Sandstrahlen: Strahlmittel, Druckluftbedarf und Oberflächenwirkung

Thema: Werkstoffe & Oberflächen

Der Name führt in die Irre. Gestrahlt wird mit Korund, Glasperlen, Hartguss oder anderen Strahlmitteln, und Quarzsand ist aus Gründen des Arbeitsschutzes gerade das ungeeignete Material. Auch ist Strahlen kein reines Reinigungsverfahren: Je nach Korn entsteht eine aufgeraute oder eine gleichmäßig gemuldete Oberfläche. Ob die Arbeit vorangeht, entscheidet oft der Kompressor.

Was beim Strahlen an der Oberfläche passiert

Beim Druckluftstrahlen reißt die Luft das Strahlmittel mit und beschleunigt es in der Düse. Ein Fachaufsatz aus dem Leuze Verlag unterscheidet zwei Wirkmechanismen: Kantige Körner wie Korund, Siliziumcarbid oder Hartguss tragen spanend ab, runde Glas- oder Keramikperlen verformen die Oberfläche plastisch.

Das Ergebnis hängt laut derselben Quelle vor allem von Korngröße, Durchsatz, Düsendurchmesser und Abstand ab, daneben von Druck und Strahlwinkel. In einer Versuchsreihe lagen die günstigsten Einstellungen je nach Werkstoff bei 2 bis 4 bar, 45° bis 80° und 20 bis 80 mm Abstand; das gilt für die dortige Anlage und ist keine Einstellempfehlung.

Vom Kugelstrahlen mit kontrollierter Intensität unterscheidet sich das Sandstrahlen im Ziel: Dort sollen runde Kugeln Druckeigenspannungen erzeugen, hier stehen Reinigung und Oberflächenstruktur im Vordergrund.

Strahlmittel: Kornform und Härte bestimmen das Ergebnis

Die Tabelle fasst die Angaben des Leuze-Aufsatzes zusammen. Die Rz-Werte stammen aus Versuchen an Aluminium (Al) und Messing (Ms) mit unterschiedlichen Drücken und Korngrößen; sie zeigen Größenordnungen, keine Zusage für eine andere Anlage.

Soll später eine Schicht haften, liegt kantiges Korn nahe; die überlappenden Krater des Perlstrahlens hält die Quelle als Beschichtungsuntergrund für eher ungeeignet. Ein Rz von rund 27 µm bedeutet an Passflächen fast drei Hundertstelmillimeter zwischen Spitzen und Tälern. Wie Rz und Ra ausgewertet werden, zeigt der Artikel Oberflächenrauheit messen.

Quarzsand gehört nicht in diese Liste. Nach TRGS 559 sollen nur Strahlmittel mit höchstens 2 Gewichts-% kristallinem Siliciumdioxid verwendet werden; Quarzsand besteht überwiegend daraus. Außerdem verlangt die TRGS staubarme Verfahren, etwa Feuchtstrahlen oder eine integrierte Absaugung des Strahlguts.

Strahlen als Vorbereitung für Beschichtungen

Vor dem Lackieren oder einer Pulverbeschichtung entfernt Strahlen Rost, Zunder und alte Schichten und hinterlässt eine raue Oberfläche, in der sich die Schicht verklammern kann. Ein vorheriges Entfetten bleibt nötig. Welche Schicht zu welcher Funktion passt, ordnet der Artikel zur Auswahl einer Oberflächenbehandlung ein.

Bei Aluminiumteilen bestimmt das Strahlbild die Optik nach dem Eloxieren mit. Bei nichtrostendem Stahl zählt die Informationsstelle Edelstahl Rostfrei Strahlgut und Eisenabrieb zu den Fremdstoffen, die die Passivschicht örtlich stören und zu begrenztem Korrosionsangriff führen können. Korn, das vorher rostigen Baustahl bearbeitet hat, ist für Edelstahlteile deshalb ungeeignet. Fremdrost entfernt Strahlen laut demselben Merkblatt nicht immer sicher, und Glasstaub vom Glasperlenstrahlen kann ein nachfolgendes Beizen behindern.

Eigenes Rechenbeispiel: Druckluft für eine kleine Düse

Wir nehmen eine kleine Druckstrahlanlage mit einer Düse Nr. 2 an, Bohrung 1/8 Zoll (≈ 3,2 mm). Die Verbrauchstabelle von Clemco nennt dafür die Werte in der ersten Zeile; 1 cfm entspricht rund 28,3 l/min. Der Kompressor soll angenommen 300 l/min tatsächlich liefern, maßgeblich ist diese Liefermenge, nicht die Ansaugleistung.

Bei 100 psi deckt der Kompressor 300 / 566 ≈ 53 % des Bedarfs; mit dem Speicher des Kompressors lässt sich grob gut die Hälfte der Zeit strahlen, danach fällt der Druck ab. Verschleißt die Bohrung auf 3/16 Zoll, entspricht sie einer Düse Nr. 3 mit 1.274 l/min. Das ist das 2,25-Fache und genau das Verhältnis der Querschnittsflächen: (4,8 mm / 3,2 mm)² = 1,5² = 2,25. Der Kompressor deckt dann nur noch 300 / 1.274 ≈ 24 %.

Clemco weist den Effekt in einem eigenen Blatt zum Düsenverschleiß aus; dort steigt der Luftbedarf von Nr. 4 auf Nr. 5 um 69 %. Die Strahlmittelwerte gelten für eine Dichte von 100 lb/ft³ (≈ 1.600 kg/m³). Für Saugstrahlkabinen und andere Bauarten gelten die Angaben ihres Herstellers.

Typische Fehler und Grenzen

Ein typischer Fehler ist ein unvollständig vorbereitetes Teil. Gewinde, Passbohrungen und Dichtflächen bleiben ohne Abdeckung nicht maßhaltig, weil kantiges Korn Werkstoff abträgt und ein Rauheitsprofil hinterlässt. Restöl verschmutzt das Strahlmittel, das danach auch auf anderen Teilen landet.

Dünne Bleche können sich wölben, weil das Strahlen nur eine Seite plastisch verformt. Derselbe Effekt dient beim Kugelstrahlen dazu, die Intensität an Almen-Streifen zu messen. Ob geringerer Druck, feineres Korn oder beidseitiges Strahlen genügt, zeigt ein Probeteil.

Grenzen setzt auch der Arbeitsschutz: Rückprallendes Korn und Staub gefährden Augen und Atemwege, Druckluftstrahlen ist zudem laut. Außerhalb einer geschlossenen Kabine sind Atem-, Augen- und Gehörschutz nach Gefährdungsbeurteilung festzulegen; die Grenzen von Brille und Visier beschreibt der Artikel zum Gesichtsschutz in der Werkstatt.

Prüfliste vor dem Strahlen

• Ziel festlegen: reinigen, Haftgrund schaffen oder eine Sichtfläche gleichmäßig strukturieren.
• Strahlmittel nach Werkstoff und Ziel wählen; kein Quarzsand, für Edelstahl kein Korn, das zuvor Baustahl bearbeitet hat.
• Teile entfetten, Passbohrungen, Gewinde und Dichtflächen abdecken.
• Luftbedarf der Düse mit der Liefermenge des Kompressors vergleichen, Düsenbohrung regelmäßig nachmessen.
• Druck, Abstand und Winkel an einem Probeteil aus demselben Werkstoff einstellen.
• Staub vor dem Beschichten vollständig entfernen, Rauheit stichprobenartig prüfen.
• Staubarmes Verfahren, Absaugung und Schutzausrüstung vorab festlegen.