Kugelstrahlen vs. Sandstrahlen: Auswahl nach Verfahren, Bauteil und Oberfläche

Kugelstrahlen vs. Sandstrahlen bezeichnet die Wahl zwischen zwei trockenen Strahlverfahren, die sich hauptsächlich in der Beschleunigung des Strahlmittels unterscheiden: Es geht nicht nur um Stahlkugeln gegenüber Sand. Beim Vergleich der beiden gängigen trockenen Verfahren zur Zuführung von Strahlmitteln schleudert das Schleuderrad das Strahlmittel durch Zentrifugalkraft, während beim Druckluftstrahlen das Strahlmittel im freien Strahl aus einer Düse beschleunigt wird – beide Verfahren sind ungeeignet, wenn Fragen der Werkstückaufnahme oder Produktivität falsch priorisiert oder die Exposition des Bauteils und die akzeptierten Ergebnisse missverstanden und unterschätzt werden, wie es hier der Fall ist.

Dieser Leitfaden für Ingenieure, Qualitätsteams, Werksleiter und Beschaffungsmitarbeiter vergleicht Schleuderrad- und Druckluftstrahlen. Angaben zu Geschwindigkeit, Energierückgewinnung, Amortisation oder Gesamtbetriebskosten werden nicht gemacht, da keine öffentlichen Daten fundierte Vergleiche ermöglichen, bei denen Bauteile, Strahlmittel, Steuerungen, Handhabung, Versorgung, Staub, Filter, Arbeitsstunden, Nachbearbeitung nach dem Strahlen oder Kriterien einheitlich festgelegt wurden.

Kugelstrahlen vs. Sandstrahlen: die Kurzantwort

Kugelstrahlen vs. Sandstrahlen: die Kurzantwort — Aubrik

Beim trockenen industriellen Strahlen liegt der Hauptunterschied in der Beschleunigung. Beim Kugelstrahlen wird das Strahlmittel im Strahlprozess durch die Zentrifugalkraft eines Schleuderrads oder von Schaufelrädern beschleunigt. Beim Druckluftstrahlen wird das Strahlmittel durch Druckluft aus einer Düse in den freien Strahl befördert. Suchanfragen können “sandblasting” und “sand blasting” als unterschiedliche Begriffe ausgeben, doch da Strahlmittel und Treibmedium nicht dasselbe sind, beschreiben “shot” oder “sand” den gesamten zweiteiligen Vorgang häufig nur unzureichend. Unabhängig davon, ob nach Kugelstrahlen vs. Sandstrahlen, Sandstrahlen und Kugelstrahlen oder Sandstrahlen vs. Kugelstrahlen gesucht wurde, erläutert dieser Leitfaden den Unterschied und grenzt Kugelstrahlen, Sandstrahlen und Verfestigungsstrahlen nach ihrer Funktion statt nach ihrer Bezeichnung voneinander ab; Strahlverfahren werden häufig nach dem Strahlmittel benannt, obwohl die Unterschiede zwischen diesen drei Verfahren tatsächlich auf Zielsetzung und Beschleunigungsart beruhen. Im Vergleich zum Sandstrahlen und trockenen Strahlen wird das Nassstrahlen gemäß der OSHA-Definition für Strahlarbeiten als eigenständiger Weg mit einem eigenen Behandlungsverfahren betrachtet: Einige Nassstrahlanlagen verwenden Wasser, wodurch sich die Oberfläche nach dem Sandstrahlen gegenüber einem trockenen Verfahren verändert.

EntscheidungskriteriumTrockenes SchleuderradstrahlenTrockenes Druckluftstrahlen
BeschleunigungSchleuderradDruckluftdüse
ZugänglichkeitDem festgelegten Strahlbild müssen alle zu bearbeitenden Flächen ausgesetzt werdenDie Düse kann auf lokale oder vertiefte Bereiche gerichtet werden
Eignung für die FertigungHäufig in eine reproduzierbare Handhabung integriertHäufig für flexible oder örtlich begrenzte Arbeiten gewählt
Erforderlicher NachweisAbdeckungs- und Abnahmeprüfung mit repräsentativen BauteilenAbnahmeprüfung mit Düse, Strahlmittel, Grundwerkstoff und Expositionsbedingungen

Ohne Kenntnis der Aufpralleigenschaften des Strahlmittels, der Bauteilgeometrie, der gewünschten Oberfläche, der Bearbeitungsziele, der verfügbaren Ausrüstung und Umgebungsbedingungen sowie der Anforderungen an Handhabung und Strahlmittel gibt es keine richtige Antwort. Bei Unsicherheiten muss die Antwort durch einen Versuch und nicht durch Vermutungen ermittelt werden.

Wichtigste Erkenntnis

Das bessere Strahlverfahren ist dasjenige, das zugleich zum Bauteil, zum Werk und zur Abnahmespezifikation passt.

Wie die Verfahren das Strahlmittel beschleunigen

Wie die Verfahren das Strahlmittel beschleunigen — Aubrik

Die Mechanismen, mit denen beim Schleuderradstrahlen kinetische Energie auf das Strahlmittel übertragen wird, unterscheiden sich von denen, mit denen ein Druckluftstrahlverfahren das Strahlmittel beschleunigt. Dies beeinflusst die Konstruktion der Einhausung, den Werkstofftransport, die Strahlmittelrückgewinnung, den Zugang für die Instandhaltung und den Versorgungsbedarf. Keines der Verfahren bestimmt jedoch für sich allein, wie wirksam Strahlmittelart, Zustand des Strahlmittels, Aufprallbedingungen und Eigenschaften des Grundwerkstoffs beim Aufprall zusammenwirken, um das spezifizierte und durch einen Nachweis zu bestätigende Oberflächenprofil zu erzielen.

Prozessweg beim Schleuderrad
  • Ein dosierter Strahlmittelstrom gelangt auf rotierende Schaufeln.
  • Die Position des Schleuderrads erzeugt ein definiertes Strahlbild.
  • Spannvorrichtungen oder Förderanlagen führen die Oberflächen durch dieses Strahlbild.
  • Rückgewinnung und Abscheidung ermöglichen die wiederholte Umwälzung.
Prozessweg bei der Druckluftdüse
  • Luft fördert das dosierte Strahlmittel in einen Schlauch.
  • Düsengeometrie und Druck beeinflussen die Partikelgeschwindigkeit.
  • Arbeitsabstand, Winkel und Verfahrweg bestimmen die Aufprallrichtung.
  • Die Rückgewinnung hängt von der Einhausung und der Systemauslegung ab.

Bestimmte Maschinen werden im Leitfaden zu den Bauarten von Kugelstrahlmaschinen und in einer Erörterung der Strahlmittelarten ausführlich beschrieben. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass einige Maschinenkategorien, beispielsweise die im Beitrag zum Strahlen unter Verwendung hydraulisch geförderter Strahlmittel behandelten Anlagen, nicht Gegenstand dieser Erörterung sind, wenn diese lediglich als Beschreibung eines “Trockenverfahrens” verstanden werden könnte.

Bei allen Vergleichen muss nach dem Zweck des Verfahrens unterschieden werden: Dient es der Reinigung oder der Erzeugung eines Oberflächenprofils? Oder umfasst die Aufgabe das Entfernen von Walzhaut, jedoch ohne Erzeugung eines Profils, und dient damit beispielsweise dem Entfernen von Farbe für eine Beschichtung, ohne über die beim Aufprall entstehende Wirkung hinaus eine Oberflächenbehandlung zu hinterlassen? Sie darf dann nicht zugleich als eine Art Verfestigungsstrahlen spezifiziert werden, da dies eine eigenständige Funktion ist.

Wann Schleuderradstrahlen zum Fertigungssystem passt

Wann Schleuderradstrahlen zum Fertigungssystem passt — Aubrik

Unter Berücksichtigung dieses Unterschieds bei der Beschleunigung sollte das Schleuderradstrahlen vor allem dann eingesetzt werden, wenn eine beständige Familie vergleichbarer Bauteile in einer Fertigungsstätte oder einem eingehausten Bearbeitungsbereich automatisiert und gleichmäßig nach einem definierten Strahlbild bearbeitet wird. Auch beim Schleuderradstrahlen können größere Strahlmaschinen und höhere Nenngeschwindigkeiten eine mangelhafte bis unzureichende Bauteilführung und Einhausung in einem Bearbeitungsbereich, der nicht sachgerecht für solche Anwendungen ausgelegt wurde, nicht auf magische Weise ausgleichen.

StatusNachweisMaßnahme des Käufers
GeeignetAlle erforderlichen Flächen gelangen in ein aufrechterhaltenes Strahlbild; Handhabung und Takt sind reproduzierbar.Mit der repräsentativen Produktfamilie validieren.
Versuch erforderlichÄnderungen der Ausrichtung, gemischte Querschnitte oder dünne Bauteile könnten die Exposition oder Verformung beeinflussen.Flächen erfassen und das ungünstigste Bauteil prüfen.
AusschlusskriteriumInnenflächen, Sacklöcher oder abgeschattete Bereiche bleiben außerhalb des Schleuderrad-Strahlbilds.Bauteilführung ändern oder ein gezielt ausgerichtetes Düsenverfahren prüfen.

Eine vollständige Anleitung zur Bearbeitung solcher Werkstoffe mit Schleuderrädern enthält der Fabricator-Leitfaden zum industriellen Schleuderradstrahlen. Bei industriellen Schleuderrad-Strahlanlagen für Stahlkonstruktionen werden außerdem die komplexeren Anwendungen im Stahlbau nach erfolgter Qualifizierung näher betrachtet, sofern sich das Schleuderrad oder ein vergleichbares Strahlverfahren als geeignet erweist.

Für einen Musterversuch muss der Teilesatz die kleinsten und größten, die schwersten und dünnsten sowie die kompliziertesten Komponenten umfassen. Schätzen Sie den Erfolg nicht aus dem Stegreif: Prüfen Sie jedes einzelne Teil, bevor es ausgesondert oder nachgebessert wird. Erfassen Sie außerdem, wie lange die Bearbeitung eines Bauteils dauert. Ein aussagekräftiger Vergleich berücksichtigt die Gesamtzahl der vom Start an abgenommenen Teile sowie die Be- und Entladezyklen und nicht nur die Zeit in der Strahlkabine.

Welche Nachteile hat das Kugelstrahlen?

Die Nachteile lassen sich nicht auf einen einzigen Geschwindigkeits- und Preiswert reduzieren. Ein Schleuderradsystem erfordert grundsätzlich die Aufnahme und Führung der Bauteile, die interne Bewegung des Strahlmittels, das Abblasen dieses Strahlmittels nach dem Strahlen, die Überwachung des Strahlmittels, die Zugänglichkeit der Bauteile für Instandhaltung und Reinigung sowie das Entfernen verbrauchten Strahlmittels aus der Maschine und eine integrierte Werkstoffhandhabung. Verdeckte Merkmale würden wahrscheinlich unbearbeitet bleiben.

Sehr dünne und leicht verformbare oder beschädigbare Komponenten erfordern häufig besondere Schweißanweisungen und eine “kontrollierte” Versuchsbeaufschlagung, allein um zu bestätigen, dass sie sich nicht durchgebogen und keinen unerwünschten Querschnitt entwickelt haben. Diese scheinbar negativen Eigenschaften eines “realen” Bauteils können eine “schnelle” Roboterzelle leicht zum geschwindigkeitsbegrenzenden Engpass machen, nur weil zuvor kein Muster zur Prüfung in die Fertigungslinie eingeschleust wurde.

Wann Druckluftstrahlen besser geeignet ist

Wann Druckluftstrahlen besser geeignet ist — Aubrik

Die relative Schwäche des Druckluftstrahlens wird deutlich, wenn die Anwendung eine präzise Zuführung, örtlich begrenzte Bearbeitung und häufig wechselnde Neupositionierungen von Werkstücken mit möglichen Problemen durch ein unabhängiges “variables Medium” erfordert. Obwohl dabei weiterhin Regelungen erforderlich sind (siehe auch eingehauster Strahlmittelstrom und für die Beschichtung vorbereitete Oberflächen) und einzelne Komponenten nach wie vor durch Verformung und übermäßige Bearbeitung der Beschichtungsbestandteile gefährdet sind, ergeben sich dadurch insbesondere bei Musterarbeiten einige Möglichkeiten.

Geeignete Versuchskomponenten können geschweißte Konstruktionen mit vielen Ecken, Kerben, inneren Hohlräumen oder einfach zahlreichen unterschiedlichen Ausrichtungen der Bauteiloberflächen sein. Das Verfahren eignet sich außerdem zum Nachweis der Oberflächenqualität von Muster- oder Prototypenteilen mit veränderlichen und regelbaren Parametern für Druck, Düsengeschwindigkeit, Strahlmittel und Ausrichtung. Aus seiner Einstellbarkeit darf jedoch nicht geschlossen werden, dass es grundsätzlich für jedes Bauteil sicher ist. Eine Protokollierung der Daten ist erforderlich.

Auch ein flexibler Arbeitsablauf benötigt reproduzierbare Parameter. Für Düsenstandzeit, Bewegung des Werkstückpositionierers, Position und Ausrichtung, Abdeckung des Arbeitsbereichs, Prozessleistung, Zustand und Verunreinigung der eingehenden Bauteile, zulässige Rückstände auf jeder gereinigten Oberfläche sowie Prüfbereiche müssen eindeutig bestimmbare Kennwerte vorliegen.

Was sind die wichtigsten Parameter beim Sandstrahlen?

Machen Sie genaue Angaben. Anzugeben sind Düsenwerkstoff, Druckeinstellung und Luftmassenstrom einschließlich der tatsächlich daraus resultierenden Bewegung des Werkstückpositionierers sowie deren Zustand; Werkstoffgüte und Zuführung der Beschichtung; Abstand zwischen Bediener und Werkstück; Auftreffwinkel beim Strahlen; Art der Verfahrbewegung, Qualität des eingehenden Bauteils und eine gegebenenfalls vorgenommene Oberflächenvorbereitung; zu bearbeitende Stellen der Bauteile und deren Sauberkeit gemäß einer Referenznorm oder einem Referenzwert. Jede gewählte Beschichtung und Betriebsumgebung kann dieses Kriterium erfüllen, doch das Optimum für eine Anwendung kann für eine andere völlig ungeeignet sein.

Das Ziel der Staubreduzierung führt häufig zu Alternativen, auch wenn manche ein trockeneres Verfahren und das Entfernen von Beschichtungen bevorzugen, sofern die Staubabscheidung die gewünschten Reduzierungsparameter erreicht oder übertrifft. Beispielsweise stehen wir oft vor einem direkten Vergleich trockener Alternativen und lassen andere Möglichkeiten außer Acht, wenn die Staubreduzierung das Ziel #1 ist – etwa die von OSHA in den Gefahrenhinweisen für Strahlarbeiten genannten Alternativen für das Strahlen. (Dazu gehören Nassstrahlen und Wasserhochdruckstrahlen mit all ihren Abwägungen sowie einigen neuen und vergleichbaren Risiken).

Strahlmittel, Wiederverwendung und Oberflächenergebnis

Strahlmittel, Wiederverwendung und Oberflächenergebnis — Aubrik

Die Auswahl des Strahlmittels ist stets problematisch und kann selbst bei sehr ähnlichen Verfahren je nach Werkstoffzusammensetzung, Morphologie und Oberflächenzustand einschließlich Verunreinigungen und Zerfallseigenschaften Einfluss nehmen. Stellen Sie sicher, dass jedes vom Lieferanten empfohlene Strahlmittel – beispielsweise Stahlkugeln, Stahlkies oder Aluminiumoxid – hinsichtlich Geschwindigkeit und Qualitätsergebnis mit derselben Beschleunigungsart (Schleuderrad oder anderer Mechanismus) nachgewiesen wird, die für den endgültigen Kauf vorgesehen ist. Die Bezeichnung eines Verfahrens als “Kugelstrahlen” und des anderen als “Sandstrahlen” verdeckt Variablen, die die Oberflächengüte verändern oder zum Gegenteil des erwarteten Oberflächenergebnisses führen können. Neben Stahlkugeln, Stahlkies und Aluminiumoxid werden beim Sand- und Kugelstrahlen unter anderem Glasperlen und Walnussschalen eingesetzt, deren unterschiedliche mechanische Eigenschaften beeinflussen, wie das Strahlverfahren bei der Oberflächenreinigung im Vergleich zu einer intensiveren Oberflächenbehandlung wirkt. Ein auf Stahlkugeln oder Stahlkies beruhendes Strahlverfahren trifft anders auf die Metalloberfläche als ein Verfahren mit Sandpartikeln, und gebrauchter Sand oder bereits verwendete Sandpartikel verhalten sich bei ihrer zweiten Verwendung beim Sandstrahlen anders.

StrahlmittelmerkmalWarum es die Entscheidung beeinflusstAnzufordernder Nachweis
Art, Form und GrößenverteilungVerändert das Aufprallverhalten und das Profil.Strahlmittelspezifikation und Zustand des Musters.
Betriebsgemisch und FeinanteileVerändert das aufrechterhaltene Strahlbild und das Ergebnis.Nachfüll- und Ausscheideregel; Prüfung des Abscheiders.
Grenze der WiederverwendungRückgewonnenes Material ist nicht automatisch wiederverwendbares Material.Rückgewinnung, Wiederverwendung, Nachfüllrate und Abfall separat definieren.
VerunreinigungKann Exposition, Abfall und Abnahme der Beschichtung beeinflussen.Probenahmeplan für neues und verbrauchtes Strahlmittel.

Bei Beschichtungsanlagen mit Kreislaufführung ist das Betriebsgemisch eindeutig zu definieren, statt lediglich ungebrauchtes Strahlmittel freizugeben. OSHA stellt dies auch in Norm 1910.94 klar und unterscheidet zwischen der Absaugung bei der Entfernung von Beschichtungen aus der Arbeitsumgebung sowie der Abscheidung und Wiederverwertung von Strahlmittel und Beschichtung. Abgeschiedener Beschichtungsstaub muss als eigener Prozessschritt behandelt werden und darf nicht in Verfahren zur ausreichenden Entfernung belasteter Luft aus dem Arbeitsbereich integriert werden oder diese ersetzen. Diese Unterschiede können die Ergebnisse von Betriebs- und Beschichtungsproduktdaten, Reparaturverfahren und Maßnahmen zum Schutz der Arbeitsumgebung beeinflussen.

Auf einer öffentlichen Seite von “Aubrik” wurde für ein Produkt eine tatsächlich verwirrend veröffentlichte Reihe von Rückgewinnungsquoten für Strahlmittel angegeben. Obwohl die Prozentwerte angeblich für bestimmte Bedingungen an festgelegten Werkstoffen galten, waren ihre Bezugsgrundlagen zu vage, uneinheitlich und nicht präzise festgelegt; deshalb wurden sie gelöscht und aus dem Haupttext dieses Dokuments entfernt. Lieferanten sollten Angaben wie (verwendete Menge/Gesamtmenge) sowie eine Spezifikation der Betriebsbedingungen und ein angegebenes Grenzkriterium für die Beschichtung liefern, bei dessen Überschreitung sie aus dem Prozess ausgeschieden wird.

Sauberkeit nicht mit dem Oberflächenprofil verwechseln

Sauberkeit nicht mit dem Oberflächenprofil verwechseln — Aubrik

Oberflächensauberkeit und Oberflächenprofil sind innerhalb der Spezifikation für die Oberflächenbehandlung häufig zwei unterschiedliche Prüffragen. Das Konzept einer klassifizierten Sauberkeitsstufe berücksichtigt weder Staubmenge, Dicke/Art der Ablagerung, Menge löslicher Stoffe usw. noch den nächsten zulässigen Zeitpunkt für die Behandlung von Korrosion durch eine Beschichtung. Käufer müssen “lackierfertig sauber” in 2 separate Abnahmeanforderungen aufteilen. Dazu gehören: Schweißanweisung, Grenzwerte, Referenzmuster und Verantwortlichkeit des Prozessverantwortlichen.

Die Abnahmekriterien für das Strahlen
EbeneProjektmerkmalVorgehen zum AbschlussVerantwortlicher
Visuelle SauberkeitNorm und Ausgabe; erforderlicher ReinheitsgradBenanntes visuelles Verfahren und ProbenahmestellenBeschichtungsspezifikation / Qualität
OberflächenprofilErforderlicher Geltungsbereich und EinheitBenanntes Messgerät oder ReplikaverfahrenQualität
StaubVerfahren und AbnahmeklassePrüfung nach der abschließenden ReinigungQualität / Fertigung
Lösliche VerunreinigungenVerfahren und ProjektgrenzwertErfasste Risikobereiche prüfenBeschichtungsspezifikation / Qualität

Bei AMPP ist SSPC-SP 10/NACE No. 2-2024 in Kraft und überarbeitet. Beachten Sie, dass die Anforderungen an die sichtbare Sauberkeit die gesonderten Vorgaben für das Profil und nicht sichtbare Verunreinigungen weder ersetzen noch außer Kraft setzen. Enthält die Projektspezifikation hierzu keine Angaben, müssen das Produktdatenblatt der Beschichtung und der verantwortliche Spezifikationsgeber diese Lücke schließen.

Grenzen für Sicherheit, Einhausung und Konformität

Grenzen für Sicherheit, Einhausung und Konformität — Aubrik

Das Vorhandensein von Strahlmitteln bei unvollständiger Einhausung ist kein Nachweis für Sicherheit und Konformität. Da wir diese Arbeiten ausführen, können wir ermitteln, welche Stoffe sich in der Luft befinden, wer betroffen sein kann, wie die Schutzmaßnahmen funktionieren und wie mit Abfallprodukten umzugehen ist. Die Arbeit selbst hängt vom Standort, vom Werkstoff, von der Tätigkeit und von den geltenden Gesetzen ab.

Gefährdungsprüfung anhand von vier Quellen
Potenzielle QuelleFrage vor der AuswahlNachweisverantwortlicher
GrundwerkstoffWelche Bestandteile können in den Staub gelangen?Arbeitgeber / Arbeitshygiene
Entfernte Beschichtung oder VerunreinigungWas wird aufgebrochen und entfernt?Anlageneigentümer / Sicherheitsteam
Neues StrahlmittelWas ergeben seine Sicherheitsinformationen und seine Zusammensetzung?Lieferant / Arbeitgeber
Zuvor verwendetes StrahlmittelWelche Verunreinigungen können durch die Wiederverwendung zurückgeführt werden?Verantwortliche für Fertigung / Sicherheit / Abfall

Beispielsweise berücksichtigt die OSHA-Leitlinie für Werften auch Hilfskräfte und Reinigungspersonal als Personen innerhalb des möglichen Gefahrenbereichs um die Düse und nicht nur den Bediener. Das von NIOSH beschriebene Beispiel einer Einhausung verdeutlicht ebenfalls, dass die Einhausung eines Arbeitsbereichs nicht immer eine Lösung darstellt, die eine tätigkeitsspezifische Überwachung oder Überprüfung der Schutzmaßnahmen ersetzen kann.

OSHA 1910.94 behandelt brennbare organische Strahlmittel und Bedingungen, unter denen entzündliche oder explosive Staubgemische vorhanden sein können, gesondert. Prüfen Sie dieses Thema vor der Auslegung von Anlage und Absaugung. Die richtige Reaktion besteht in einer qualifizierten standortspezifischen Planung und nicht in allgemeinen Vorschriften zu Verkabelung, Erdung oder Explosionsschutz, die in einen Anlagenartikel kopiert werden.

Legen Sie die Verantwortlichen für die einzelnen Bereiche vor der Freigabe von Angeboten fest. Die Fertigung kann Arbeitsablauf und Reinigungsweg bestimmen; die Qualitätssicherung kann die Abnahme der Oberflächen festlegen; die Instandhaltung kann Zugang und Wartung des Staubabscheiders bestimmen; der Sicherheitsverantwortliche kann Exposition und Staubbeladung beurteilen; der Abfallverantwortliche kann Fragen zu Einstufung, Lagerung, Transport und Entsorgung klären.

Haftungsausschluss (Hinweis für die Website) Hinweis zum Anwendungsbereich; dies ist ein Beschaffungsdokument für die USA, keine Sicherheitsrichtlinie, kein Expositionsdokument und keine zugelassene Ausrüstung. Qualifizierte Sicherheitsfachkräfte müssen entscheiden, welche Vorschriften und Maßnahmen für Ihren Betriebsstandort gelten

Gesamtprozesskosten statt Preis pro Stunde vergleichen

Gesamtprozesskosten statt Preis pro Stunde vergleichen — Aubrik

Ein Stundensatz für Strahlarbeiten oder ein Anlagenangebot ist nur aussagekräftig, wenn für beide Alternativen dieselbe Systemgrenze gilt. Vereinheitlichen Sie vor der finanziellen Bewertung den Anwendungsbereich für Anlage und Ersatzteile, Versorgung, Personal, Strahlmittel, Handhabung, Instandhaltung, Konformität, Stillstandszeiten, Ausbesserung und Nacharbeit bis zur Abnahme. Andernfalls kann im günstigsten Angebot etwas fehlen. Angebote für installierte Anlagen sollten die von OSHA 1910.94 für Strahlarbeiten geforderten Einrichtungen für Einhausung, Abscheidung und Absaugung bereits berücksichtigen und nicht nur einen Preis für die Basismaschine nennen, zu dem diese Systeme nachträglich hinzugerechnet werden.

KostenpositionErforderlicher AusgangswertVergleichsregel
Installierte AnlageLieferumfang und Ausschlüsse des LieferantenEinhausung, Abscheidung, Rückgewinnung, Steuerungen und Inbetriebnahme einbeziehen
VersorgungsmedienGarantierter Betriebsbedarf zuzüglich Tarif des KäufersStrom und Druckluft getrennt erfassen
Direkte ArbeitskostenBeobachtete Tätigkeiten und Lohnbasis des KäufersBeladen, Ausrichten, Prüfen und Reinigen einbeziehen
StrahlmittelVersuchsaufzeichnungen zu Nachfüllung, Ausscheidung und EntsorgungNicht durch eine pauschale Rückgewinnungsquote ersetzen
BauteilhandhabungZeitlich erfasstes Beladen, Ausrichten und EntladenSpannvorrichtungen, Puffer und Hebevorgänge berücksichtigen
InstandhaltungLieferantenplan, Verschleißteile und Arbeitsaufwand des KäufersGleiche Annahmen zur Verfügbarkeit vergleichen
Stillstandszeit und AusbesserungBeobachtung an repräsentativen BauteilenZeit je abgenommenem Gutteil statt reiner Strahlzeit verwenden
QualitätsverlustAusgangswerte des Käufers für erneutes Strahlen, Ausschuss und Nacharbeit der BeschichtungFür beide Optionen dieselben Abnahmekriterien verwenden

Schätzen Sie eine Amortisation niemals anhand allgemeiner “Marktdurchschnittswerte”; verwenden Sie die eigenen Tarife, Lohnsätze, Teilemischungen, Gutteilquoten, Wartungsverträge und Ausgangswerte für nachgelagerte Nacharbeit des Käufers. Bevor dem Finanzteam eine Rentabilitätsanalyse vorgelegt wird, sollte ein Versuch mit einem “realen Bauteil” (repräsentativen Bauteil) bei vergleichbaren Eingangsbedingungen durchgeführt werden.

Das 6-Beschränkungen-Modell verwenden: das Eignungsfenster des Strahlverfahrens

Das 6-Randbedingungen-Modell nutzen: das Eignungsfenster für Strahlverfahren — Aubrik

Im Folgenden werden die Fragen nach dem Muster „Was ist besser?“ als sechs voneinander abhängige Randbedingungen des Eignungsfensters für Strahlverfahren neu eingeordnet. Kennzeichnen Sie jede davon als „Geeignet“, „Versuch mit einem repräsentativen Werkstück erforderlich“ oder „Ausschlusskriterium“. Prozessverbesserungen müssen sich in jeder kritischen Spalte auf Nachweise stützen; ein versteckter Engpass kann oberflächliche Verbesserungen bei Ausbeute, Flexibilität oder Kosten zunichtemachen. Die nachstehende Randbedingung zu Gefährdung und Einhausung stützt sich unmittelbar auf die bereits unter OSHA 29 CFR 1910.94 behandelte Abgrenzung des Expositionsbereichs.

Das Eignungsfenster für Strahlverfahren
RandbedingungFrage zum versteckten EngpassFreigabenachweis
Geometrie und ZugänglichkeitErreicht das Verfahren jede spezifizierte Fläche?Erfasstes ungünstigstes Werkstück und Prüfung nach dem Strahlen
Durchsatz und HandhabungWird der Takt durch Beladung, Ausrichtung oder Nacharbeit überschritten?Zeitlich erfasster Gutteilversuch einschließlich Handhabung
Reinheit und OberflächenprofilKann eine einzige Einrichtung sämtliche Abnahmekriterien erfüllen?Benannte Verfahren, Grenzwerte, Proben und Ergebnisse
Gefährdung und EinhausungWas und wer befindet sich innerhalb des Expositionsbereichs?Standortbeurteilung und verifizierter Schutzmaßnahmenplan
Rückgewinnung und AbfallWas ist wiederverwendbar, zurückzuweisen oder als regulierter Abfall einzustufen?Definitionen, Abscheideregel, Probe und Entsorgungsweg
Nachgelagerte BeschichtungBleibt die vorbereitete Oberfläche bis zur Beschichtung abnahmefähig?Beschichtungsdatenblatt, Übergabezeitfenster und Endprüfung

Nutzen Sie das Ergebnis als Entscheidungsweg und nicht als Punktwettbewerb. Ein kritisches Ausschlusskriterium verwirft die Option. Eine kritische Unbekannte löst einen Versuch aus. Erst ein vollständiger Nachweissatz erlaubt einen kaufmännischen Vergleich.

Bei der Übergabe an den Einkauf sollten der Status sämtlicher Randbedingungen, der Verantwortliche für die Nachweise sowie das Ereignis oder Datum angegeben werden, zu dem die Voraussetzungen für den Abschluss erfüllt sind. Die Finanzabteilung erhält weniger als Tatsachen ausgegebene Annahmen, während Qualität und Produktion weiterhin berechtigt sind, eine nicht akzeptable beziehungsweise nicht innerhalb der Werksgrenzen geeignete Option abzulehnen.

Eine RFQ verfassen, die die Entscheidung absichert

Eine RFQ verfassen, die die Entscheidung absichert — Aubrik

Die RFQ sollte Anbieter von Schleuderrad- und Druckluftstrahlanlagen dazu verpflichten, dieselbe Aufgabe zu lösen. Allen müssen dieselben Angaben zu Werkstück, Zustand, Ziel, abgenommenen Oberflächen, Werksgrenzen, Gefahrenquellen, Betriebsmedien und gemeinsamen Prüfverfahren vorgelegt werden, damit Preis, Lieferung oder Nennleistung auf einer einheitlichen Grundlage verglichen werden können.

Kopieren Sie das bereitgestellte Strahltechnik-RFQ-Nachweispaket und fügen Sie es in Ihre RFQ ein. Jedem Listeneintrag muss ein projektspezifischer Wert oder Bereich zugewiesen werden, da es keine Standardeinstellungen gibt.

RFQ-Prüfliste — in die Angebotsanfrage übernehmen:

ParameterEmpfohlener BereichWarum dies wichtig istSo wird es verifiziert
Werkstückabmessungen und GewichtProjektspezifisches Minimum bis Maximum für L × W × H in mm; Masse in kgLegt Zugänglichkeit, Handhabung und Maschinengrenzen festZeichnungen und Muster für den ungünstigsten Fall
AnlieferungszustandProjektspezifischer Mindest- bis Höchstzustand hinsichtlich Rost, Zunder, Beschichtung und VerunreinigungGewährleistet die Vergleichbarkeit von Muster- und ProduktionschargenFotografien, Muster und schriftlich definierte Zustandsklassen
GutteilrateErforderliche abgenommene Teile/h über eine Schicht von hVerhindert, dass Nacharbeit durch den Nenndurchsatz verdeckt wirdZeitlich erfasster Versuch unter Zeugen
Reinheit und OberflächenprofilProjektbezogene Reinheitsklasse; Mindest- bis Höchstprofil in µm oder milVerknüpft das Strahlen mit der BeschichtungsabnahmeBenannte Prüfverfahren und Probenplan
StrahlmittelzustandSpezifizierter Typ/spezifizierte Größe; Zugabe in kg/h; AusscheideregelMacht Definitionen für Wiederverwendung und Abfall vergleichbarStrahlmittelprobe und Abscheiderprüfung
BetriebsmedienVom Lieferanten angegebene kW; Luft in m³/min bei kPa oder barZeigt den installierten Betriebsbedarf aufGarantierte Betriebsmedienaufstellung
Gefährdungs- und ExpositionsbereichStandortspezifisch definierte Werkstoffe, Rollen, Verfahren und geltende GrenzwerteVerhindert, dass eine Einhausung als Sicherheitsnachweis giltSicherheitsprüfung und arbeitsspezifischer Überwachungsplan
Werks- und StandortabnahmeProjektspezifische Probenanzahl, Prüfstellen, Haltepunkte und AbhilfemaßnahmenSichert die Entscheidung nach der Bestellung abUnterzeichnetes Protokoll und aufbewahrte Ergebnisse

Die Anbieter sollten aufgefordert werden, Ausschlüsse und Annahmen unmittelbar im Nachweispaket selbst zu kommentieren. Das stärkste Angebot zeichnet sich nicht durch die geringste Zahl an Zusicherungen aus, sondern dadurch, dass diese vor der Auftragsvergabe sichtbar und überprüfbar sind und einer kaufmännischen Verantwortung unterliegen. Die Zeile zum Gefährdungs- und Expositionsbereich sollte jeden Bieter auf denselben, bereits zur Festlegung der Sicherheitsgrenzen dieses Projekts verwendeten Rahmen nach OSHA 1910.94 verweisen und nicht auf eine allgemeine, zwischen Angeboten kopierte Sicherheitserklärung.

Integrations- und Betriebsmedienanforderungen

Integrations- und Betriebsmedienanforderungen — Aubrik

Über die RFQ hinaus muss die Eignung des Verfahrens mit der Eignung für den Betrieb einhergehen: Ist sichergestellt, dass Stromversorgung, Druckluft, Abmessungen, Aufstellfläche/Höhe, Ladevorrichtung, Fördertechnik-Schnittstelle, Abfallentsorgung, Entstaubungsanlage, Abluftführung, Steuerung, Instandhaltungszugang, Entsorgungslogistik und Übergabe an die Beschichtung zu Ihrem System passen?

Bei Projekten zur Linienauslegung muss die Strahlzelle innerhalb Ihrer integrierten H-Träger-Fertigungslinie angeordnet werden: nicht als Einzelmaschine. Prüfen Sie anhand des Leitfadens zu Materialfluss und Layout in Stahlbauwerkstätten die Verkehrswege, Pufferflächen, Hebezeuge und Instandhaltungsflächen der Werkhalle und setzen Sie den Werkstückdurchsatz mit dem vorgelagerten Ausrichten und Zusammenbauen von H-Trägern in Beziehung.

Wenn Ihre Gefährdungsbeurteilung auf brennbares Material (Staub) hinweist, müssen Sie bei der Bestellung gegebenenfalls eine geeignete Bereichsauslegung und Abluftführung in den Anwendungsbereich aufnehmen. Eine Entstaubungsanlage wird leicht als einfach anzuschließende Einheit betrachtet, ihre Platzierung, Handhabungsanforderungen, Entsorgungslogistik und Schnittstelle zu von Personen genutzten Bereichen tragen jedoch unmittelbar zum Risiko bei.

Bei der gemeinsamen Integration und Festlegung der Verantwortlichkeiten müssen die vorgelagerte Freigabe, Pufferkapazität, Zuführrichtung des Strahlmittels, Ausgabestelle freigegebener Werkstücke, Haltepunkte für nachfolgende Prüfungen, Führung zurückgewiesener Werkstücke, Übergabestelle freigegebener Produkte, Absperrung der Ausgangsmaterialzufuhr, Maschinenzugänglichkeit (insbesondere zum Ausbau bei der Instandhaltung) sowie die Verfahren zur Handhabung, Sammlung und Entsorgung von Rückständen und Staub berücksichtigt werden. Eine Zeichnung des Werkslayouts ist erst vollständig, wenn bestätigt wurde, dass sie für Menschen, Werkstoffe und die zum Betrieb und zur Instandhaltung Ihrer Anlage benötigte Wartungs- und Serviceausrüstung geeignet ist.

Häufig gestellte Fragen

Nachdem Verfahrens- und Betriebseignung sowie das RFQ-Paket behandelt wurden, vervollständigen einige wiederkehrende Leserfragen das Bild, unabhängig davon, ob es um Schleuderstrahlen und Sandstrahlen, Sandstrahlen und Schleuderstrahlen, Kugelstrahlen und Sandstrahlen, Kugelstrahlen und Schleuderstrahlen oder schlicht um den Unterschied zwischen Kugelstrahlen und den beiden anderen Verfahren geht. Im Folgenden werden die vielen bislang unbeantworteten Fragen zu Strahlarbeiten, Verfahren und Begriffsdefinitionen behandelt; ohne physische Prüfung eines angenommenen Werkstücks kann dies jedoch nicht als Grundlage für eine detailliertere Prozessverifizierung dienen: Wie immer steht die Verfahrensdefinition an erster Stelle, auch bei Punkten wie „Strahlmittel“, konkreten „Abnahmeprüfungen“ und der Auswahl des Strahlmittels.

Worin besteht der Unterschied zwischen Schleuderstrahlen und Sandstrahlen?

Antwort

Bei den beiden gängigen Trockenverfahren schleudert beim Schleuderradstrahlen ein Zentrifugalrad das Strahlmittel, während beim sogenannten Sandstrahlen Druckluft das Strahlmittel durch eine Düse fördert. Das Strahlmittel wird unabhängig davon ausgewählt: Beim Druckluftstrahlen kann Stahlkies verwendet werden, während ein Schleuderradsystem mit einer kontrollierten Mischung aus Strahlkugeln oder Strahlkies arbeiten kann. Die weiter gefasste Definition der OSHA schließt auch hydraulischen Druck ein, weshalb dieser Vergleich keine vollständige Klassifikation darstellt. Kurz gesagt liegt der Unterschied zwischen Schleuderstrahlen und Sandstrahlen in der Art, wie das Strahlmittel beschleunigt wird, und nicht darin, wie eine Schleuderstrahl- oder Strahlkiesanlage in der Werkhalle bezeichnet wird.

Was ist besser: Sandstrahlen oder Schleuderstrahlen?

Antwort

Keines der beiden Verfahren ist grundsätzlich besser. Schleuderradstrahlen eignet sich häufig für wiederholbare Produktionsabläufe, wenn Radkonfiguration, Spannvorrichtungen und Handhabung sämtliche Zielflächen freilegen. Druckluftstrahlen eignet sich häufig für örtlich begrenzte Arbeiten, schwer zugängliche Geometrien oder häufiges Umpositionieren. Die bessere Option ist diejenige, die bei Geometrie, Gutteilrate, Oberflächenspezifikation, Gefährdung und Einhausung, Strahlmitteln und Abfällen sowie der nachgelagerten Beschichtung durch Nachweise an einem repräsentativen Werkstück überzeugt.

Kann sandgestrahltes Metall direkt lackiert werden?

Antwort

Nur wenn die Oberfläche zum Zeitpunkt des Auftragens die Beschichtungsspezifikation erfüllt. Eine visuelle Reinheitsklasse allein weist weder das erforderliche Profil noch den zulässigen Staub- oder Gehalt an löslichen Verunreinigungen noch die zulässige Verzögerung bis zur Beschichtung nach. Prüfen Sie das Produktdatenblatt der Beschichtung, die Prüfverfahren, Probenahmestellen, Grenzwerte und das Übergabezeitfenster. Reinigen, prüfen oder strahlen Sie die vorbereitete Oberfläche erneut, wenn sie diese Anforderungen nicht mehr erfüllt.

Entfernt Schleuderstrahlen Rost?

Antwort

Ja, Rost lässt sich entfernen, wenn Strahlmittel, Aufprallwirkung, Einwirkdauer und Zugänglichkeit für das Werkstück geeignet sind. Auch für die Rostentfernung ist ein projektspezifisch definiertes Endergebnis erforderlich, unabhängig davon, ob anschließend Nasslack oder eine Pulverbeschichtung aufgetragen wird. Eine sichtbar sauber wirkende Fläche weist nicht nach, dass vertiefte Bereiche sowie die Anforderungen an Oberflächenprofil, Staub oder lösliche Verunreinigungen erfüllt sind.

Welche Probleme treten beim Schleuderstrahlen häufig auf?

Antwort

Zu den häufigen Problemen zählen abgeschattete Oberflächen, ein falsches Schleuderrad-Strahlbild, eine instabile Strahlmittelmischung, unzureichende Feinanteilabscheidung, verschlissene Komponenten, eine geringe Leistung der Entstaubungsanlage, Werkstückverzug, Engpässe bei der Handhabung und Abweichungen zwischen visueller Reinheit und Beschichtungsabnahme. Bewerten Sie das Ergebnis anhand des repräsentativen Werkstücks, der erfassten Zielflächen, des aktuellen Strahlmittelzustands, des Schleuderrad-Strahlbilds, des Abscheiders, der Lüftung und jeder einzelnen Abnahmeebene. Prüfen Sie, ob sich die Beladeausrichtung oder die vorgelagerte Werkstückvariation seit dem ursprünglichen Versuch verändert hat. Korrigieren Sie ein unzureichendes Ergebnis der Beschichtungsvorbereitung nicht allein durch eine höhere Intensität, da eine übermäßige Aufprallwirkung dünne Querschnitte beschädigen oder das Profil über die Beschichtungsanforderung hinaus erhöhen kann.

Warum wird Sand nur selten als einziges Strahlmittel in Betracht gezogen?

Antwort

„Sandstrahlen“ ist weiterhin eine gebräuchliche Verfahrensbezeichnung, industrielle Druckluftstrahlanlagen können jedoch zahlreiche technisch entwickelte Strahlmittel einsetzen. Untergrund, Zielprofil, Zerfall, Staub, Verunreinigung, Wiederverwendung und Abfallanforderungen beeinflussen die Wahl des Strahlmittels. Der Ersatz von Quarzsand beseitigt nicht die Notwendigkeit, andere Bestandteile und die tatsächlichen Expositionsbedingungen zu bewerten.

Worin besteht der Unterschied zwischen Strahlkiesstrahlen und Sandstrahlen?

Antwort

Strahlkiesstrahlen und Sandstrahlen bezeichnen üblicherweise dasselbe Druckluftstrahlverfahren mit unterschiedlichen Bezeichnungen für das Strahlmittel. Eine sogenannte Sandstrahlmaschine ist eine Druckluftanlage, die mit zahlreichen technisch entwickelten Strahlmitteln betrieben werden kann, und die Leitlinien der OSHA und der Branche lenken Käufer aufgrund des Staub- und Silikoserisikos von Quarzsand zu Stahlkies oder anderen technisch entwickelten Strahlmitteln.

Worin besteht der Unterschied zwischen Schleuderstrahlen und Kugelstrahlen?

Antwort

Kugelstrahlen verfolgt ein anderes, kontrolliertes Ziel: Druckeigenspannungen an der Oberfläche, nicht lediglich deren Reinigung für eine Beschichtung. Die durch das Kugelstrahlen erzeugten Druckspannungen wirken den Zugspannungen entgegen, die Ermüdungsrisse verursachen; dies ist nicht dasselbe Ziel wie beim zur Reinigung eingesetzten Schleuder- oder Sandstrahlen. Anbieter sollten ein Kugelstrahlergebnis nicht als Nachweis dafür anführen, dass eine Reinigungs- und Profilspezifikation für die Beschichtung erfüllt wurde.

Literatur und Quellen

Sämtliche hier genannten Sicherheits- und Betriebsstättenanforderungen wurden ausschließlich Veröffentlichungen von Behörden und Normungsorganisationen, unterzeichneten Bauvereinbarungen sowie Dokumentationen der Branchenpraxis entnommen und dienen lediglich als Hinweise, zur Einordnung von Einzelheiten des Anwendungsbereichs und zur Quellenzuordnung. Webseiten von Unternehmen (Wettbewerbern) wurden nicht als unabhängige Belegquellen herangezogen.

  1. OSHA 29 CFR 1910.94, Lüftung: Strahlarbeiten.
  2. OSHA, Gefährdungen durch Strahlarbeiten im Schiffbau.
  3. National Institute For Occupational Safety and Health, „Strahlarbeiten in belüfteten Einhausungssystemen.“ Online verfügbar.
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