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Wissenswertes » Geschichte der Strahltechnik

Geschichte der Strahltechnik



Strahltechnik - Oberflächenbearbeitung durch Sand in Bewegung

Es gibt verschiedene Versionen zu den Anfängen der Geschichte der Strahltechnik. Der Grundgedanke der Strahltechnik ist, das Mattieren und die Bearbeitung von Glas und Metallen mittels durch Luft bewegten Sandes. Dies wird auf Naturbeobachtungen in der Wüste zurückgeführt, wo der vom Wind und Sturm herangetragene Wüstensand die bekannten, zum Teil bizarren Korrosionserscheinungen erzeugt.


Benjamin Chew Tilghman - Der Erfinder der Strahltechnik

Schleuderrad von Tilghman (Patentschrift, 1870)
A = Zuführung des Strahlmittels zum Schleuderrad
B = Schleuderrad mit acht Schlagschaufeln

Das erste Patent, das die Bearbeitung der Oberfläche von Gegenständen durch Strahlmittel zum Gegenstand hat, stammt aus dem Jahre 1870. Dieses Datum kann somit als der Beginn der Geschichte der Strahltechnik festgehalten werden. Es handelt sich um das britische Patent Nr. 2147 vom 1. August 1870; dieses wurde dem amerikanischen General Benjamin Chew Tilghman, einem Chemiker aus Philadelphia, USA, erteilt. Im darauffolgenden Jahre gründete B.C. Tilghman in London unter dem Namen Tilghman-Patent Sand Blast Comp. Ltd. eine Gesellschaft für die Fabrikation und den Verkauf von Strahlapparaten gemäß seiner Erfindung.

In einem Zusatzpatent aus dem Jahre 1872 wird ausgeführt, dass man mit Hilfe eines Sandstrahls sowohl Eisen als auch andere Metalle, Glas, Holz und viele weitere Materialien tönen, ätzen, bohren, mattieren und gravieren könne. Das Verfahren sei auch geeignet zum Reinigen, Entzundern und Glätten von Gegenständen aus Eisen oder Metall. Es werden noch zahlreiche andere Anwendungsmöglichkeiten genannt. Tilghman ließ sich Verfahren schützen, mit denen Sand durch Druckluft, Dampf oder Wasser beschleunigt und auf die zu behandelnden Oberflächen geschleudert werden kann. Auch die Möglichkeit der Verwendung eines Schaufelrades und somit der Zentrifugalkraft für die Beschleunigung des Sandes wird in diesen frühen Patenten bereits erwähnt. Das ursprüngliche erste Patent von General Tilghman aus dem Jahre 1870 kann somit als die Grundlage der ganzen späteren Entwicklung der Strahltechnik angesprochen werden. Es sei hier auch das US-Patent Nr. 727000 vom 5. Mai 1903 erwähnt, das dem Sohne B.C. Tilghman Junior erteilt wurde und in dem ein geschlossener, dichter Druckstrahlapparat beschrieben und geschützt wird und das somit als die Grundform der heutigen nach dem Drucksystem arbeitenden Strahlgebläse angesprochen werden kann.


Richardson und die Dampfstrahlanlagen

Im Jahre 1878 führt Richardson die Verwendung des Sandstrahlgebläses für das Wiederaufrauhen von Feilen ein, wobei als Betriebsmedium nicht Druckluft, sondern Dampf von 4 bis 5 atü Spannung Verwendung findet. In der Weiterentwicklung sind aus diesen Geräten im Laufe der Jahre die nunmehr mit Druckluft betriebenen Nass-Schlamm-Strahlgebläse entstanden. Im Jahre 1895 erscheinen sodann bereits in den Zeitschriften die ersten Anzeigen in denen mit Druckluft arbeitende Strahlräume und Strahlapparate angepriesen werden. Allerdings waren die damaligen Anlagen für unsere heutigen Begriffe äußerst primitiv.


Quarz als häufig verwendetes Strahlmittel

In den Jahren vor dem ersten Weltkrieg wurden in allen Industrieländern Europas Strahlreinigungsanlagen in irgendeinem alten Anbau untergebracht, der sich in einem möglichst weit abgelegenen Teil des Werkes befand. Gearbeitet wurde mit Quarz, und Silikose-Erkrankungen waren sehr häufig. Aus den zwanziger Jahren unseres Jahrhunderts ist das erste Auftauchen eines metallischen und somit nicht silikosegefährlichen Strahlmittels zu berichten. Damals begann die Erzeugung von Hartguss-Schrot und daraus in gebrochenem, eckigen Zustand der Hartgusskies, gemäß unserer heutigen Terminologie. Damals wurde dieser Hartgusskies als «Stahlsand» angeboten. Diese neuen metallischen Strahlmittel hatten jedoch zunächst und bis in die vierziger Jahre hinein, einen schweren Stand, bis diese in vermehrtem Masse in die industrielle Praxis Eingang gefunden haben.


Strahltechnik für künstlerische Zwecke

Auf einem ganz anderen Gebiet hat jedoch bereits in der Zeit vor dem Ersten Weltkrieg eine bemerkenswerte Entwicklung stattgefunden. In Frankreich und Italien entstanden handwerkliche Werkstätten in denen mit Hilfe der Sandstrahltechnik sowohl Glasscheiben als auch Spiegelglastafeln durch Mattieren und Gravieren verziert wurden, um sodann als Gebrauchsgegenstände Verwendung zu finden. In besonders künstlerisch hochstehenden Ateliers wurden mittels dieser Technik eigentliche Gemälde auf Glas und hochwertige Zierscheiben geschaffen. In unseren Gegenden sind solche Arbeiten wenig bekannt; diese fanden und finden auch heute noch in den lateinischen Ländern guten Absatz und Anerkennung.


Wege in die moderne Strahltechnik - Metallische Strahlmittel und Schleuderradanlagen

Auf industriellem Gebiet verdankt die Strahltechnik ihren heutigen hohen technischen Stand zwei Faktoren, einerseits der Entwicklung moderner hochwertiger, metallischer Strahlmittel, sowie andererseits der Erfindung und konsequenten Weiterentwicklung des Schleuderrades bis zu seiner heutigen Reife. Mathinson war der erste, der Strahlapparate mit Beschleunigung des Strahlmittels durch Zentrifugalkraft gebaut hat, unter Verwendung kleiner, jedoch mit hoher Drehzahl umlaufender Schaufelräder. Zu jener Zeit gab es jedoch nur Quarzsand als Strahlmittel. Die großen Sandmengen, die selbst diese kleinen Schleuderräder durchsetzten, verursachten einen sehr hohen und raschen Verschleiß aller Teile. Der Versuch, und andere die ihm folgten, mussten aufgegeben werden, bis zum Jahre 1933 als die amerikanische Firma «The American Foundry Equipment Comp. in Mishawaka Ind.» in einer Giesserei ihre erste mit Schleuderrädern ausgerüstete Gussputztrommel in Betrieb gesetzt hat und es gelungen war, bei hoher Produktionsleistung eine genügende Lebensdauer der Schleuderrad -Schaufeln zu erreichen. Für dieses Rad wurde die Wortmarke Wheelabrator eingetragen, im Englischen abgeleitet aus den beiden Ausdrücken wheel (Rad) und abrasif, was Strahlmittel bedeutet. In den ersten, grundlegenden Patenten ist als Erfinder Verne E. Minich aus Mishawaka, Ind genannt.


Vorteile des Schleuderradprinzips für den Strahlprozess

Wheelabrator-Trommel-Strahlmaschine aus dem Jahre 1938, ausgerüstet mit einem Wheelabrator-Schleuderrad und einem Raupenband-Förderer für die Bewegung des Strahlgutes während des Strahlvorgangs.
Dieses damals neuartige Trommelsystem ist unter dem Namen «Tumblast» bekannt geworden und beruht auf einem Patent von L D. Peik aus dem Jahre 1930 (USA-Patent Nr. 317 002). Da zur Zeit der Erfindung noch keine Schleuderräder gebaut wurden, waren die ersten nach dem neuen System arbeitenden Raupenband-Trommeln zunächst mit nach dem Druckluftsystem arbeitenden Strahldüsen ausgerüstet.

Diese Firma hat sodann unter Verwendung dieser Wortmarke ihren Namen in Wheelabrator Corporation geändert, und diese Wortmarke wurde ganz allgemein für die von ihr und ihren Lizenznehmern erzeugten mit Schleuderrädern ausgerüsteten Strahlmaschinen verwendet. Das Wheelabrator-Schleuderrad von Minich stellt eine außerordentlich elegante und trotzdem einfache Lösung dreier schwieriger technischer Probleme dar: einerseits der Beschleunigung des Strahlmittels durch Zentrifugalkraft und andererseits der Einführung des Strahlmittels ins Zentrum des Schleuderrades, sowie der Notwendigkeit den austretenden Schleuderstrahl richtig positionieren, d. h. genau auf die zu behandelnden Werkstücke ausrichten zu können. Zusammen mit anderen Faktoren, wie der Entwicklung von Materialien und Werkstoffen, die dem Verschleiß besser und länger widerstehen, der Herstellung neuzeitlicher metallischer Strahlmittel sowie ständiger konstruktiver Verbesserung der Anlagen, hat das Schleuderrad ganz wesentlich zum heutigen hohen Stand und der großen Verbreitung der Strahltechnik und der Strahlanlagen beigetragen. Es ist somit nicht verwunderlich, dass nach Ablauf der Schutzfristen auch eine ganze Reihe europäischer Hersteller von Strahlmaschinen dazu übergegangen sind, das Schleuderrad in der einen oder anderen Form nachzubauen.

In den Vereinigten Staaten von Amerika setzte sehr bald eine rasche Entwicklung ein. Bereits im Jahre 1938, kaum fünf Jahre nach der oben erwähnten Inbetriebnahme der ersten mit Schleuderrädern bestückten Gussputztrommel, bestanden dort mehrere Firmen, die solche Anlagen herstellten, mit einem reichhaltigen Angebot verschiedenartiger Maschinentypen und Größen. Diese rasche Entwicklung wurde sicherlich durch den Umstand mitbegründet, dass auf dem dortigen großen und aufnahmefähigen Markt auch ein ausgesprochener Bedarf für Putz- und Strahlmaschinen bestand, die in der Lage waren, eine große Produktion bei besserer Putzleistung und mit niedrigeren Kosten, d. h. wirtschaftlicher, zu erbringen. Die Entwicklung in Europa war wesentlich langsamer und begann sich erst einige Jahre nach dem Zweiten Weltkrieg richtig zu entfalten.
Aus der selben Zeit, d. h. um 1938, stammt auch ein erwähnenswerter amerikanischer Vorschlag für ein Schleuderrad. Die Zuführung des Strahlmittels zu den Schleuderradschaufeln erfolgt hier nicht mittels eines Verteilers und eines Einlaufstückes wie beim Wheelabrator-Rad, sondern durch einen mit spiralförmigen Flügeln versehenen, mit dem Schleuderrad-Körper zusammen umlaufenden Zuspeisers. Dieses Rad hat sich jedoch in der Praxis nicht durchsetzen können und ist im Laufe der Geschichte der Strahltechnik vom Markt verschwunden. Die Übergabe des Strahlmittels an die Schaufeln erfolgt zwar stoßfrei, aber der Strahl dürfte sich wohl kaum richtig und genau positionieren lassen.


Schleuderrad Patente in Deutschland

In Deutschland wurde von den beiden Erfindern Hans Weber und Karl Grochol, beide in Kronach Bayern, bereits im Jahre 1930 ein Schleuderrad zum Patent angemeldet, das auch noch heute Verwendung findet. Die Schutzrechte sind unter dem Namen «Grochol-Patente» bekannt. Beide Patente wurden bereits damals von der Maschinenfabrik Vogel & Schemmann AG in Hagen-Kabel ausgewertet. Es handelt sich hier um das als Schlagschaufel-Bauart bekannte Schleuderrad, das auch heute noch von dieser Firma in ihre Strahlmaschinen eingebaut wird.

Im Verlauf der letzten 15 bis 20 Jahre hat die Strahlverfahrenstechnik zunehmend an Bedeutung gewonnen und ist heute in sehr vielen Industriezweigen unentbehrlich. Eine Vielzahl neuer Einsatzmöglichkeiten sind entwickelt worden und haben zu vorher ungeahnten Anwendungen und zu außerordentlich leistungsfähigen Anlagen geführt.

Schleuderrad der «Schlagschaufel»-Bauart von H. Weber und K. Grochol  (Patent Nr. 538349) vom 6. Nov. 1930.
b; b1 = Schleuderrad-Schaufeln
g; g1 = Gleitflächen der Schleuderrad-Schaufeln
f = verstellbares Zulaufrohr für das Strahlmittel
a = Scheibe, auf der die Schaufeln montiert sind
c = Welle / d = Lagerung


Quelle: Dipl.-Ing. ETH I. Horowitz: Oberflächenbehandlung mittels Strahlmitteln
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