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Schleuderräder für große Flächenleistungen

Schleuderräder für große Flächenleistungen -
Das "Angled Vane Wheel"
und das "Multi Impact Wheel"


Der im vorangehenden Abschnitt beschriebene Weg der Er­höhung von Strahlmittel-Durchsatz, Schluckgrenze und Motorenleistung genügen für sich allein keineswegs um als Ergebnis auch entsprechend größere Strahlleistungen zu erhalten. Hierzu müssen in vielen Fällen noch gewisse strahltechnische Voraussetzungen erfüllt sein. Dies gilt ganz besonders dort, wo es sich um die Behandlung ausge­dehnter, flacher Werkstücke wie z.B. von Blechen, Breit­band usw. handelt, wobei unter Einsatz von feinkörnigem Stahlschrot eine möglichst geringe Aufrauhung der Ober­fläche erzielt werden soll.

Es bereitet Schwierigkeiten die von Schleuderrädern mit hoher Durchsatzleistung abgeworfene entsprechend große Strahlmittelmenge auch auszunutzen. Dies wird durch fol­gende Faktoren verursacht:

Mit zunehmendem Strahlmittel-Durchsatz des Schleuder­rades steigt gleichzeitig auch die Strahlmitteldichte im Strahlbild um bald einen Sättigungszustand zu erreichen. Dieser tritt natürlicher­weise zu allererst im hot-spot auf wo dann das Strahlmittel liegen bleibt. Es tritt eine Umkehrung des Strahl­bildes auf, wie dies durch Bild 1 veranschaulicht ist.


Bild 1: Umkehrung des Strahlbildes und Entstehen eines Negativbildes des Hotspots bei hoher Strahlmitteldichte und überschreiten des Sättigungszustandes.
2 = Strahlbild mit Negativ-Bild des Hot-spot's bei überschreiten des Sättigungsgrades der Strahlmitteldichte.
(Werkfoto: Georg Fischer AG. Maschinenfabrik, CH-8201 Schaffhausen)


Im englischen Sprachgebrauch wird diese Erscheinung als „super saturation" bezeichnet.

Bei Schleuderrädern mit mechanischer Vorbeschleuni­gung wird das Strahlmedium den Wurfschaufeln durch Verteiler und Einlaufstück paketweise zugeführt. Beim Aufprallen der Schrotkörner auf die Werkstückober­fläche tritt ein Ricochet-Effekt auf, der jedoch norma­lerweise den Strahlvorgang nicht behindert, weil zwi­schen den aufeinanderfolgenden Körnerpaketen immer ein kleiner Zeitintervall liegt. Mit steigendem Strahl­mittel-Durchsatz beginnen jedoch die rückprallenden Körner immer mehr die Strahlwirkung durch Zusammen­stöße zu behindern, so daß der Schleuderstrahl die zu behandelnde Oberfläche gar nicht mehr richtig errei­chen kann.

Im englischen Sprachgebrauch wird für diese Erscheinung der Ausdruck „ricochet interference" verwendet.

Ein weiterer Umstand bewirkt eine zusätzliche wesent­liche Verstärkung der durch die beiden soeben dargeleg­ten Faktoren verursachten Schwierigkeiten. Schleuder­räder großer Leistung werden vor allem für die mecha­nische Entzunderung vor Flachprodukten der Stahlindustrie benötigt. Wegen den nachfolgenden Verar­beitungsstufen wird aber eine möglichst geringe Auf­rauhung der gestrahlten Flächen verlangt, was den Ein­satz möglichst kleiner Schrotkörnungen notwendig macht. So wird zum Beispiel angenommen, dass bei Ver­wendung von Stahlschrot S-170 (Nennkorngröße 0,4 mm) sich eine Aufrauhung von etwa 170-200 RMS ergibt. Bei Verwendung der Schrot-Körnung S-110 (Nennkorngröße 0,3 mm) beträgt die Aufrauhung nur noch etwa 160-180 RMS, während mit der Kör­nung S-70 (Nennkorngröße 0,2 mm) ein Wert von nur etwa 130-170 RMS erreicht werden kann. Durch die so sich ergebende Notwendigkeit der Wahl einer feinen Korngröße nimmt jedoch die Anzahl Schrotkörner je kg abgeworfenes Strahlmittelgemisch umgekehrt pro­portional zur dritten Potenz des Korndurchmesser sehr rasch zu. Hier liegt denn auch der Grund warum beim Strahlen mit einer feinen Körnung der Sättigungszustand im hot-spot we­sentlich rascher eintritt und auch der Ricochet-Effekt wesentlich stärker zur Geltung kommt.

Die seinerzeit zum Konzern der Carborundum Company gehörende Firma Pangborn in Hagerstown USA hat vor et­was mehr als fünfzehn Jahren ein „Angled Vane Wheel" benanntes neuartiges Schleuderrad großer Leistung ent­wickelt mit dem die soeben geschilderten Schwierigkeiten vollumfänglich überwunden werden konnten, bei voller Ausnutzung der mit 100 PS bemessenen Antriebsmotoren. Wie alle von Pangborn gebauten Räder so ist auch dieses als Einscheibenrad ausgeführt und arbeitet mit mechanischer Vorbeschleunigung mittels Verteiler und Einlaufstück.

Die acht geraden, radial angeordneten Wurfschaufeln stehen jedoch nicht wie sonst üblich im rechten Winkel zur Seiten­scheibe, sondern bilden mit dieser letzteren einen ab­wechselungsweise nach vorn und sodann nach hinten ge­neigten leichten Winkel. Die sich so ergebende Arbeitsweise wird durch Bild 2 veranschaulicht. Durch die seitliche Neigung der Wurfschaufeln werden die vom Verteiler zuge­führten Strahlmittelpakete abwechselungsweise einmal nach rechts, einmal nach links abgelenkt. Es tritt somit eine Auf­teilung des Strahlmittel-Durchsatzes auf zwei Strahlebenen auf. Es tritt deshalb auch kein Ricochet-Effekt mehr auf, denn wie aus Bild 2 hervorgeht beeinträchtigen die Strahlmittelpakete nach dem Rückprallen einander nicht mehr. Unter dem in den USA üblichen „cross-licence"- Verfahren hat die Wheelabrator Corp. ebenfalls ein nach dem gleichen Grundprinzip arbeitendes Schleuderrad mit großer Durchsatzleistung entwickelt, das die Bezeichnung „Multi-Impact Wheel” erhielt, aber als Zwei-Scheiben-Rad ausgeführt wurde. Die Abbildung unten zeigt einen Blick in das Unter­teil einer Strahlanlage für die mechanische Entzunderung von Breitband im Durchlaufverfahren, mit einem in den Materialsammeltrichter eingebauten, von unten nach oben wirkenden und somit die Unterseite des Bandes strahlen­den Schleuderrad großer Durchsatzleistung von Wheel­abrator. Zwei aufeinanderfolgende Wurfschaufeln sind zu sehen mit ihren gut zu erkennenden verschiedenen Schräg­stellungen. Man beachte die ganz ungewöhnliche Dicke der stirnseitigen Schleiß-Schutzplatten des Schleuderrad-Ge­häuses, während die eigentlichen Wurfschaufeln im Ver­hältnis eine viel geringe Stärke aufweisen. Das Rad ist ganz offensichtlich für den Einsatz von Stahlschrot in ganz feinen Körnungen. ausgelegt. Zur Ergänzung zeigen die Abbildun­gen 292 A und B Strahlbilder eines solchen „Multi-Impakt"- Schleuderrades. Vor allem aus dem Photo 292 A ist die Aufteilung des Schleuderstrahles in zwei nebeneinander liegende Strahlebenen gut zu erkennen mit getiennten hot-spots. Aus der Abb. 292 B ist überdies die Ausdehnung des ganzen 12" = ca. 300 mm breiten Strahlbildes eines solchen Schleuderrades großer Durchsatzleistung zu erken­nen.


Bild 2: Arbeitsweise des „Angled Vane Wheel" von Pangborn Hagerstown USA deren Wurfschaufeln abwechselungsweise eine leichte seitliche Schrägstellung einman nach rechts und sodann nach links aufweisen, so daß eine Aufteilung des Schleuderstrahls in zwei nebeneinander stehende Strahlebenen erfolgt. Im Bild ist der Vorgang in sechs aufeinanderfolgenden Schritten No. 1 bis 6 dargestellt, wobei die Strahlmittelpakete sich wechselweise auf die Strahlebenen „A" und „B" verteilen.

Bild 1: Die erste nach links geneigte Wurfschaufel übernimmt das aus der Durchtrittsöffnung des Einlaufstückes austretende Strahlmittelpaket. Beim Verlassen der Wurfschaufelkante wird dieses Paket in Richtung der Strahlebene „A" abgelenkt.
Bild 2: Das Strahlmittelpaket A befindet sich auf dem Wege zur Werkstückoberfläche. Die vorhergehenden Pakete der Strahlebene „A" behindern den Aufprall auf die Werkstückoberfläche in keiner Weise.
Bild 3: Die auf dem Wege nach abwärts sich befindlichen Strahlmittelpakete der Ebene „A" werden durch die seitwärts vorbeifliegenden Pakete der Ebene „B" nicht behindert.
Bild 4: Das Strahlmittelpaket prallt mit voller Wucht auf die Werkstückoberfläche. Im gleichen Moment verläßt ein Strahlmittelpaket die Wurfschaufelkante in Richtung der Strahlebene „B".
Bild 5: Das von der Werkstückoberfläche zurückgeworfene Strahlmittelpaket A bewegt sich weiter ohne irgendwie die Pakete der Ebene B zu beeinträchtigen oder von diesen selber beeinträchtigt zu werden.
Bild 6: Das Strahlmittelpaket der Strahlebene „B" steht unmittelbar vor dem unbehinderten Aufprall auf die Werkstückoberfläche.
Die durch die Öffnung im Einlaufstück wechselweise austretenden Strahlmittelpakete verteilen sich auf die beiden Strahlebenen „A" und „B" ohne, wie aus der Bilderfolge hervorgeht, einander irgendwie zu behindern, dies auch bei Verwendung von feinkörnigen Strahlmittelkörnungen.
(Werkfoto: The Pangborn Corp., A Kennecott Company; Hagerstown, Maryland USA)



Bild 3: Blick in den Materialsammeltrichter einer amerikanischen Durchlauf-Anlage für das Entzundern von Breitband mit einem dort eingebauten, von unten nach oben wirkenden Schleuderrad großer Leistung von Typ „Multi-Impact-Wheel" von Wheelabrator.
M = Materialsammel-Trichter der Band-Entzunderungsmaschine
G = Seitenwand des Schleuderradgehäuses
P = zwei stirnseitig angeordnete Schutzplatten aus verschleißfestem Material. Man beachte die ganz ungewöhnliche Dicke dieser Verschleißplatten, die ein Mehrfaches der Materialstärke der im Bild ebenfalls zu sehenden Wurfschaufeln aufweisen.
(Werkfoto: Wheelabrator Corp. Mishawaka, Indiana USA)



Bild 4 A: Strahlbild eines Schleuderrades großer Flächenleistung vom Typ „Multi-Impact-Wheel", aufgenommen bei kurzer Strahldauer zur Veranschaulichung des doppelten „Hot-spot's" und der Aufteilung der Strahlleistung des Rades auf zwei nebeneinanderliegende Strahlebenen, ohne gegenseitige Behinderung. (Werkfoto: Wheelabrator Corp. Mishawaka, Indiana, USA)Bild 4 B: Strahlbild eines Schleuderrades großer Flächen¬leistung vom Typ „Multi-Impact-Wheel", aufgenommen bei einer Strahldauer von fünf Minuten zur Veranschaulichung der großen Strahlausdehnung dieser Radtype. Strahlbreite etwa 300 mm bei einer Länge des Strahlbildes von etwa 1350 bis 1450 mm. (Werkfoto: Wheelabrator Corp. Mishawaka, Indiana, USA)



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