Kugelstrahlen

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Kugelgestrahlte Aluminumfassade (rechts)

Das Kugelstrahlen oder Kugelstrahlverfestigen ist ein Anwendungsgebiet des Strahlens nach DIN 8200. Die üblichen Anwendungsbereiche sind das Oberflächenveredelungsstrahlen, Strahlspanen, Reinigungs- sowie das Umformstrahlen. Der Name Kugelstrahlen lässt sich auf die Verwendung von kugeligem Strahlmittel zurückführen.

Kugelstrahlen ist eine Oberflächenbehandlung. Dabei werden mittels Schleuderrad-, Druckluft- oder Injektor-Strahlanlagen bei meist 2–7 bar kleine Strahlmittelkörner mit hoher Geschwindigkeit gegen die zu behandelnde Oberfläche (Strahlgut) geschleudert. Dadurch werden künstlich Fehler (Fehlstellen) ins Atomgitter eingebracht, die wie bei der Autofrettage zu einer lokalen Verdichtung des Materials führen und damit Druckeigenspannungen hervorrufen. (Es wird auf der Zugseite eines Werkstückes kugelgestrahlt, um Druckeigenspannungen zu erzeugen, die dann wiederum den Zugspannungen entgegenwirken).

Die eingebrachten Druckeigenspannungen sollen die Dauerfestigkeit des Werkstoffes steigern. So entstehen in Schichten mit Druckeigenspannung keine Risse, etwa durch Korrosionsermüdung. Die gesteigerte Korrosionsbeständigkeit und die Vergrößerung der Oberfläche, die z. B. beim Verkleben von Bauteilen eine wichtige Rolle spielt, sind zwei Gründe für den Einsatz des Kugelstrahlens.

Ein großer Nachteil dieses Verfahrens ist, dass durch falsche Prozessführung (z. B. zu hoher Druck, zu geringer Abstand vom Strahlgut) eine Schwächung des Bauteils hervorgerufen werden kann. Eine mögliche Folge ist eine verkürzte und/oder verringerte Dauerfestigkeit und Biegewechselfestigkeit des Werkstückes. Um diesem entgegenzuwirken, wurden seit Entwicklung des Verfahrens (ca. 1935) verschiedene Prüfmechanismen wie z. B. Almenintensität, Deckungsgradkontrolle oder Peenscan (eine leuchtende Farbe, die unter ultraviolettem Licht sichtbar wird) eingeführt.

Das Kugelstrahlverfestigen wird schon lange in der Luftfahrtindustrie für Komponenten von Triebwerken genutzt, hält aber inzwischen auch in anderen Branchen Einzug, wie z. B. im Motoren- oder Getriebebau.

Als Weiterentwicklung des Kugelstrahlens wurde das Laser peening und Hochfrequenzhämmern entwickelt. Hierbei werden mithilfe eines Wasserfilmes als Druckwellenübermittler besonders tiefe Druckeigenspannungen induziert, um die Bauteillebensdauer zu erhöhen. 2014 implementierte Starrag einen Hochfrequenz-Hämmerprozess („Dengeln“) für die Turbinenbearbeitung, der die Aufgaben des Kugelstrahlens erfüllt und dieses somit ersetzt.[1]

Auch bei der Sanierung von Fußböden und im Beschichtungsbereich wird das Kugelstrahlverfahren eingesetzt: Um minderfeste Schichten (Zementschlämme oder Altanstriche) zu entfernen und dadurch den erforderlichen Haftzugwert von > 1,5 N zu erreichen, wird die Fußbodenoberfläche mit Strahlmaschinen kugelgestrahlt, die mit gleichzeitiger Staubabsaugung arbeiten.

Wichtig beim Kugelstrahlen ist eine sichere Prozessführung, um die positiven Eigenschaften der Druckeigenspannungen und reproduzierbare Qualitäten zu erhalten. Bei der Almenintensitätsmessung, dem derzeit gängigen Verfahren zur Kontrolle des Strahlprozesses, wird ein kleines Plättchen aus gehärtetem Stahl – das sogenannte Almenplättchen – mit dem Strahlmittel beschossen. Aus der Krümmung des Plättchens kann man Rückschlüsse auf den Strahlprozess ziehen. Problematisch hierbei ist, dass für diese Messung der eigentliche Strahlprozess unterbrochen werden muss. Bei einem neueren Verfahren, das vom Kugelstrahlzentrum Aachen entwickelt wurde, wird die Geschwindigkeit des Strahlmittels mittels einer Doppellichtschranke vor der Strahldüse gemessen.

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Maschinenwerkzeug: Hämmern mit High-Speed. Abgerufen am 4. Dezember 2015.