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    Strahlmittelprüfung


    Für die Untersuchung auf Verschleissfestigkeit muss ein Muster verwendet werden, das einen wirklichkeitsnahen Querschnitt durch die gelieferte Sendung respektive durch die zu prüfende Strahlmittel-Qualität vermittelt. Der Erfolg steht und fällt mit dem Vorhandensein einer repräsentativen Probe. Sinngemäss gelten auch hier die gleichen Grundsätze wie bei der Bereitstellung von Proben für die Siebanalyse. Sowohl nach europäischer als auch nach amerikanischer Praxis wird für die Untersuchung in der Strahlmittel-Prüfmaschine von einem repräsentativen Muster von 100 Gramm Gewicht ausgegangen.

    Nach dem Einfüllen der Probe auf der Aufgabeseite wird die Prüfmaschine eingeschaltet und das Muster einer ersten Serie von Durchgängen unterworfen. Die Anzahl der Belastungen wird hierbei je nach der Art des zu prüfenden Strahlmittels und der Untersuchungsmethode vorgewählt. Sodann wird die Probe der Prüfmaschine entnommen und einer Siebanalyse unterzogen. Gleichzeitig wird auch das verbleibende Gesamtgewicht festgestellt, um den Verlust durch Absaugung zu ermitteln.
    Die nach der Siebanalyse verbleibenden Kornfraktionen, die oberhalb der Trennkorn-Grösse liegen, werden untereinander vermischt und wieder in die Prüfmaschine gegeben. Es folgt eine neue Serie von Durchgängen, wobei jedoch je nach der gewählten Untersuchungsmethode unterschiedlich verfahren wird. Nach jeder Belastungs-Serie folgt wiederum eine Siebanalyse. Der Vorgang wiederholt sich immer wieder, bis der gemäss dem gewählten Prüfverfahren definierte Endzustand erreicht ist.

    Man unterscheidet folgende drei Untersuchungs-Methoden:
    1. Abnahme-Prüfung
      Wie der Name andeutet, handelt es sich hierbei um ein vereinfachtes Verfahren um festzustellen, ob nachfolgende Lieferungen ein und derselben, genau festgelegten und bereits erprobten Strahlmittelsorte auch hinsichtlich Verschleissfestigkeit mit der ursprünglich vereinbarten Qualität übereinstimmen. Die Verwendung einer vereinfachten Methode ist jedoch nur sinnvoll, wenn bei wesentlich verringertem Arbeitsaufwand, trotzdem ein genügender Einblick in das Verschleissverhalten der untersuchten Probe gewonnen werden kann, um eine tatsächliche Beurteilung zu ermöglichen.Die schweizerische Norm VSM 37 502 sieht als Abnahme-Prüfung die Bestimmung des K50-Wertes vor. In der Norm ist bereits die hierfür anzuwendende Trennkorn-Grösse vorgeschrieben, und zwar mit 0,1 mm für Strahlmittel mit Nennkorn-Grössen unter 0,6 mm und mit 0,315 mm, wenn das zu untersuchende Strahlmittel eine Nennkorn-Grösse von 0,6 mm oder mehr aufweist. Der Parameter Trennkorn-Grösse kann somit nicht mehr frei gewählt werden. Die amerikanische SAE-Norm sieht hingegen kein eigenes. genau definiertes Verfahren für die Abnahme-Prüfung vor. Für diesen Zweck wird als Alternative die Möglichkeit vorgesehen, die Untersuchung des Strahlmittels in der Prüfmaschine nach einer gewissen, vorher festzulegenden Zeitdauer, oder aber nach Erreichen einer zu vereinbarenden Anzahl Durchgänge abzubrechen. Eine Siebanalyse wird nur am Schluss nach Erreichen des festgelegten Endzustandes durchgeführt. Massgebend für die Beurteilung ist der Vergleich der Ergebnisse der Siebanalyse mit den bei früheren Lieferungen des gleichen Strahlmittels unter gleichen Bedingungen festgestellten Werten. Was die Verschleissfestigkeit anbelangt. so gilt die Gewährleistung als erfüllt, wenn der Gewichtsanteil an verschlissenem Strahlmittel gleich gross oder kleiner ist als bei früheren Lieferungen. Ergibt hingegen die Siebanalyse einen prozentual grösseren Gewichtsanteil an Material unterhalb der festgelegten Trenn­korn-Grösse, so empfiehlt die SAE-Norm die Vornahme einer vollständigen Strahlmittel-Prüfung und gegebenenfalls eine Beanstandung und Zurverfügungstellung der Ware.
       
    2. Prüfung auf «mittlere Lebensdauer» bei Totalverschleiss
      Die Untersuchung des Strahlmittel-Musters wird in der weiter oben beschriebenen Art und Weise durchgeführt. Aus den Ergebnissen der Siebanalysen werden die prozentualen Gewichtsanteile der oberhalb der Trennkorn-Grösse liegenden Kornfraktionen ermittelt. In einem rechtwinkligen Koordinaten-System werden diese Prozentwerte in Funktion der Anzahl Durchgänge aufgetragen (siehe Beispiel Abbil­dung 1). Die Prüfung wird weitergeführt bis zum Total--Verschleiss, das heisst bis sämtliche Körner des Musters die festgelegte Trennkorn-Grösse unterschritten haben. Neues ungebrauchtes Strahlmittel wird während der ganzen Un­tersuchung nicht hinzugefügt. Die im Koordinaten-System aufgetragenen Prozentwerte ergeben die Verschleiss-Kurve des untersuchten Strahlmittels. Die Ermittlung der «mittle­ren Lebensdauer» erfolgt am einfachsten auf graphischem Wege durch Planimetrie. Die Fläche unterhalb der Ver­schleisskurve wird hierzu in ein flächengleiches Rechteck umgewandelt, wie in Abbildung 1 angedeutet. Im englischen Sprachgebrauch wird für die «mittlere Le­bensdauer» die Bezeichnung «average life of an abrasive» verwendet. Im allgemeinen wird dieser in Anzahl Durch­gänge angegebene Kennwert als ausreichend angesehen, um das Verschleiss-Verhalten eines bestimmten Strahlmittels in einer Prüfmaschine zu umschreiben. Voraussetzung ist aller­dings eine möglichst vollständige Nennung aller Parameter. einschliesslich Angaben über die verwendete Prüfmaschine, Drehzahl des Schleuderrades, Abwurfgeschwindigkeit, Trennkorn-Grösse, Art und Material der Prallplatten usw. Einen wesentlich besseren Einblick in das Verschleiss-Ver­halten des untersuchten Strahlmittels vermittelt jedoch die vollständig aufgetragene Verschleiss-Kurve.
       
    3. Ermittlung der «mittleren Lebensdauer» durch Prüfung im Beharrungszustand
      Dieses Verfahren wird im englischen Sprachgebrauch als «Stabilized Loss Method» bezeichnet, da hier die Prüfserien in regelmässigen Intervallen wiederholt werden, bis ein Beharrungszustand erreicht ist, bei dem das Gewicht der Nachfüllungen von neuem Strahlmittel konstant bleibt. Bei der Prüfung im Beharrungszustand wird bei der Siebanalyse nach der ersten Serie von Durchgängen zusätzlich auch das Gewicht des verschlissenen Strahlmittel-Anteils ermittelt, das heisst derjenigen Fraktionen, die kleiner als die Trennkorn-Grösse geworden sind. Es wird sodann eine gleich grosse Menge neues noch nicht geprüftes Strahlmittel abgewogen und dem Rest der in Prüfung befindlichen Probe mit den Fraktionen oberhalb der Trennkorn-Grösse beigemischt. Gelegentlich wird deshalb diese Untersuchungsmethode auch als Nachfüll- oder manchmal als Nachsetz-Test bezeichnet. Die auf volles Ausgangsgewicht ergänzte Probe wird wiederum in die Prüfmaschine gegeben und einer zweiten Belastungsserie von genau gleicher Länge wie die erste Prüfung unterworfen. Es folgt eine neue Siebanalyse, und wiederum wird das Gewicht der Probe durch Hinzufügen von neuem ungebrauchtem Strahlmittel auf 100% des ursprünglichen Ausgangsgewichts ergänzt. Der Vorgang wiederholt sich nun immer wieder, bis ein Beharrungszustand erreicht wird, bei dem das Gewicht des in regelmässigen Abständen hinzugefügten neuen Strahlmediums konstant bleibt. Bei der Prüfung im Beharrungszustand ist es wesentlich, dass alle Belastungen in genau gleicher Art und vor allem auch mit genau gleicher Dauer durchgeführt werden müssen.
    Wheelabrator
    Abb. 1 A: Anlage im Prüffeld der Firma Wheelabrator-Allevard S.-A. in Goncelin (France) für die Untersuchung metallischer Strahlmittelsorten auf Verschleiß-Verhalten. Werkfoto: Wheelabrator-Allevard S.A. in Goncelin, Frankreich.

    Die «mittlere Lebensdauer» wird bei der Prüfung im Beharrungszustand rechnerisch aus untenstehender Formel ermittelt:

    zs • 100 (9)

    Es bedeuten:
    z = «mittlere Lebensdauer» der untersuchten Strahlmittelprobe, ausgedrückt in Anzahl Durchgängen durch die Prüfmaschine.
    z8 = Anzahl Durchgänge durch die Prüfmaschine bei jeder einzelnen Belastungs- Serie.
    p = Nachfüllgewicht nach Erreichen des Beharrungszustandes d. h. das dann nach jeder Belastungs-Serie hinzugefügte Gewicht Neustrahlmittel ausgedrückt in Prozenten des Anfangsgewichts der untersuchten Probe.

    Gegenüber der Untersuchung bei Totalverschleiss benötigt die Prüfung im Beharrungszustand einen wesentlich geringeren Zeitaufwand. Vor allem wird die Dauer der Beanspruchung der Prüfmaschine verkürzt. Bei der Siebanalyse kann man sich zudem an Stelle eines vollständigen Siebsatzes mit der Verwendung eines einzigen der Trennkorn-Grösse entsprechenden Siebes begnügen. Aus diesen Gründen wird in den USA als Abnahme-Prüfung die Ermittlung der «mittleren Lenbensdauer» nach Methode der Prüfung im Beharrungszustand empfohlen. Als Ergebnis steht zum Schluss, nur eine einzige Kennzahl, eben die «mittlere Lebensdauer» im Beharrungszustand zur Verfügung. Hingegen fehlt die wesentlich aufschlussreichere Verschleiss-Kurve des untersuchten Strahlmittels.

    Bei beiden Verfahren zur Ermittlung der «mittleren Lebensdauer» sowohl bei der Methode mit Totalverschleiss des Strahlmittels als auch bei der Prüfung im Beharrungszustand müssen zur vollständigen Kennzeichnung jeder Untersuchung alle erforderlichen Parameter angegeben werden. Hierzu gehören die Daten der verwendeten Prüfmaschine, Drehzahl des Schleuderrades, Abwurfgeschwindigkeit, Trennkorn-Grösse, Art und Material der Praliplatten usw. Zwei weitere Faktoren müssen noch erwähnt werden, da diese einen wesentlichen Einfluss auf die Untersuchungs-Ergebnisse haben können. Es hat sich gezeigt, dass der Abnützungszustand der Wurfschaufeln bei Prüfmaschinen einen wesentlichen Einfluss auf die resultierende Abwurfgeschwindigkeit des Strahlmittels ausübt. Auf Grund zahlreicher Untersuchungen ergaben sich bei stark abgenützten Schaufeln wesentlich geringere Abwurfgeschwindigkeiten gegenüber dem normalen Wurfschaufel-Zustand. Dies hat aber eine Verfälschung der Untersuchungsergebnisse zur Folge, indem bei geringerer Abwurfgeschwindigkeit zu hohe Kennwerte für das untersuchte Strahlmittel sich ergeben. Nicht nur der Zustand der Wurfschaufeln spielt eine Rolle. Dies trifft auch für den Zustand der Prallflächen zu. Die Verhältnisse sind hier jedoch wesentlich schwieriger zu erfassen, und Untersuchungen zu dieser Frage fehlen.

    Aus allen diesen Gründen empfiehlt die SAE-Norm deshalb im Laboratorium einen genügend grossen Vorrat eines als «Standard »-Qualität zu verwendenden Strahlmittels aufzubewahren. Von Zeit zu Zeit soll mit dieser «Standard»-Qualität ein Test zur Kontrolle des Zustandes der Prüfmaschine gefahren werden.


    Unterschiede zwischen den amerikanischen und den euro­päischen Verfahren zur Verschleiss-Prüfung von Strahlmitteln

    Es ist bereits erwähnt worden, dass die amerikanische SAE-Norm eine eigens für Abnahme-Versuche bestimmte Prüfung nicht kennt. Die in der schweizerischen Norm VSM 37 502 für diesen Zweck vorgeschriebene Ermittlung des K50-Wertes ist weder vorgesehen noch erwähnt. Für die Abnahme-Prüfung empfiehlt die SAE-Norm die Bestimmung der «mittleren Lebensdauer» gemäss der Methode der Prüfung im Behar­rungszustand. Die Ursachen dieser Unterschiede liegen in einer grundsätzlich anderen, mehr pragmatischen Beurteilung des Problems der Strahlmittel-Untersuchung in der Prüfmaschine. Aus amerikanischer Sicht kann die Wirtschaftlichkeit eines Strahlmittels nur auf Grund eines eigentlichen Betriebsver­suches beurteilt werden. Nur auf diesem Wege lassen sich auch die übrigen Faktoren wie zum Beispiel die Güte gestrahlten Werkstückoberfläche, die Strahlzeit, der Einfluss des Strahlmittels auf den Maschinenverschleiss miteinbeziehen. Die Bedeutung der Untersuchung auf Verschleissfestigkeit in der Strahlmittel-Prüfmaschine wird anderseits keineswegs unter­schätzt. Der Sinn und Zweck dieser Laboratorium-Versuche wird jedoch vor allem für die Qualitätsüberwachung sowie für Entwicklung und Forschung gesehen. Deshalb auch die For­derung nach möglichst weitgehender Betriebsnähe der Prü­fungs-Verfahren. Aber auch diese Forderung kann nurein be­schränktem Masse erfüllt werden. So arbeiten die Prüfma­schinen z.B. mit einem festen. nicht verstellbaren Aufprall­winkel des Strahlmittels. In einer Betriebsmaschine liegen jedoch von Fall zu Fall ganz verschiedene Auftreff-Verhält­nisse des Strahlmittels auf die Werkstückoberflächen vor. Diese werden überdies noch durch die Art der zu behandeln­den Stücke beeinflusst.

    Aus amerikanischer Sicht können für die Verschleissprüfung nur Methoden Verwendung finden, die das Verhalten aller beteiligten Kornfraktionen während ihrer ganzen Lebensdauer bis zum Erreichen der Trennkorn-Grösse berücksichtigen. Diese Voraussetzungen sind nur bei der Ermittlung der «mitt­leren Lebensdauer» gegeben. Kurz-Zeit-Versuche und die Verwendung eines Kn-Wertes werden deshalb abgelehnt, denn diese Methoden berücksichtigen nicht die ganze Lebensdauer des Strahlmittels, sondern nur den ersten Abschnitt dieser Zeitdauer.

    Anderseits beruhen die Verwendung des 50-Wertes und ähnlicher Kurz-Zeit-Methoden auf der Annahme eines ent­weder gradlinigen oder zum mindesten kurvensymetrischen Verlaufs der Verschleiss-Kurve. Nach der Ansicht ameri­kanischer Fachleute ist es aber in der Praxis nicht zu erwarten. dass irgendein Strahlmittel im Neuzustande eine Verschleiss-Kurve mit nahezu gradlinigem Verlauf aufzeigen würde. Im allgemeinen weisen Verschleiss-Kurven einen gekrümmten Verlauf auf. der allerdings oft als angenähert symetrisch be­zeichnet werden kann.


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

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