Sandstrahlen erklärt – Definition, Prozess und mehr

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Der Begriff Sandstrahlen beschreibt das Strahlen von abrasivem Material gegen eine Oberfläche mithilfe von Druckluft. Obwohl Sandstrahlen oft als Überbegriff für alle Strahlverfahren verwendet wird, unterscheidet es sich vom Kugelstrahlen, bei dem das Strahlmittel durch ein rotierendes Rad angetrieben wird.

Das Sandstrahlverfahren wurde erstmals in den 1870er Jahren von General Benjamin Chew Tilghman patentiert, nachdem er in der Wüste die abrasive Wirkung von Sand auf Fenster beobachtet hatte. Thomas Wesley Pangborn führte dieses Konzept noch weiter, indem er 1904 Druckluft hinzufügte.

Das ist genug der Geschichte, fangen wir an.

Was ist Sandstrahlen?

Sandstrahlen, oft auch Strahlstrahlen genannt, ist eine Methode zum Entfernen von Oberflächenverunreinigungen, zum Glätten rauer Oberflächen und auch zum Aufrauen glatter Oberflächen. Aufgrund der günstigen Ausstattung handelt es sich um eine relativ kostengünstige Technik, die einfach ist und dennoch qualitativ hochwertige Ergebnisse liefert.

Sandstrahlen gilt im Vergleich zum Kugelstrahlen als schonenderes Abriebstrahlverfahren. Allerdings kann die Intensität je nach Art der Sandstrahlausrüstung, dem Druck der Druckluft und der Art der verwendeten Strahlmittel variieren.

Sandstrahlen bietet eine große Auswahl an Schleifmitteln, die für verschiedene Anwendungen wirksam sind, beispielsweise zum Entfernen von Farbe und Oberflächenverunreinigungen mit geringerer Intensität. Das Verfahren eignet sich auch hervorragend zur schonenden Reinigung empfindlicher elektronischer Bauteile und korrodierter Steckverbinder. Andere Sandstrahlanwendungen, die eine höhere Strahlleistung erfordern, können eine Hochdruckeinstellung und ein stärker abrasives Strahlmittel verwenden.

Wie funktioniert der Sandstrahlprozess?

Beim Sandstrahlverfahren wird Sandstrahlmittel mithilfe eines Sandstrahlgeräts auf eine Oberfläche geschleudert. Der Sandstrahler besteht aus zwei Hauptkomponenten: dem Strahlkessel und dem Lufteinlass. Der Strahlkessel enthält das Strahlmittel und leitet die Partikel durch ein Ventil. Der Lufteinlass wird von einem Luftkompressor angetrieben, der Druck auf die Medien in der Kammer ausübt. Es verlässt die Düse mit hoher Geschwindigkeit und prallt mit Wucht auf die Oberfläche.

Durch das Sandstrahlen können Ablagerungen entfernt, Oberflächen gereinigt, Farbe entfernt und die Oberflächenbeschaffenheit des Materials verbessert werden. Die Ergebnisse hängen stark von der Art des Schleifmittels und seinen Eigenschaften ab.

Moderne Sandstrahlgeräte verfügen über ein Rückgewinnungssystem, das das verbrauchte Strahlmittel auffängt und den Strahlkessel wieder auffüllt.

Sandstrahlgebläse

1. Kompressor – Der Kompressor (90–100 PSI) sorgt für eine Druckluftversorgung, die das Schleifmittel auf die Oberfläche des Materials befördert. Druck, Volumen und Leistung sind häufig die Schlüsselfaktoren, die bei der Auswahl eines geeigneten Sandstrahlkompressors berücksichtigt werden müssen.
2. Sandstrahler – Sandstrahlgeräte (18–35 CFM – Kubikfuß pro Minute) befördern das Schleifmittel mithilfe von Druckluft auf das Material. Industrielle Sandstrahlgeräte erfordern einen höheren Volumenstrom (50–100 CFM), da sie einen größeren Anwendungsbereich haben. Es gibt drei Arten von Sandstrahlgeräten: Schwerkraftspeisung, Druckstrahler (Überdruck) und Siphon-Sandstrahlgeräte (negativer Druck).
3. Strahlkabine – Eine Strahlkabine ist eine tragbare Strahlstation, bei der es sich um ein kleines und kompaktes geschlossenes System handelt. Es besteht normalerweise aus vier Komponenten: dem Schrank, dem Strahlsystem, dem Recycling und der Staubsammlung. Strahlkabinen werden über Handschuhlöcher für die Hände des Bedieners und ein Fußpedal zur Steuerung des Strahlvorgangs bedient.
4. Sprengraum – Ein Strahlraum ist eine Einrichtung, die eine Vielzahl von Geräten aufnehmen kann, die typischerweise für kommerzielle Zwecke verwendet werden. Flugzeugteile, Baumaschinen und Automobilteile können in einer Strahlkammer bequem sandgestrahlt werden.
5. Explosionswiederherstellungssystem – Moderne Sandstrahlgeräte verfügen über Strahlrückgewinnungssysteme, die Sandstrahlmittel zurückgewinnen. Es entfernt auch Verunreinigungen, die zu einer Kontamination des Mediums führen können.
6. Kryo-Entgratungssystem – Niedrige Temperaturen ab kryogene Entgratung Systeme ermöglichen das sichere Entgraten von Materialien wie Druckguss, Magnesium, Kunststoff, Gummi und Zink.
7. Nassstrahlgeräte – Beim Nassstrahlen wird Wasser in das Strahlmittel eingearbeitet, um eine Überhitzung durch Reibung zu reduzieren. Im Vergleich zum Trockenstrahlen ist es auch eine schonendere Schleifmethode, da nur der Zielbereich im Werkstück geschrubbt wird.

Sandstrahlmittel

Wie der Name schon sagt, wurde bei früheren Formen des Sandstrahlens aufgrund seiner Verfügbarkeit hauptsächlich Sand verwendet, dieser hatte jedoch Nachteile in Form von Feuchtigkeitsgehalt und Verunreinigungen. Die größte Sorge bei Sand als Schleifmittel sind seine Gesundheitsrisiken. Das Einatmen von Quarzstaubpartikeln aus Sand kann schwere Atemwegserkrankungen wie Silikose und Lungenkrebs verursachen. Daher wird Sand heutzutage nur noch selten verwendet und durch eine Vielzahl moderner Schleifmittel ersetzt.

Das Strahlmittel variiert je nach gewünschter Oberflächenbeschaffenheit oder Anwendung. Zu den gängigen Strahlmitteln gehören:

1. Aluminiumoxid-Körnung (8-9 MH – Mohs-Härteskala) – Dieses Strahlmittel ist extrem scharf und eignet sich perfekt für die Vorbereitung und Oberflächenbehandlung. Es ist kostengünstig, da es viele Male wiederverwendet werden kann.
2. Aluminiumsilikat (Kohleschlacke) (6-7 MH) – Dieses Nebenprodukt von Kohlekraftwerken ist ein billiges und entbehrliches Medium. Die Öl- und Werftindustrie verwendet es bei offenen Sprengungen, es ist jedoch giftig, wenn es der Umwelt ausgesetzt wird.
3. Zerkleinerter Glassplitter (5-6 MH) – Beim Glasstrahlen werden recycelte Glasperlen verwendet, die ungiftig und sicher sind. Mit diesem Sandstrahlmittel werden Beschichtungen und Verunreinigungen von Oberflächen entfernt. Zerkleinerter Glasgrieß lässt sich auch gut mit Wasser verwenden.
4. Limonade (2,5 MH) – Bikarbonat-Soda-Strahlen entfernt effektiv Metallrost und reinigt Oberflächen, ohne das darunter liegende Metall zu beschädigen. Natriumbikarbonat (Backpulver) wird mit einem niedrigen Druck von 20 psi geschleudert, im Vergleich zum normalen Sandstrahlen mit 70 bis 120 psi.
5. Stahlgrieß und Stahlschrot (40–65 HRC) – Stahlschleifmittel werden aufgrund ihrer schnellen Abtragfähigkeit für Oberflächenvorbereitungsprozesse wie Reinigen und Ätzen verwendet.
6. Staurolith (7 MH) – Dieses Strahlmittel ist ein Silikat aus Eisen und Quarzsand, das sich ideal zum Entfernen dünner Oberflächen mit Rost oder Beschichtungen eignet. Es wird im Allgemeinen für die Stahlherstellung, den Turmbau und dünne Lagerbehälter verwendet.

Zusätzlich zu den oben genannten Medien stehen noch viele weitere zur Verfügung. Es ist möglich, Siliziumkarbid, das härteste verfügbare Schleifmittel, und organische Schrote wie Walnussschalen und Maiskolben zu verwenden. In einigen Ländern wird Sand noch heute verwendet, diese Praxis ist jedoch fraglich, da die Gesundheitsrisiken nicht gerechtfertigt sind.

Shot-Medieneigenschaften

Jeder Schussmedientyp weist die folgenden vier Haupteigenschaften auf, die Bediener bei der Auswahl der zu verwendenden Medien berücksichtigen können:

1. Form – Eckige Medien haben scharfe, unregelmäßige Kanten, wodurch sie beispielsweise gut zum Entfernen von Farbe geeignet sind. Runde Medien sind sanfter als eckige Medien und hinterlassen eine polierte Oberfläche.
2. Größe – Übliche Maschenweiten beim Sandstrahlen sind 20/40, 40/70, Und 60/100. Größere Maschenprofile werden für aggressive Anwendungen verwendet, während kleinere Maschenprofile zum Reinigen oder Polieren zur Herstellung eines fertigen Produkts verwendet werden.
3. Dichte – Medien mit höherer Dichte üben eine größere Kraft auf die Metalloberfläche aus, da sie von einem Strahlschlauch mit fester Geschwindigkeit angetrieben werden.
4. Härte – Härtere Schleifmittel erzeugen im Vergleich zu weicheren Schleifmitteln eine größere Wirkung auf die Profiloberfläche. Die Medienhärte für Sandstrahlzwecke wird häufig anhand der Mohs-Härteskala (1–10) gemessen. Mohs misst die Härte von Mineralien und synthetischen Materialiencharakterisiert die Kratzfestigkeit verschiedener Mineralien durch die Fähigkeit härterer Materialien, weichere Materialien zu zerkratzen.

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