Sandstrahlen erklärt: Verfahren, Medien und Funktionen

Sandstrahlen ist eine Technik, die häufig zum Reinigen, Aufrauen und zur Oberflächenvorbereitung eingesetzt wird. Dabei wird Druckluft verwendet, um Schleifpartikel mit hoher Geschwindigkeit auf die Oberfläche von Teilen zu schleudern und so Rost, Farbe und Verunreinigungen zu entfernen. Dieses Verfahren ist in der Fertigung für die ordnungsgemäße Haftung von Beschichtungen und die lange Lebensdauer von Materialien unerlässlich. In diesem Artikel werden die Arbeitsprinzipien, Ausrüstungsarten, gängige Strahlmittel und Funktionen des Sandstrahlverfahrens erläutert.

Überblick über das Sandstrahlen

Sandstrahlen verwendet Druckluft, um winzige Partikel mit hoher Geschwindigkeit auf die Oberfläche eines Teils zu blasen. Es wird zum Reinigen, Aufrauen, Entrosten oder Entlacken der Oberfläche des Teils verwendet. Die Kraft der Strahlmittel verändert die physikalischen Eigenschaften. Das Sandstrahlen ist in vielen Bereichen sehr wichtig und dient der kontrollierten Oberflächenbearbeitung durch mechanische Einwirkung.

Die Anfänge des Sandstrahlverfahrens liegen in den 1870er Jahren. General Benjamin Chew Tilghman bemerkte die Fähigkeit von Sand, Glas abzuschleifen, das für Fenster in der Wüste verwendet wurde, und erhielt daraufhin ein Patent. Im Jahr 1904 führte Thomas Wesley Pangborn eine Verbesserung ein, indem er dem Verfahren Druckluft hinzufügte. Durch diese Änderung wurde das Verfahren anpassungsfähig und effizient und fand in verschiedenen Industriezweigen breite Anwendung.

Schritte des Sandstrahlens

1. Vorbereitung: Achten Sie darauf, dass Sie je nach Material, Form und Größe des Teils die richtige Sandstrahlausrüstung und das richtige Strahlmittel wählen. Vergewissern Sie sich, dass die gesamte Ausrüstung, einschließlich des Kompressordrucks und der Strahldüse, in einwandfreiem Zustand ist. Es muss für eine sichere Umgebung gesorgt werden, z. B. durch das Tragen von Schutzbrillen, Masken und Schutzkleidung.
2. Fixierung des Werkstücks: Stellen Sie sicher, dass das Werkstück auf der Werkbank befestigt ist, um Bewegungen während des Strahlens zu vermeiden. So bleibt der Prozess gleichmäßig und genau. Für große oder ungewöhnlich geformte Werkstücke sind spezielle Vorrichtungen erforderlich, um sie in Position zu halten.
3. Einstellung der Ausrüstung: Passen Sie die Einstellungen entsprechend dem Werkstück und den Zielen an. Dazu gehören die Einstellung des Luftdrucks, des Abstands zwischen der Pistole und dem Werkstück, des Winkels der Pistole und der Durchflussmenge des Strahlmittels. Stellen Sie bei dünnen Werkstücken einen niedrigeren Druck ein, um Beschädigungen zu vermeiden, und erhöhen Sie die Durchflussmenge des Schleifmittels für raue Oberflächen.
4. Start der Sprengung: Sobald alles bereit ist, wird das Werkstück in die Pistole gehalten und mit einer vordefinierten Bahn und Geschwindigkeit bewegt. Halten Sie die Bewegung gleichmäßig, um ein Über- oder Unterstrahlen zu vermeiden.
5. Qualitätskontrolle: Prüfen Sie das Werkstück nach dem Strahlen auf Sauberkeit und Rauheit. Wenn einige Bereiche nicht vollständig behandelt sind, sollten Sie diese Bereiche erneut abstrahlen.
6. Aufräumen: Wenn alles erledigt ist, säubern Sie den Bereich, sammeln Sie alle nicht verwendeten Schleifmittel ein und lagern Sie die Ausrüstung.

Sandstrahl-Ausrüstung

Je nach Art der Strahlmittelzufuhr lassen sich die Sandstrahlgeräte in 3 Typen unterteilen:

Absaugung Sandstrahler

Der Sandstrahler mit Saugförderung arbeitet mit Druckluft. Aufgrund des Hochgeschwindigkeitsluftstroms in der Spritzpistole herrscht in der Pistole ein niedrigerer Druck, der dazu führt, dass Strahlmittel durch ein Rohr angesaugt werden. Die Strahlmittel werden von einem Druckluftstrahl getroffen und auf die zu behandelnde Oberfläche geschleudert.

Druck-Sandstrahler

Der Drucksandstrahler arbeitet ebenfalls mit Druckluft. Bei diesem System wird ein Tank, in dem die Strahlmittel gemischt werden, mit Druckluft beaufschlagt. Die Strahlmittel werden durch ein Ventil in das Förderrohr gedrückt, dann durch die Luft beschleunigt und auf die Oberfläche gespritzt. Mit Luft in einem Tank gemischte Strahlmittel werden durch ein Ventil mit Druckluft durch ein Förderrohr gedrückt und auf die Oberfläche gestrahlt.

Nass-Sandstrahler

Beim Nass-Sandstrahlen wird eine Schleifmittelpumpe verwendet, um ein Gemisch aus Schleifmitteln und Wasser in die Spritzpistole zu leiten. Die Druckluft beschleunigt dann die Flüssigkeit beim Eintritt in die Pistole und spritzt sie auf die Oberfläche. Bei dieser Methode werden Schleifmittel mit Wasser kombiniert, um die Oberfläche zu reinigen und zu behandeln.

Beim Nasssandstrahlen wird eine Pumpe verwendet, um ein Gemisch aus Strahlmitteln auf Wasserbasis in die Strahlpistole zu befördern. Die Luft komprimiert die Flüssigkeit in der Pistole, wo sie anschließend auf die zu behandelnde Oberfläche geschleudert wird.

Sandstrahlmittel

Aluminium-Oxid

Das gebräuchlichste Strahlmittel zum Sandstrahlen. Aluminiumoxid ist scharf, langlebig und kann viele Male wiederverwendet werden. Es ist in verschiedenen Härtegraden und Korngrößen erhältlich und eignet sich daher für eine Vielzahl von Projekten.

Glasperlen

Glasperlen sind sicher, ungiftig und frei von Schwermetallen und Kieselsäure. Ihre kugelförmige Form hilft beim Polieren, um eine helle und glatte Oberfläche zu hinterlassen. Sie können mehrfach wiederverwendet werden.

Kunststoff-Strahlmittel

Kunststoffmedien eignen sich gut für aggressives Abbeizen und liefern gleichbleibende Ergebnisse. Sie können Farbe von Metallen, Kunststoffen und Verbundwerkstoffen entfernen.

Siliziumkarbid

Siliziumkarbid ist das härteste Strahlmittel und schneidet schnell. Es beginnt mit kleinen Stücken und bricht beim Strahlen. Dieses Strahlmittel kann wiederverwendet werden und wird häufig zum Ätzen von Glas und Stein oder zum Entfernen von starkem Rost verwendet.

Granat

Dieses Schleifmittel basiert auf dem komplexen Silikatmineral Granat, das eine hohe Schneidkraft, eine gleichmäßige Korngröße und eine geringere Staubbelastung aufweist.

Stahlkugel

Stahlschrot besteht aus kleinen Stahlkugeln, die zum Reinigen und Polieren von Metalloberflächen verwendet werden. Sie tragen etwas Material ab und hinterlassen eine glänzende und glatte Oberfläche.

Stahlkies

Stahlkorn wird für aggressives Strahlen verwendet; es arbeitet schnell und kann eine Vielzahl von Verunreinigungen entfernen. Es eignet sich gut zum Ätzen von Metallen, sofern die Oberfläche dies verträgt.

Organische Verbindungen

Organische Strahlmittel wie Maiskolben und Walnussschalen sind grün. Maiskolben wird für feine Strahlarbeiten auf Holz verwendet, während Walnussschalen eine stärker abrasive Abziehwirkung haben.

Sandstrahlmittel-Vergleichstabelle

Schleifmittel Typ	Härte	Oberflächeneffekt	Primäre Anwendungen
Aluminium-Oxid	9 MH	Raue	Entfernen von Metallrost/Oxiden, Entgraten, Aufrauen von Keramikoberflächen
Glasgrieß	5-6 MH	Leichte bis mittlere Reinigung	Glasgravur, Oberflächenbehandlung von Stein, Leichtmetallreinigung
Glasperlen	5-6 MH	Glatte, matte Oberfläche	Peening von rostfreiem Stahl/Aluminium, Präzisionsreinigung von Teilen, dekorative matte Oberflächen
Siliziumkarbid	7 MH	Ultrafeines Schneiden	Schneiden von harten Materialien (Keramik, Verbundwerkstoffe), Präzisionsschleifen von Halbleitern
Kunststoff-Schleifmittel	2-4 MH	Sehr leichte Reinigung	Entgraten empfindlicher Materialien (Kunststoffe, Elektronik), Reinigung von Verbundwerkstoffen für die Luft- und Raumfahrt
Granat	7-8 MH	Mittlere Rauhigkeit	Steinmetzarbeiten, Korrosionsschutz für Schiffe/Pipelines, Wasserstrahlschneiden
Stahlkugel	60+ HRC	Glatte, gleichmäßige Textur	Entzundern von Hochleistungsmetallen, Oberflächenhärtung (z. B. Automobilteile), Kugelstrahlen
Stahlkies	40-60 HRC	Aggressives Schneiden	Entrostung von Baustahl (Brücken, Schiffe), Profilierung von Betonoberflächen

Sauberkeit

Die Sauberkeit misst, wie gut Verunreinigungen von einem Werkstück nach dem Sandstrahlen entfernt werden. Es gibt zwei wichtige internationale Normen für die Sauberkeit: die US-amerikanische "SSPC-" Norm von 1985 und die schwedische "Sa-" Norm von 1976. Die Sa--Norm hat vier Stufen: Sa1, Sa2, Sa2.5 und Sa3. Sie ist weltweit gebräuchlich.

Sa1 Klasse - Dies ist die niedrigste Stufe, wie die US-amerikanische Stufe SSPC-SP7. Sie umfasst einfaches manuelles Bürsten und Schleifen mit Sandpapier. Der Schutz der Beschichtung ist nur geringfügig besser als keine Behandlung. Für Sa1 sollte die Oberfläche frei von sichtbarem Öl, Fett, Rost und Farbe sein, aber es können noch kleinere Verunreinigungen vorhanden sein.

Sa2 Klasse - Entspricht der amerikanischen Stufe SSPC-SP6. Bei dieser Stufe wird das Sandstrahlen als grundlegende Reinigungsmethode eingesetzt. Die Oberfläche des Werkstücks sollte frei von sichtbarem Fett, Schmutz, Rost und Farbe sein, aber Mängel dürfen bis zu 33% der Oberfläche bedecken. Leichter Rost und Farbe in Beulen sind akzeptabel.

Sa2.5 Klasse - Dies ist ein in der Branche gebräuchlicher Standard, der als nahezu weiße Reinigung bekannt ist. Er wird oft als Akzeptanzstandard verwendet. Die Oberfläche sollte nicht mehr als 5% Defekte aufweisen, wie z. B. kleine Schatten oder leichte Verfärbungen, Rost oder Lackschäden.

Sa3 Klasse - Die höchste Stufe, die dem US-Grad SSPC-SP5 entspricht und auch als Weißreinigung bezeichnet wird. Die Oberfläche muss völlig sauber sein, ohne Defekte, Rost oder Farbe. Es dürfen keinerlei Schatten oder Verfärbungen vorhanden sein.

Sandstrahlen Rauhigkeit

Die Sandstrahlkörner schlagen auf und prallen nach außen ab. Durch diesen Aufprall entstehen auf der Oberfläche Vertiefungen von einigen Tausendstel Zentimetern, die als Grundmuster bezeichnet werden. Durch den Rückprall ragen einige Oberflächen um einige Tausendstel Zoll nach außen. Die tieferen Teile werden als "Täler" und die höheren Teile als "Spitzen" bezeichnet. Jedes Sandkorn, das auf die Oberfläche auftrifft, erzeugt ein "Tal" und eine "Spitze", was der Grund für die Entstehung der Rauheit ist. Sie wird in MILL (mil) ausgedrückt, und ein mil ist 1/1000 Sekunde.

Warum ist Sandstrahlen notwendig?

Beim Sandstrahlen wird die Oberfläche des Werkstücks mit Hilfe eines Hochgeschwindigkeitssandstroms bearbeitet, so dass die Oberfläche des Werkstücks einen bestimmten Grad an Sauberkeit und Rauheit erhält; das Verfahren verbessert die mechanischen Eigenschaften und das ästhetische Erscheinungsbild des Werkstücks.

Vorbehandlung von Beschichtungen oder Plattierungsschichten

Durch Sandstrahlen werden Verunreinigungen wie Schmutz, Fett und Oxide von Oberflächen entfernt. Es hinterlässt eine gleichmäßige, raue Textur, die die Verbindung zwischen Teilen und ihren Beschichtungen verbessert oder Galvanik. Verschiedene Schleifmittel erzeugen unterschiedliche Rauheitsgrade, um den verschiedenen Anforderungen gerecht zu werden.

Reinigen und Polieren von rauen Oberflächen

Sandstrahlen reinigt Guss- und Schmiedeteile sowie wärmebehandelte Teile von Schmutz wie Öl und Rost. Außerdem werden die Oberflächen poliert, wodurch sie glatter und optisch ansprechender werden. Das Verfahren bringt eine gleichmäßige metallische Farbe zum Vorschein und verbessert das Aussehen des Werkstücks.

Entgraten und Oberflächenästhetik

Durch Sandstrahlen werden kleine Grate von Werkstücken entfernt, wodurch die Oberflächen eben und sicher werden. Außerdem entstehen abgerundete Kanten an den Stellen, an denen die Oberflächen aufeinandertreffen, wodurch das Gesamtbild des Werkstücks verbessert wird.

Verbesserung der mechanischen Eigenschaften

Durch Sandstrahlen entsteht eine gleichmäßige, feine Struktur auf den Teilen, so dass das Schmieröl auf der Oberfläche gespeichert werden kann. Dies verbessert die Schmierung, reduziert den Lärm und verlängert die Lebensdauer der Maschinen.

Stressabbau

Beim Sandstrahlen wird die Spannung auf der Oberfläche eines Werkstücks durch das Auftreffen von Strahlmittelkugeln verringert. Dies stärkt die Oberfläche und wird häufig für Teile wie Federn, Werkzeuge und Flugzeugflügel verwendet.