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Nichtmetallische Strahlmittel

Nichtmetallische Strahlmittel


Diese Gruppe umfasst eine grosse Anzahl sehr verschiedenartiger Medien, die zudem einerseits aus natürlichen, anderseits aber auch aus künstlich hergestellten Stoffen bestehen und die sich zudem auch in der Materialstruktur grundsätzlich sehr von einander un­terscheiden. Es gehören hierzu gemahlene, natürliche Gesteinsarten, künstlich hergestellte Media, wie Elektrokorund und Silizium­karbid, aber auch aus pflanzlichen Stoffen bestehende, sogenannte «vegetabile» Strahlmittel, ebenso wie die aus aufbereiteten Hoch­ofenschlacken hergestellten Strahlgranulate, als auch Glasperlen und die aus eigentlichen Kunststoffen, wie Polyamid usw., herge­stellten Spezialstrahlmittel, um einige Beispiele zu nennen.

Viele der zu dieser Gruppe gehörenden Strahlmittel werden nicht nur für die klassischen, industriellen Anwendungen verwendet, sondern in besonders feinen, speziell kalibrierten Körnungen auch für die Verfahren der Feinst-Oberflächenbehandlung eingesetzt. Diesen Spezialstrahlmitteln ist weiter unten ein eigener Abschnitt gewidmet. In diesem werden jedoch nur diejenigen Media behan­delt, die ausschliesslich für die Feinstbehandlung der Oberflächen hergestellt werden, zwar einschliesslich der Metall-Fritten, obwohl diese eigentlich nicht zur Gruppe der nichtmetallischen Strahlmit­tel gehören. Ein solches Vorgehen erscheint aus Gründen der Ein­heit der Materie zweckmässig. Strahlmittel die sowohl für allge­meine industrielle Anwendungen als auch für Feinst-Oberflächen­behandlung Verwendung finden, werden aus den gleichen Grün­den jeweils in einem gemeinsamen Abschnitt behandelt.


Die mineralischen und synthetischen Strahlmittel

Bei den zu dieser Gruppe gehörenden Strahlmitteln, handelt es sich um nichtduktile, harte, zum Teil sogar sehr harte Materialien, die mit zwei Ausnahmen ausschliesslich als gebrochene, scharfkan­tige, eckige Körnungen geliefert werden. Auch bei den minerali­schen und synthetischen Stoffen bestimmt die grosse Härte das Verhalten des Strahlmittels im Betrieb. Hierzu kommt der Um­stand, dass es sich um spröde, nichtduktile Materialien handelt. Die beim Strahlbetrieb auftretenden Stossbeanspruchungen führen deshalb verhältnismässig rasch zum Bruch des Strahlmittelkorns. Es handelt sich hierbei jedoch im Gegensatz zu den metallischen Strahlmitteln nicht um durch örtliche Deformationen bedingten Ermüdungsbruch, sondern um durch direkte Stossbeanspruchung verursachtes Auseinanderbrechen des aus einem spröden Material bestehenden Korns in mehrere scharfkantige Bruchstücke. Ihrer grossen Härte entsprechend haben mineralische und synthetische Strahlmittelsorten nur eine verhältnismässig niedrige Standzeit. Diese Faktoren haben anderseits im praktischen Betrieb zur Folge, dass schon nach kurzer Zeit ein stabilisiertes Betriebsgemisch sich bildet und das alle Kornfraktionen umfasst, beginnend mit der gröbsten Körnung des ungebrauchten neuen Strahlmittels bis hin­unter zur Abscheidekorngrösse als kleinster Kornfraktion. Sämtli­che Korngrössen des Gemisches sind scharfkantig. Für alle An­wendungsgebiete für die eckiges, scharfkantiges Strahlmittel benö­tigt wird, ist ein solches aus Fraktionen aller Grössen bestehendes Betreibsgemisch erwünscht und ergibt gleichmässig gestrahlte, matt satinierte Oberflächen.

Zirkonsand ist ein natürliches, mineralisches Strahlmittel. Es han­delt sich um einen Alluvialsand der in kleinen Körnern, die keine Kanten aufweisen, gewonnen wird und als nicht silikosegefährlich gilt, da sein STOB-Gehalt chemisch gebunden ist. Im Strahlbetrieb zerfallen die Zirkonsandkörner jedoch in scharfkantige Bruch­stücke, und es bildet sich rasch ein Betriebsgemisch der oben be­schriebenen Art.

Die manigfaltigsten natürlich vorkommenden Mineralien sind im Laufe der Jahre für Strahlzwecke vorgeschlagen und versuchswei­se auch eingesetzt worden. Im Nachfolgenden werden jedoch nur diejenigen Medien behandelt, die sich in der industriellen Praxis bewährt und entsprechende Anwendungsgebiete gefunden haben. Die zur Gruppe der mineralischen und synthetischen Strahlmittel gehörenden Media werden ausschliesslich in nach dem Druckluft­system arbeitenden Anlagen eingesetzt.

Hingegen ist nach dem heutigen Stand der Technik eine Verwen­dung in mit Schleuderrädern ausgerüsteten Strahlanlagen noch nicht möglich. Der Grund hierfür ist der Umstand, dass alle diese aus Mineralien oder synthetischen Stoffen bestehenden Strahlmit­tel, ebenso wie Quarzsand einen sehr hohen und sehr raschen Ver­schleiss an allen Teilen der Schleuderräder verursachen, ganz ab­gesehen von der gleichzeitigen rapiden Zertrümmerung des Strahlmittels selber. Dies gilt in vollem Umfang für die üblichen trocken arbeitenden Anwendungen der Strahltechnik. Hingegen sind auf dem Gebiete der nach dem Nassschlammverfahren arbei­tenden Anlagen für Feinbehandlung von Oberflächen einige wenige mit Spezialschleuderrädern ausgerüstete Maschinen ausgeführt worden. Erwähnt sei insbesondere eine Anlage dieser Art zur Verfeinerung der Oberfläche von Flugzeugpropellern für mit Kolbenmotoren ausgerüstete Flugzeuge. Die Maschine war mit einem allseitig gummierten Schleuderrad ausgerüstet. Beim Nassschlammverfahren ist jeder Strahlmittelkorn in einem Wassertröpfchen suspendiert, was bereits eine starke Reduktion der Ab­rasivität zur Folge hat. Durch diesen Umstand in Verbindung mitdem Überziehen der Schaufeln und des Schleuderradkörpers mit einer Gummischutzschicht konnten wenn auch nicht normale, so doch wirtschaftlich tragbarere Standzeiten des Schleuderrades er­reicht werden.

Die aus Kunststoffen gefertigten Strahlmittel wie zum Beispiel Po­lyvinylchloridgranulat, Polystyrol- und Polyamidgranulat gehören nicht zur Gruppe der mineralischen und synthetischen Strahlmit­tel, desgleichen auch nicht die aus Glas gefertigten Glasperlen und Glaskügelchen. Diese Spezialstrahlmittel werden gesondert in einem späteren Abschnitt behandelt.

Die mineralischen und synthetischen Strahlmittel können nicht in den für die Prüfung von metallischen Strahlmittel verwendeten Prüfmaschinen auf Betriebsverhalten und Standzeit untersucht werden, einerseits wegen des hohen und raschen Verschleissens al­ler Maschinenteile die dies zur Folge haben würde, anderseits aber auch wegen der rapiden Zertrümmerung des Strahlmittels die es verunmöglicht Vergleichswerte zu erhalten.

Aus diesen Gründen werden für die Vergleichsprüfung der minera­lischen und synthetischen Strahlmittel sowie von ähnlichen aus sprödem Material bestehender Media Apparate verwendet, die nach dem Fallgewicht-Prinzip arbeiten ( vergl. Bild 1).


Bild 1: Einfache Strahlmittel-Prüfmaschine nach Hurst, gemäss dem Fallgewicht-Prinzip arbeitend, für die Vergleichsprüfung von mineralischen und synthetischen Strahlmittelsorten.
1 = Grundplatte
2 = Als Gleitschienen ausgebildete Tragsäulen
3 = Amboss
4 = Auf den Tragsäulen beweglich gleitendes Tragjoch
5 = Schlaggewicht
6 = Griff mit herausziehbarer Haltestange
7 = Stössel


Vor Beginn der eigentlichen Strahlmittel-Prüfung wird zunächst in übli­cher Weise an einem representativen Muster mittelst Siebanalyse die Ausgangs-Korngrössenverteilung festgestellt. Die zu untersuchende Probe wird sodann in den oben im Amboss Pos. 3 befindli­chen kleinen Hohlraum eingebracht und sodann durch Einlegen des Schlag-Stössels Pos. 7 abgedeckt. Durch Herausziehen der Haltestange Pos. 6 kann sodann das Gewicht Pos. 5 samt dem Gleitjoch Pos. 4 schlagartig zum Herabfallen gebracht werden. Es ergibt sich auf diese Weise eine einmalige Schlagbeanspruchung der im Amboss befindlichen Strahlmittelprobe. Die Versuchsbe­dingungen sind durch die Fallhöhe und das Schlaggewicht genau definiert und können nach Bedarf reproduziert werden. Durch Auswechseln des Schlaggewichts und durch Verstellen der Fall­höhe können die Schlagbeanspruchungen von Fall zu Fall den Versuchsbedingungen entsprechend angepasst werde. Nach einer oder nach Wunsch auch nach mehreren Schlagbeanspruchungen wird wiederum eine Siebanalyse vorgenommen. Aus der Veränderung der Kornzusammensetzung kann der durch die Schlagbean­spruchungen verursachte Zertrümmerungs-Faktor der verschie­denen Strahlmittel-Körnungen ermittelt werden.


Die Härteskala für mineralische Stoffe.

Das Betriebsverhalten der mineralischen und synthetischen Strahlmittel wird in allererster Linie durch die grosse Härte dieser Materialien bestimmt, anderseits aber auch durch deren Sprödig­keit und Brüchigkeit. Verhältnismässig rasch, schon nach wenigen Durchgängen durch die Strahlanlage brechen die Körner und zer­fallen zu kleineren, aber immer scharfkantigen Bruchstücken. Die mineralischen und synthetischen Strahlmittel sind schon im Neu­zustand durch die grosse Schärfe aller Körner gekennzeichnet. Da diese Materialien nicht duktil sind, so behalten die Bruchstücke die Scharfkantigkeit bei. Schon nach kurzer Betriebszeit bildet sich deshalb ein alle Fraktionen von der Nennkorngrösse bis herab zur Abscheidekorngrösse umfassendes Betriebskorngemisch. Zusam­men mit dem Umstand dass alle Körner voll scharfkantig sind und bleiben, wirkt sich ein solches alle Fraktionen umfassendes Korn­gemisch vorteilhaft für den Strahlbetrieb aus und gestattet es sehr gleichmässige, satt aussehende Mattierungs- und Strahleffekte zu erreichen. In nach dem Druckluftsystem arbeitenden Strahlanla­gen ist es dann auch im allgemeinen möglich, bei Verwendung ge­eigneter mineralischer oder synthetischer Strahlmittel höhere spezifische Flächenleistungen zu erreichen, als mit metallischen Strahlmitteln wie zum Beispiel Hartgusskies.

Wie bereits erwähnt haben die mineralischen und synthetischen Strahlmittel eine wesentlich grössere Härte als sie auch die härte­sten metallischen Strahlmittel wie zum Beispiel Hartgusskies auf­weisen. Wegen der Brüchigkeit dieser Materialien kann eine Mes­sung nach den für die Untersuchung von Metallen entwickelten Verfahren (Härtemessung nach Vickers, Rockwell oder Brinell) nicht vorgenommen werden. Für diese Stoffe wird deshalb die Härteskala von Mohs und neuerdings auch diejenigen von Knoop verwendet.

Die von Friedrich Mohs vor bereits etwa 100 Jahren aufgestellte Härteskala hat sich für mineralische Stoffe weitgehend eingeführt und wird immer noch vielfach benützt. Es haften dieser Skala je­doch verschiedene schwerwiegende Nachteile an, denn der Ver­lauf der Werte ist nicht linear und die Stufung ungleichmässig. Die­se Nachteile machen sich besonders bei harten Stoffen wie Schleif-und Strahlmitteln bemerkbar. Ridgway hat deshalb eine Extrapola­tion für die Skala von Mohs aufgestellt, die bis zum Härtegrad 6 der Skala von Mohs entspricht und sodann bis zum Wert 15 für den Diamanten ansteigt. In Tab. XI A sind die Werte dieser neuen Ska­la von Ridgway den entsprechenden Härtewerten nach Knoop gegenübergestellt. Es ist zu beachten, dass sowohl in den Tab. XI als auch XI A die angegebenen Härtewerte nach Knoop sich unter Verwendung eines Belastungsgewichtsvon 100 g verstehen ( H K 100)



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