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13. Dezember 2017 | 10:06

Industrielle Strahlanwendungen

Übersicht

Die Unterteilung der strahlverfahrenstechnisch und fertigungstechnisch relevanten Anwendungen erfolgt nach dem Strahlzweck, also nach dem primären Ziel des Strahlens gemäß der undefinedDIN 8200. Die normgerechte Gliederung ist jedoch nicht in allen Belangen vollständig und schlüssig, weshalb die folgende Übersicht zum Teil erweitert und logisch neu sortiert wurde. Auf die Verwendung der in der Norm festgelegten Ordnungsnummern wird aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet.

Folgende Anwendungen werden unterschieden:

  • Reinigungsstrahlen zum Abtragen von werkstofffremden Schichten, Partikeln oder Anhaftungen
  • Strahlspanen zum gezielten Abtragen von Schichten oder Teilen des Grundwerkstoffs
  • Oberflächenveredelungsstrahlen mit gezielter Veränderung der Oberflächenstruktur des Grundwerkstoffs zur Erzielung eines optischen oder haptischen Effekts oder zur Verbesserung der Haftung von nachfolgenden Beschichtungen
  • Kugelstrahlen zur Verbesserung der Dauerfestigkeit oder zur Formgebung von Bauteilen ohne gewollten Materialabtrag

Als weitere Anwendung kommt noch das Aufstrahlen von Schutzschichten wie Zink hinzu, das industriell jedoch kaum Bedeutung hat, da hierfür effizientere Verfahren wie das undefinedFeuerverzinken oder das undefinedSpritzverzinken eingesetzt werden.

Das Prüfstrahlen zur vergleichenden Feststellung des Verschleißverhaltens von Werkstoffen sowie zur Standzeitermittlung von Strahlmitteln gehört nicht zu den Fertigungsverfahren im engeren Sinne, kann aber auch dem Abtragstrahlen zugerechnet werden.

Sonderanwendungen wie etwa das Reinigungsstrahlen von verschmutzten Fassaden, Betonböden oder anderer allgemein verschmutzter Flächen gehören ebenfalls nicht zu den eigentlichen Fertigungsverfahren, können aber dem Putzstrahlen zugeordnet werden.

Auf den nachfolgend verknüpften Seiten werden die aufgelisteten Anwendungen näher beschrieben und anhand von typischen Einsatzbeispielen erläutert.

Strahlanwendung
Strahlzweck
Haupteinsatzgebiet
A ReinigungsstrahlenA1 undefinedPutzen
Entfernen von Gießsand und Gießrückständen

A2 undefinedEntzundernEntfernen von Walz- und Schmiedezunder

A3 undefinedEntrostenEntfernen von Rost
A4 undefinedEntschichtenEntfernen von Beschichtungen aller Art und Anhaftungen wie Schmutz oder Staub
B StrahlspanenB1 undefinedAbtragenEntfernen von oberflächennahen Partikeln oder Schichten des Grundwerkstoffes
B2 undefinedTrennenZerteilen von Werkstücken
B3 undefinedEntgratenEntfernen von Schnitt- und Gussgraten
C OberflächenveredelungsstrahlenC1 undefinedAufrauen Erhöhung der Oberflächenrauheit

C2 undefinedMattierenAufrauen mit Strahlmitteln feiner Körnung
C3 undefinedGlättenVerringerung der Oberflächenrauheit
C4 undefinedPolierenGlätten mit Strahlmitteln feiner Körnung
D Kugelstrahlen (engl.: shot peening)
D1 undefinedVerfestigen (engl.: peening)Einbringung von Druckeigenspannungen an der Oberfläche dynamisch beanspruchter Bauteile zur Erhöhung der Wechselfestigkeit

D2 undefinedUmformen (engl.: peen forming)Einbringung von Druckeigenspannungen zur Formgebung oder zum Richten von Bauteilen

In ihrer tatsächlichen Strahlwirkung sind die in der Übersicht genannten Strahlanwendungen oftmals nicht klar voneinander zu trennen. So gilt in Bezug auf das Reinigungsstrahlen, dass jeder Materialabtrag - auch von werkstoffremden Schichten - letztlich immer auch einen teilweisen Abtrag des Grundwerkstoffs zur Folge hat. Ein Reinigungsstrahlen verändert also immer auch die Oberfläche des Grundwerkstoffs.

Ein Oberflächenveredelungsstrahlen bewirkt insbesondere bei rundkörnigem Strahlmittel gleichzeitig eine plastische Oberflächenveränderung im Sinne einer Verfestigung. Gleiches gilt für das Strahlspanen. Umgekehrt kann ein Kugelstrahlen nicht vollständig ohne Oberflächenabtrag realisiert werden. Teilweise werden solche Doppelwirkungen auch gezielt genutzt.

Diese Besonderheiten müssen bei der Anwendung der Strahltechnik in jedem Fall beachtet werden. Die durch den Aufprall hervorgerufenen Wechselwirkungen zwischen Strahlmittel und dem Werkstück bzw. dessen Oberfläche werden auf der Seite undefinedstrahlprozess näher erläutert.

Alternative Verfahren

Die industriell am meisten verbreitete strahltechnische Anwendung ist das Reinigungsstrahlen. Insbesondere für grobe Oberflächenverschmutzungen ist das Strahlen nicht wirtschaftlich zu ersetzen. Weitere allgemeine Informationen zur Bauteilreinigung und zu alternativen Verfahren bietet die undefinedWissensbasis Bauteilreinigung der Universität Dortmund.

Das Entgraten durch Strahlspanen ist eine häufige Anwendung in der Druckgießerei, insbesondere für Aluminiumdruckguss. Allerdings können hiermit nur dünne und lose Grate entfernt werden, so dass in der Regel eine spanende Bearbeitung vor- oder nachgeschaltet werden muss. Diese wiederum wird aber zur Weiterbearbeitung der Bauteile ohnehin benötigt. Eine feinere, aber sehr viel aufwändigere Entgrattechnik ist das undefinedECM-Verfahren (Elektrochemische Metallbearbeitung), bei dem das Gratmaterial an der anodischen Werkstückoberfläche mittels einer passgenau gefertigten Kathode und einer dazwischen fließenden Elektrolytlösung unter elektrischer Spannung abgetragen wird.

Beim Oberflächenveredelungsstrahlen in den gröberen Bereichen Glätten und Aufrauen liegt die wichtigste Anwendung in der Vorbereitung von Oberflächen für eine nachfolgende Beschichtung. Alternativ kommen hier allenfalls chemische Verfahren in Betracht, die aber im Hinblick auf Arbeits- und Umweltschutz sowie prozesstechnischen Aufwand besondere Anforderungen stellen. Das Veredelungsstrahlen in den feineren Bereichen Polieren und Mattieren steht im Wettbewerb zum undefinedGleitschleifen, bei dem eine Relativbewegung zwischen Schleifkörpern und Werkstück zu einem sehr viel kontrollierteren Abtrag an der Oberfläche führt. Allerdings ist die Abtrags- und Flächenleistung gegenüber dem Strahlen sehr viel geringer und die Bauteilgröße in einer geschlossenen Maschine begrenzt.

Das Kugelstrahlen metallischer Werkstoffe ist trotz alternativer Verfahren wie dem Gleitschleifen insbesondere in der Automobil- sowie der Luft- und Raumfahrtindustrie meist ohne Alternative, da auf Grund der hierdurch erzielten Erhöhung der Dauerfestigkeiten an der fertigen Werkstückgeometrie eine erhebliche Material- und damit Gewichts- und Energieeinsparung erzielt werden kann.