Das Entfernen von Beschichtungen und Lackierungen sowie das Reinigen von Bauteilen und Anlagenkomponenten kann durch den Einsatz von Strahlverfahren erfolgen. Dafür stehen verschiedene Strahlsysteme zur Verfügung, die sich in der Art des Strahlmittels und des Beschleunigungsmediums unterscheiden. Die entstehenden Rückstände beim konventionellen Reinigungsstrahlen erweisen sich jedoch zunehmend als problematisch, da sie vor Verwendung der gestrahlten Körper entfernt und aus Umweltschutzgründen wiederaufbereitet oder als Sondermüll deponiert werden müssen. Derzeit wird versucht, neue Verfahren zu entwickeln, die sich als ökologisch und ökonomisch vorteilhafter erweisen.
Als Alternative bietet sich ein Verfahren an, welches in einem Druckluftstrom beschleunigte Trockeneispellets als Strahlmittel verwendet. Der Vorteil dieses Strahlverfahrens liegt darin, daß das Trockeneis schon bei Umgebungstemperatur sublimiert und in die Atmosphäre entweicht. Nach dem Strahlprozeß bleibt lediglich das abgetragene Beschichtungsmaterial übrig, welches als Abfall zu entsorgen ist. Eine weitere positive Eigenschaft ist, daß Kohlendioxid antistatisch und nicht leitend ist. Elektrische und hydraulische Anlagenkomponenten können deshalb direkt, d. h. ohne langwierige manuelle Aus- und Einbauarbeiten, bestrahlt werden. Das Verfahren ist insbesondere für die Automobil- sowie für die Luft und Raumfahrtindustrie interessant, da das Strahlmittel nicht korrosiv wirkt.
In dieser Arbeit wird, ausgehend von einer auf der DIN 8200 Strahlverfahren aufbauenden Begriffsbestimmung, der Stand der Technik des Trockeneisstrahlens dargestellt. Die Mechanismen des Werkstoffabtrages werden beschrieben. Im Zusammenhang mit Reinigungs- und Entlackungsprozessen durch das Trockeneisstrahlen werden Haftungsund Grenzphasenvorgänge sowie Adhäsionsmechanismen an beschichteten bzw. verunreinigten Oberflächen näher erläutert. Es werden Einstellparameter, Kenngrößen und Qualitätsmerkmale beschrieben.
Im Rahmen der experimentellen Untersuchung werden Bleche aus einer Aluminium-Knetlegierung unter Variation der Einstellparameter Massenstrom an Trockeneispellets, Arbeitsabstand, Vorschubgeschwindigkeit und Strahlauftreffwinkel durch Trockeneisstrahlen bearbeitet. Die Oberflächentopographie der bestrahlten Bleche wird unter Zuhilfenahme eines Meßlasers nach DIN EN ISO 8503 und 3274 untersucht. [...]
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Strahlverfahren
2.1 Allgemeines
2.2 Einordnung nach DIN
2.3 Definitionen
3 Trockeneisstrahlen
3.1 Allgemeines
3.2 Verfahrensbeschreibung
3.3 Anlagentechnik
3.4 Trockeneispellets
3.5 Anwendungsgebiete
4 Theoretische Grundlagen
4.1 Abtragmechanismen
4.2 Prozeßparameter
4.2.1 Partikelgeschwindigkeit
4.2.2 Strahlauftreffwinkel
4.2.3 Werkstoffeinfluß
4.3 Abrasivmitteleigenschaften
4.4 Mechanismen des Werkstoffabtrages
4.5 Beschichtungen
4.6 Adhäsionsmechanismen
4.6.1 Allgemeines
4.6.2 Mechanische Adhäsion
4.6.3 Spezifische Adhäsion
4.7 Grenzphasen
4.7.1 Allgemeines
4.7.2 Ausgangszustand des Grundwerkstoffes
4.7.3 Haftflächen
4.7.4 Eigenschaften von Schicht und Substrat
4.8 Haften an realen Oberflächen
5 Versuchsbedingungen
5.1 Versuchsaufbau
5.2 Parameter
5.3 Versuchsdurchführung
5.4 Meßeinrichtungen
6 Technologische Untersuchungen
6.1.1 Einfluß der Vorschubgeschwindigkeit
6.1.2 Einfluß des Arbeitsabstandes
6.1.3 Einfluß des Strahlauftreffwinkels
6.1.4 Einfluß des Massenstromes
6.1.5 Rauheitsprofil
7 Zusammenfassung
Zielsetzung und Themen der Arbeit
Die vorliegende Arbeit untersucht das Abtragverhalten und die Oberflächenentstehung beim Trockeneisstrahlen von Aluminiumknetlegierungen. Ziel ist es, den Einfluss verschiedener Prozessparameter wie Massenstrom, Arbeitsabstand, Vorschubgeschwindigkeit und Strahlauftreffwinkel auf die resultierende Oberflächengüte systematisch zu analysieren und zu bewerten.
- Grundlagen des Trockeneisstrahlens und der Verfahrenstechnik.
- Analyse der physikalischen Abtragmechanismen und Adhäsionsphänomene.
- Experimentelle Untersuchung an Aluminium-Versuchsblechen unter Variation der Prozessparameter.
- Charakterisierung der Oberflächenrauheit mittels laseroptischer Messsysteme.
- Ableitung von Zusammenhängen zwischen Strahlparametern und Oberflächenbeschaffenheit.
Auszug aus dem Buch
Verfahrensbeschreibung
Das Strahlen mit Trockeneis ist ein Druckluftstrahlverfahren, das mit einem nichtmetallischen, anorganischen Einweg-Strahlmittel arbeitet. Dem Strahlen mit Trockeneis und dem Strahlen mit anderen festen Strahlmitteln liegen unterschiedliche Abtragmechanismen zugrunde. Die abzutragende Oberflächenschicht wird beim Partikelstrahlen an vielen Auftreffstellen aufgrund der kinetischen Energie der Körner aufgebrochen und weggerissen, wobei auch die Oberfläche des Grundkörpers beschädigt werden kann.
Die Trockeneispellets werden beim Trockeneisstrahlen mit Drücken von 2 bis 24 bar beschleunigt und treffen mit einer Geschwindigkeit von bis zu 300 m/s auf die Oberfläche des Strahlgutes /VIS97/. Dabei überlagern sich nach dem heutigen Erkenntnisstand mehrere Effekte. Der Abrasiveffekt tritt infolge der kinetischen Energie der Pellets beim Aufprall auf die Oberfläche auf. Dieser ist abhängig von der Geschwindigkeit, der Härte und der Masse der Pellets. Die Geschwindigkeit der Partikel wiederum ist eine Funktion des Luftdruckes und der Düsenform. Die obere Grenze für die Geschwindigkeit der Pellets liegt dabei im Bereich der Schallgeschwindigkeit. Die Dichte sowie die Härte sind vom Herstellungsprozeß der Pellets abhängig. Die Mindesthärte sollte für einen optimalen Abtrag beim Entlacken mindestens 3 Mohs und beim Entrosten möglichst 6 Mohs betragen /KRA87/. Einen weiteren Einfluß auf den Abrasiveffekt hat die Menge der Pellets, die pro Zeiteinheit auf die Oberfläche trifft. Bei kurzer Strahldauer wird die Oberfläche nicht oder nur sehr gering angegriffen. Ein Abtrag oder eine Verfestigung der Oberfläche findet praktisch nicht statt bzw. kommt erst bei längeren Einwirkzeiten zum tragen /DON91, VIS98/.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Motivation und Zielsetzung der Arbeit zur Untersuchung des Trockeneisstrahlens als ökologische Alternative in der Oberflächenbearbeitung.
2 Strahlverfahren: Einordnung der Strahltechnik in die Fertigungsverfahren sowie grundlegende Definitionen und Zusammenhänge.
3 Trockeneisstrahlen: Detaillierte Darstellung des Stands der Technik, der Anlagentechnik und der Besonderheiten des Mediums Kohlendioxid.
4 Theoretische Grundlagen: Erläuterung der physikalischen Abtragmechanismen, Adhäsionsmodelle und Grenzphasenereignisse.
5 Versuchsbedingungen: Beschreibung des experimentellen Aufbaus, der verwendeten Hardware und der gewählten Parameter für die Versuchsreihen.
6 Technologische Untersuchungen: Analyse der Messergebnisse bezüglich Vorschub, Arbeitsabstand und Strahlwinkeln auf die Oberflächenrauheit.
7 Zusammenfassung: Synthese der gewonnenen Erkenntnisse und Fazit zur Optimierung des Strahlprozesses für Aluminiumlegierungen.
Schlüsselwörter
Trockeneisstrahlen, Aluminiumknetlegierung, Strahlverfahren, Abtragverhalten, Oberflächenrauheit, Strahlauftreffwinkel, Partikelgeschwindigkeit, Adhäsion, Prozessparameter, Reinigungsstrahlen, Entlackung, Oberflächengüte, Mechanische Adhäsion, Kohlendioxid, Tribosystem.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Diplomarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Analyse des Abtragverhaltens und der Oberflächenentstehung bei der Anwendung von Trockeneisstrahlen auf Aluminiumknetlegierungen.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Arbeit behandelt die verfahrenstechnischen Grundlagen des Strahlens, die theoretischen Hintergründe zu Adhäsion und Werkstoffabtrag sowie die experimentelle Ermittlung von Prozesskennwerten.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das Hauptziel ist die Untersuchung der Zusammenhänge zwischen den Prozessparametern wie Strahlabstand, Vorschub und Auftreffwinkel und der daraus resultierenden Oberflächenbeschaffenheit.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird ein experimenteller Ansatz gewählt, bei dem Aluminiumbleche unter kontrollierten Bedingungen mit Trockeneispellets gestrahlt und anschließend topographisch vermessen werden.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in theoretische Grundlagen zu Verschleißmechanismen sowie eine umfangreiche technologische Untersuchung mit anschließender Datenanalyse.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Trockeneisstrahlen, Abtragverhalten, Oberflächenrauheit, Prozessparameter und Aluminiumknetlegierungen sind zentrale Begriffe der Untersuchung.
Welchen Einfluss hat die Vorschubgeschwindigkeit auf die Oberflächenrauheit?
Die Untersuchung zeigt, dass mit zunehmender Vorschubgeschwindigkeit die gemittelte Rauhtiefe zunächst linear abnimmt, da die Einwirkzeit der Pellets auf die Oberfläche verkürzt wird.
Welche Rolle spielt der Strahlauftreffwinkel für den Abtrag?
Die Schädigung der Oberfläche nimmt mit spitzer werdendem Strahlauftreffwinkel ab, da der senkrechte Anteil des Impulsübertrags bei flacheren Winkeln reduziert wird.
- Quote paper
- Carsten Beth (Author), 1999, Analyse des Abtragverhaltens und der Oberflächenentstehung beim Trockeneisstrahlen von Aluminiumknetlegierungen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/11776
