Abblasen

Unter dem Reinigungsverfahren Abblasen wird die Reinigung von Oberflächen durch Einwirkung eines Luftstrahls verstanden, welcher über eine Düse mit hoher Geschwindigkeit auf das zu reinigende Objekt geblasen wird. Insbesondere trockene, lose anhaftende Verschmutzungen, wie Schleifstäube oder Späne, können so leicht entfernt werden. Dabei können zum Teil sehr hohe Reinigungsgüten, wie sie z. B. in der Halbleiterfertigung gefordert sind, erreicht werden. Flüssige oder pastöse Verunreinigungen können mit höheren Abblasdrücken zum Teil ebenfalls entfernt werden. Es verbleibt jedoch ein dünner Schmutzfilm auf dem Werkstück, der in einem nachgeschalteten Reinigungsschritt entfernt werden muss. Ein weiterer Anwendungsbereich des Abblasens ist die Bauteiltrocknung nach der Reinigung mit Reinigungsflüssigkeiten.

Prinzip des Abblasens

Physikalischer Hintergrund

Schmutzpartikel können von einer Oberfläche durch einen scharfen Luftstrahl abgeblasen werden, sofern sie nicht zu stark anhaften. Der Luftstrom übt dabei auf jeden an der Oberfläche anhaftenden Partikel eine aerodynamische Kraft aus. Diese Kraft ist proportional zu der Querschnittsfläche des Partikels in Anströmrichtung. Wenn die aerodynamische Widerstandskraft des Partikels die Adhäsionskraft zwischen Partikel und Oberfläche überschreitet, wird der Partikel von der Oberfläche abgelöst und vom Luftstrom mitgerissen. Die Adhäsionskraft, bestimmt durch Van-der-Waals-Kräfte, Massenanziehung, Mikroverklammerung, elektrische, magnetische und kapillare Kräfte, ist vom Partikeldurchmesser abhängig. Sie nimmt mit dem Partikeldurchmesser jedoch in der Regel weniger schnell ab als die aerodynamische Widerstandskraft. Sehr kleine Partikel (im Mikrometer-Bereich) können daher auch durch einen Hochgeschwindigkeits-Luftstrom nicht entfernt werden. Größere Partikel, z. B. Staub oder Spänen, besitzen hingegen im Verhältnis zu ihrem Strömungswiderstand relativ geringe Adhäsion, so dass sie leicht abgeblasen werden können. Liegt neben Partikelschmutz auch eine Verschmutzung durch flüssige oder pastöse Stoffe, wie Öle und Fette, vor, sorgen die durch Oberflächenspannung und Kapillarwirkung auftretenden Zusatzkräfte für eine deutlich festere Haftung der Partikel auf der Oberfläche. Große Mengen flüssiger Verunreinigungen können durch Abblasen zumindest reduziert werden. Es verbleibt jedoch in jedem Fall ein dünner Oberflächenbelag, der nicht weggeblasen werden kann.

In Abhängigkeit von den zu reinigenden Bauteilen und den vorliegenden Verschmutzungen wird beim Abblasen Druckluft mit einem Druck von 2 - 8 bar verwendet, welche über verschiedenartige Düsen auf die zu reinigenden Bauteile geblasen wird. Mit Normaldüsen, in denen der Strömungsquerschnitt sich zunehmend verengt, kann der Luftstrom maximal bis auf Schallgeschwindigkeit beschleunigt werden. Mit Überschalldüsen (Venturidüsen), welche hinter der engsten Stelle über eine Querschnittserweiterung verfügen, können auch Überschallströmungen erzeugt werden. Hierbei entsteht jedoch eine erhebliche Lärmbelastung.

Haupteinsatzgebiete

Das Abblasen wird zumeist zur Entfernung trockener, lose anhaftender Verschmutzungen, wie Schleifstäube oder Späne, eingesetzt. Liegen ausschließlich trockene Verunreinigungen vor, kann mit dem Abblasen eine sehr hohe Reinheitsgüte erreicht werden. Flüssige oder pastöse Verunreinigungen können mit entsprechend höheren Abblasdrücken ebenfalls entfernt werden, es verbleibt jedoch ein dünner Schmutzfilm auf dem Werkstück. Bei derartigen Verschmutzungen ist eine vollständige Reinigung nicht möglich und es muss meist ein zweites Reinigungsverfahren nachgeschaltet werden.

Extrem kleine Partikel (im Mikrometerbereich) können auch mit Hochdruckanlagen oftmals nicht abgeblasen werden. In derartigen Anwendungsfällen, z. B. in der Magnetplattenproduktion, sollte über den Einsatz des CO₂-Schnee-Strahlens als Alternativverfahren nachgedacht werden.

Ein weiterer Anwendungsbereich des Abblasens ist die Trocknung nach der Reinigung mit wässrigen Reinigern. Wässrige Reiniger verfügen über eine sehr hohe Verdampfungsenthalpie, daher ist es sinnvoll, vor einer Wärmetrocknung zunächst möglichst viel Wasser von den Bauteilen abzublasen. Für eine effektive Trocknung müssen insbesondere Pfützen in Senken und Hohlräumen der Bauteile vermieden werden. Näheres hierzu siehe: Bauteiltrocknung.

Umwelt- und Arbeitsschutz

Aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeiten beim Abblasen ist mit starker Lärmentwicklung zu rechnen. Automatisch arbeitende Anlagen sollten, soweit möglich, gekapselt ausgeführt werden. Bei manuellen Anlagen empfiehlt es sich, Gehörschutz zu tragen.


Das Abblasen wird in der Regel mit einem Absaugen kombiniert, so dass die von der Bauteiloberfläche geblasenen Staub- und Schmutzpartikel durch eine gerichtete Luftbewegung vom Einsatzort wegtransportiert werden und sich nicht erneut auf dem Bauteil absetzen können. Die abgesaugten Verunreinigungen werden in einem Filter abgeschieden. Die verwendeten Filter sind nur begrenzt regenerierbar, so dass die aktiven Filterelemente von Zeit zu Zeit ausgetauscht und entsorgt werden müssen. Die Entsorgungsproblematik hängt dabei vornehmlich von der Art der ausgefilterten Verschmutzungen ab.


Wird das Abblasen zur Unterstützung der Trocknung mit Warmluft durchgeführt, kann die Energieaufwendung des Systems durch eine Kreislaufführung der Prozessluft deutlich gesenkt werden.

Anlagen und Kosten

Das Reinigungsverfahren Abblasen wird überall dort verwendet, wo feinste trockene Verunreinigungen entfernt werden müssen. Weitere Anwendungsgebiete finden sich in Bereichen der Trocknung und Abkühlung von Werkstücken. Das Abblasen ist voll automatisierbar oder kann manuell durchgeführt werden.


Im Werkstattbereich werden einfache Druckluftpistolen oder Abblaskabinen eingesetzt, mit denen Werkstücke oder auch Betriebsmittel und Maschinen von Staub, Spänen und Werkstattschmutz befreit werden. Dabei können auch kompliziert geformte Bauteile mit Bohrungen und Hinterschneidungen auf einfache Weise gereinigt werden. Abblaskabinen verfügen zumeist über eine Absaugung mit entsprechender Filterung, um ein Absetzen der weggeblasenen Verunreinigungen in der Umgebung und auf dem Bauteil zu verhindern. Zumeist kommt Druckluft aus einem betriebsinternen Druckluftnetz mit 2 bis 8 bar zum Einsatz. Sollen höhere Drücke verwendet werden, ist ein entsprechender Kompressor erforderlich.



Abblaskabine: Hein-Heso GmbH




In der Automobilindustrie wird das Abblasen als Vorstufe von Lackierungsprozessen verwendet. Vor der eigentlichen Lackierung muss sichergestellt werden, dass die Oberfläche trocken und frei von jeglicher Verunreinigung ist. Dieses ist mit Wisch- oder Bürstverfahren meist nicht gewährleistet, da in Falzen und hinter Kanten noch Partikel verbleiben, die während des Lackierens auf die Oberfläche gelangen können. Das Abblasen mit gerichteten Strömungen kann jedoch auch schwer zugängliche Stellen reinigen und somit den Einschluss feiner Partikel in die Lackschichten verhindern. Dadurch werden die mit erheblichen Kosten verbundenen Nacharbeiten und Rückläufer minimiert. Das nebenstehende Bild zeigt ein Abblas-Portal für den Einsatz in einer Lackierstrasse für PKW. Die Umluftmengen betragen bei den senkrechten Seitendüsen in diesem Beispiel 4000 bis 12000 m³/h bei einer Luftstromgeschwindigkeit von 30 bis 60 m/s. Die Abmessungen des Portals betragen 4 m x 2,8 m.


Abblas-Portal (JOT)

Referenzen

Online-Artikel des US-Amerikanischen "Parts Cleaning Web"
http://www.partscleaningweb.com


Online-Artikel der Zeitschrift "JOT - Journal für Oberflächentechnik"
www.jot-oberflaeche.de