dem nachfolgend aufzubringenden Oberflächenschutz gewählt werden sollte, je nachdem, ob der Auftrag von Rostschutzfarben, von Lackfarben, Haftgrundierungen, eine Verzinkung oder eine Kunststoffbeschichtung geplant ist. Dabei spielt die Wahl des Strahlmittels eine entscheidende Rolle.

Die Prozessparameter von Schleuderstrahlanlagen müssen für jeden Anwendungsfall sorgfältig eingestellt werden. Dadurch ist das Verfahren allgemein auf sich wiederholende Arbeiten wie Durchlauf großer Stückzahlen oder kontinuierliche Fertigung begrenzt. In diesen Anwendungsfällen ist Schleuderstrahlen zumeist wirtschaftlicher als Druckluftstrahlen.

Im Allgemeinen können Chemikalien, mit denen eine Stahloberfläche verunreinigt ist, durch Schleuderstrahlen nicht vollständig entfernt werden. In solchen Fällen ist ein zusätzlicher Reinigungsschritt nachzuschalten.

Die durch die Strahlreinigung entstehenden Stäube, bestehend aus gesplitterten, zerkleinerten Partikeln des Strahlmediums und von der Oberfläche gelösten Partikel, müssen gefiltert werden, da gesundheitsschädliche Komponenten enthalten sein können.

Nach dem Schleuderstrahlen können 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.

Haupteinsatzgebiete

Das Schleuderstrahlen ist für die Reinigung von Werkstücken mit zugänglichen Oberflächen wie Platten, Flachträgern, Guss- oder Walzstahlerzeugnissen geeignet. Es kann auch auf Werkstücke angewendet werden, die an verschiedenen Stellen unterschiedliche Rostgrade aufweisen. Besonders wirtschaftlich ist ein kontinuierlicher Betrieb, bei dem die zu reinigenden Bauteile im Durchlaufverfahren unter den Schleuderrädern durchgeführt werden.

Typische Anwendungen für Schleuderradanlagen sind Entsanden, Entzundern, Entrosten, Entgraten, Entfernen von Farbe, Entfernen von Keramik, Vorbereiten zum Beschichten oder Verbinden, kosmetisches Finish oder Peening.

Die meisten Schleuderstrahlanlagen sind stationär. Das Strahlmittel zirkuliert in einem geschlossenem System. Die Werkstücke werden entweder durch die Anlage geführt oder rotieren in der Anlage. Es gibt allerdings auch bewegliche Anlagen, mit denen große Flächen wie Schiffswände und Öltanks gereinigt werden können.

Das Schleuderstrahlen eignet sich, ebenso wie das Druckluftstrahlen, nicht für empfindliche Oberflächen, da diese durch die übertragene kinetische Energie des Strahlmediums angegriffen werden können. Der Oberflächenangriff kann jedoch durch Wahl eines weichen Strahlmittels (z. B. Getreideschrot) sehr gering gehalten werden.

Umwelt- und Arbeitsschutz

Anlagenschema Schleuderstrahlanlage (Schlick)

Das Schleuderstrahlverfahren neigt 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 vorgesehen werden. So kann eine Beeinträchtigung der Luft vermieden oder zumindest stark gesenkt werden.

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.

Beispiel einer Strahlmittelaufbereitung für große Strahlanlagen:

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Strahlmittelaufbereitung:

Das Strahlmittel wird in einem geschlossenen Kreislauf geführt. Von einem Silo aus gelangt es während des Betriebes im freien Fall zu den Turbinen. Die Turbinen schleudern das Strahlmittel auf das Werkstück. Das dabei entstehende Strahlmittel-/Staubgemisch wird zusammen mit dem übrigen Strahlmittel in einem Trichter gesammelt. Eine Förderschnecke sorgt nun für den Transport zum Becherwerk. Das Becherwerk führt das Strahlmittel-/Staubgemisch hinauf in die Aufbereitung. Mit Hilfe einer Kaskaden-Windsichtung mit Vorabscheider wird das Strahlmittel hier von Staub und Verunreinigungen getrennt. Das gereinigte Strahlmittel gelangt dann wieder in den Silo.

Zentrale Staubentsorgung:

Der Staub aus der Windrichtung wird zusammen mit dem Staub aus dem Abluftfiltern zur zentralen Staubentsorgung geleitet.

Abluftreinigung:

Für den nötigen Luftstrom in der Windsichtung sorgt ein leistungsstarker Ventilator. Gleichzeitig erzeugt dieser auch einen Unterdruck im Inneren der Strahlanlage. Die Abluft wird in der integrierten Patronenfilteranlage umweltgerecht gereinigt. Grobe Partikel gelangen dank der Vorabscheidung nicht in den Filter. Mit einem nachgestellten Sekundärfilter ist sogar die Aufstellung der Anlage in Hallen ohne Abluftkamin zulässig.

Nähere Informationen zum Arbeitsschutz bei Strahlarbeiten:

Unfallverhütungsvorschrift VBG 48 - Strahlarbeiten

i m 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.

Anlagen

Schleuderstrahlen

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Prinzip: Schleuderstrahlen wird in geschlossenen Anlagen durchgeführt. Das Strahlmittel wird auf rotierenden Rädern oder Flügeln geführt und durch Fliehkraft beschleunigt, so dass es gleichmäßig und mit hoher Geschwindigkeit auf die zu reinigenden Oberflächen trifft.

Anwendungsbereich: Das Verfahren ist für den kontinuierlichen Betrieb bei Werkstücken mit zugänglichen Oberflächen wie Platten, Flachträgern, Guss- oder Walzstahlerzeugnissen geeignet. Es kann auch auf Werkstücke mit unterschiedlichen Rostgraden angewendet werden.

Anlagen: Die meisten Schleuderstrahlanlagen sind stationär. Das Strahlmittel zirkuliert in einem geschlossenem System. Die Werkstücke werden entweder durch die Anlage geführt oder rotieren in der Anlage. Es gibt auch bewegliche Anlagen, mit denen große Flächen wie Schiffswände und Öltanks gereinigt werden können. Schleuderstrahlanlagen müssen für jede Anwendung sorgfältig eingestellt werden. Dadurch ist das Verfahren allgemein auf sich wiederholende Arbeiten, wie Durchlauf großer Stückzahlen oder kontinuierliche Fertigung, begrenzt. In diesen Einsatzfällen ist es jedoch zumeist wirtschaftlicher als das Druckluftstrahlen.

Wirksamkeit: Mit dem Verfahren kann der Oberflächenreinheitsgrad Sa3 auf Stahl erreicht werden, der alle Rostgrade nach ISO 8501-1 oder 8501-2 aufweisen kann. Im allgemeinen können Chemikalien, mit denen eine Stahloberfläche verunreinigt ist, durch Schleuderstrahlen nicht vollständig entfernt werden. Falls solche Verunreinigungen vollständig entfernt werden müssen, ist eine zusätzliche Behandlung erforderlich.

Sonderbauform des Schleuderstrahlens: Roto-Jet-Prinzip der Firma Schlick

Bei konventionellen Schleuderstrahlanlagen trifft nur ein bestimmter Anteil des Strahlmittels auf die zu bearbeitende Fläche. Dies ist darin begründet, dass bei diesen Anlagen ein Impeller in einer Zuteilhülse synchron mit den umlaufenden Schaufeln läuft. Durch die Strahlmittelzuteilung im Impellerzentrum füllt sich der Spalt zwischen Impeller und Zuteilhülse mit Strahlmittel, das dabei teilweise zermahlen wird. Als Folge dieses Zusetzens rotieren die Strahlkörper mit wesentlich geringerer Geschwindigkeit als die Schaufeln. Diese Geschwindigkeitsdifferenz führt zu einem unerwünscht harten Aufprall des Strahlmittels auf die Schaufeln. Dieser negative Aspekt kann durch ein Hilfsschaufelrad innerhalb der Zuteilhülse, für eine bessere Strahlmittelzuführung, ausgeglichen werden. Dadurch werden die Strahlpartikel in der Hülse auf eine spiralförmige Umlaufbahn gebracht. Der Vorteil: Die Rotationsgeschwindigkeit des tangential austretenden Strahlmittels entspricht der des umlaufenden Hauptschaufelrades. Der unsanfte Aufprall des Strahlmittels auf die Hauptschaufeln mit all seinen negativen Auswirkungen wie Wirkungsgradverschlechterung und erhöhten Strahlmittelverbrauch wird kompensiert. Dieses Funktionsprinzip ist im folgenden näher beschrieben:

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Das Schleuderrad E mit seinen acht Schaufeln ist als Doppelscheibenrad ausgebildet und befindet sich in einem mit hochverschleißfestem Material L ausgekleideten Gehäuse K.

Das gereinigte Strahlmittel A gelangt durch den Muschelschieber B in exakt dosierter Menge und im freien Fall zum Turbineneinlauf C.

Das Verteilerrad D, das direkt mit dem Schleuderrad E verbunden ist, beschleunigt das Strahlmittel auf die ungefähre Geschwindigkeit des Schleuderrades E. Erst dann trifft es, gesteuert durch die Leithülse F, stoßfrei auf die Schaufeln G.

Die Leithülse F bestimmt mit ihrer Austrittsöffnung H genau den Punkt, an dem das Strahlmittel auf die Schaufeln G gelangt. Damit wird die Abwurfrichtung des Strahlmittels festgelegt.

Die Drehzahl des Schleuderrades E bestimmt die Abwurfgeschwindigkeit des Strahlmittels. Die Strahlintensität ist neben der Strahlmitteldosierung also abhängig von der Drehzahl des Schleuderrades E und der Stellung der Leithülse F.

Anlagenbauformen

Großraum-Strahlanlagen

Bild: Rösler

Großraum-Strahlanlagen dienen zur automatischen allseitigen Strahlbehandlung von z. B. Schienenfahrzeugen, Containern oder Großgussteilen im Chargen- oder Durchlaufbetrieb. Die Strahlkammer bestehen meist aus Manganstahlblech. Als Zubehör und Varianten sind Strahlmittelrückförderung und Aufbereitung in normaler oder Gießereiausführung, Turbostrahler in verschiedenen Baugrößen optional auf Schwenktürmen, verschiedene Fördersystemvarianten in Ausführung und Belastung für jeden Einsatzfall, Entstaubungsanlage mit Verrohrung und Schaltanlagen mit freiprogrammierbaren Steuerungen erhältlich.

Hängebahn-Strahlanlagen

Bild: Rösler

Einlauf-, Umlauf- und Durchlauf- Hängebahn- Strahlanlagen dienen zur automatischen allseitigen Strahlbehandlung von Werkstücken im Chargen- oder Durchlaufbetrieb. Als Zubehör erhältlich sind: Strahlmittelrückförderung und Aufbereitung in normaler oder Gießereiausführung, Turbostrahler in verschiedenen Baugrößen, Hängebahnsystemvarianten in Verlauf und Belastung für jeden Einsatzfall, Entstaubungsanlage mit Verrohrung und Schaltanlage mit freiprogrammierbarer Steuerung.

Muldenband-Strahlanlagen

Bild: Rösler

Muldenband-Strahlanlagen dienen zur automatischen allseitigen Strahlbehandlung von kleinen trommelfähigen Werkstücken im Chargenbetrieb. Als Zubehör erhältlich sind: Strahlmittelrückförderung und Aufbereitung in normaler oder Gießereiausführung, Turbostrahler in verschiedenen Baugrößen, Beschickungs- und Austragssysteme, Entstaubungsanlage mit Verrohrung und Schaltanlage mit freiprogrammierbarer Steuerung.

Rollbahn-Strahlanlagen

Bild: Rösler

Rollbahn-Strahlanlagen dienen zur automatischen allseitigen Strahlbehandlung von Blechen und Profilen im Durchlaufbetrieb. Als Zubehör erhältlich sind: Strahlmittelrückförderung und Aufbereitung, Turbostrahler in verschiedenen Baugrößen, optionale Strahlmittelabreinigung, Rollgangs- und Fördersysteme in verschiedenen Ausführungen, Entstaubungsanlage mit Verrohrung und Schaltanlage mit freiprogrammierbarer Steuerung.

Rohr-Strahlanlagen

Bild: Rösler

Rohr-Strahlanlagen dienen zur automatischen Außenstrahlbehandlung von Rohren im Durchlaufbetrieb. Als Zubehör erhältlich sind: Strahlmittelrückförderung und Aufbereitung, Turbostrahler in verschiedenen Baugrößen, Rollgangs- und Fördersysteme in verschiedenen Ausführungen, Entstaubungsanlage mit Verrohrung und Schaltanlage mit freiprogrammierbarer Steuerung.

Drahtgurt-Strahlanlagen

Bild: Rump

Drahtgurt-Strahlanlagen dienen zur automatischen allseitigen Strahlbehandlung von nicht-rollgangsfähigen empfindlichen Werkstücken im Durchlaufbetrieb. Als Zubehör erhältlich sind: Strahlmittelrückförderung und Aufbereitung in normaler oder Gießereiausführung, Turbostrahler in verschiedenen Baugrößen, Zu- und Abführfördersysteme in verschiedenen Ausführungen, Entstaubungsanlage mit Verrohrung und Schaltanlage mit freiprogrammierbarer Steuerung.

Gummiband-Strahlanlagen

Bild: Rösler

Gummiband-Strahlanlagen dienen zur automatischen Strahlbehandlung der Oberseite von z. B. Betonsteinen oder Bremsbacken im Durchlaufbetrieb. Als Zubehör erhältlich sind: Strahlmittelrückförderung und Aufbereitung, Turbostrahler in verschiedenen Baugrößen, optionale Abblaseinrichtung, Zu- und Abführfördersysteme in verschiedenen Ausführungen, Entstaubungsanlage mit Verrohrung und Schaltanlage mit freiprogrammierbarer Steuerung.

Sonder-Strahlanlagen

Bild: Rösler

Sonder-Strahlanlagen dienen zur automatischen allseitigen Strahl-, Shotpeening-, Sweep- oder Bandentzunderungsbehandlung von Werkstücken. Als Zubehör erhältlich sind: Strahlkammer aus Manganstahlblech mit Strahlmittelrückförderung und Aufbereitung, Turbostrahler in verschiedenen Baugrößen, verschiedene Fördersystemvarianten in Ausführung und Belastung für jeden Einsatzfall, Entstaubungsanlage mit Verrohrung und Schaltanlage mit freiprogrammierbarer Steuerung.

Kosten

Leider existiert keine Pauschalformel mit der die Investitions- und Arbeitskosten beim Strahlen berechnet werden könnten, da die Faktoren für die Kostenermittlung bei jedem Einsatz verschieden sind. Jede Vorkalkulation einer Strahlarbeit ist zunächst von der genauen Erkenntnis abhängig, welcher Geräte- und Materialaufwand unter den gegebenen spezifischen Verhältnissen erforderlich ist.

Bei der Kostenabschätzung sind unter anderem 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. Welche Förderleistung ist erforderlich?

5. Wie ist die Arbeitsweise des Strahlgerätes?

6. Wie sind die Prozessparameter zu wählen?

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 Anlagen, Strahlmittel usw. am zweckmäßigsten einzusetzen sind.

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