Technologischer Vergleich zwischen Trockeneis und anderen festen Strahlmitteln

Transkript

1 1. Industriearbeitskreis Trockeneisstrahlen 29. November 22, Technologischer Vergleich zwischen Trockeneis und anderen festen Strahlmitteln Adil El Mernissi Prof. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann 1. Industriearbeitskreis Trockeneisstrahlen 29. November 22, Inhalt Einleitung Problemstellung, Ziel, Vorgehensweise Druckluftstrahlen mit beständigen Strahlmitteln Verfahren, Anwendungsbeispiele Versuchsbedingungen Versuchsstand, Strahlmittel, Strahlgutwerkstoff, Strahlprogramm, Messtechnik Strahlleistung, Oberflächenrauheit, Oberflächentopographie, Randzonenbeeinflussung, Wirtschaftlichkeit Zusammenfassung und Ausblick

2 1. Industriearbeitskreis Trockeneisstrahlen 29. November 22, Einleitung Problemstellung Fehlender technologischer Vergleich zwischen Trockeneis und anderen festen Strahlmitteln Keine Aussage über Strahlleistung und Oberflächenqualität nach der Bearbeitung mit beständigen Strahlmitteln Ziel Technologischer Vergleich des Entlackens mit Trockeneis und anderen festen Strahlmitteln Vorgehensweise Druckluftstrahlen der Strahlgutwerkstoffe unter Variation der Einstellparameter Ermittlung der Strahlleistung Analyse der Strahlgutproben hinsichtlich Oberflächenrauheit, Oberflächentopographie und Randzonenbeeinflussung Wirtschaftliche Bewertung 1. Industriearbeitskreis Trockeneisstrahlen 29. November 22, Druckluftstrahlen mit beständigen Strahlmitteln Verfahren Druckluftstrahlen mit kantigem Strahlmittel Druckluftstrahlen mit kugelförmigen Strahlmittel Änderung der Topographie, Schaffung von Hinterschneidungen und Überhängen sowie eine messtechnisch erfassbare Aufrauung der Oberfläche Mechanischer Abtrag von Schichten wie Rost, Zunder und Farbschichten; je nach Verfahren auch Einbettung von Strahlmittelbestandteilen in das Werkstück Erhöhung der Druckeigenspannungen im Werkstück, vor allem bei Verwendung von runden Strahlmitteln; Schließen von Mikrorissen und Kaltverfestigungen des Werkstücks Änderung des chemischen Zustandes der Oberfläche Geringe Investitionskosten BASF_Vortrag Flexibilität hinsichtlich Strahlmittelwechsel

3 Anwendungsbeispiele 1. Industriearbeitskreis Trockeneisstrahlen 29. November 22, Druckluftstrahlen mit beständigen Strahlmitteln Vorbereitung von metallischen Komponenten auf nachfolgende Beschichtungsprozesse Reinigung von Werkstücken und Konstruktionen aller Art Mattieren von Glas für Dekorationszwecke Reinigung von Gebäudefassaden, Entfernen von Ablagerungen auf Beton Entfernen von Lack- und Farbresten auf Holz Versuchsbedingungen 1. Industriearbeitskreis Trockeneisstrahlen 29. November 22, Versuchstand Schraubenkompressor Ausgleichsbehälter Manometer Sandstrahlanlage Saugeinheit Roboter Schallschutzkabine Strahlpistole 9 1 Abluftfiltersystem Arbeitstisch Druckluftstrom Strahlmittelstrom

4 Versuchsbedingungen Strahlmittel 1. Industriearbeitskreis Trockeneisstrahlen 29. November 22, Strahlmittel Körnung Anwendungsgebiet Metallisch:,12,42 mm Aufrauhen, Entrosten, Entzundern von Stahl, Oberflächenvorbehandlung für Gummi- Metallverbindungen und Kunststoffbeschichtungen,12,42 mm Entgraten, Reinigungsstrahlen, Gussputzen Mineralisch: Schonendes Reinigen empfindlicher Oberflächen, Kugelstrahlen, Verdichten von NE - Metalloberflächen, Glasstrahlperlen,4,8 mm rund Oberflächenfinnischen, Entgraten,595,841 mm Aufrauen, Mattieren, Reinigen Organisch:,2,6 mm Ø 3, mm L = 6,7 mm Schonendes Entgraten und Reinigen empfindlicher Oberflächen ohne Abtrag Schonende Reinigung empfindlicher Oberflächen Versuchsbedingungen Strahlgutwerkstoffe 1. Industriearbeitskreis Trockeneisstrahlen 29. November 22, Eigenschaften Kurzname Werkstoffnummer Dichte (kg/dm³) Elastizitätsmodul (N/mm²) Zugfestigkeit R m (N/mm²) Dehngrenze R P2 (N/mm²) Strahlprobengeometrie (mm²) Strahlprobendicke (mm) Werkstoff DC1 A X5CrNi ,8 * 7,9 2,7 21 * x 75 2 x 5 2 x * Werte gelten für Stahl allgemein

5 Versuchsbedingungen 1. Industriearbeitskreis Trockeneisstrahlen 29. November 22, Versuchprogramm Messprogramm Standard Einstellparameter Beständige Strahlmittel Trockeneisstrahlen Vorschubgeschwindigkeit v f =,4 m/min. Strahlabstand a = 15 mm m = 145 kg/h Auftreffwinkel ß = 9 ß = 9 = 6 bar p = 1 bar Einstellparametervariation Beständige Strahlmittel Trockeneisstrahlen v f =,2 /,4 /,6 /,8 / 1, m/min v f =,2 /,4 /,6 /,8 / 1, / 1,2 m/min a = 1 / 15 / 2 / 25 mm a = 12 / 15 / 18 mm ß = 6 / 7 / 8 / 9 p = 3 / 4 / 5 / 6 / 7 bar Oberflächenrauheit Tastschnitt-Messsystem Talysurf-12L, Rank Taylor Hobson GmbH gemittelte Rautiefe RzDIN nach DIN 4762 Oberflächentopographie, Randzonen Rasterelektronenmikroskop DSM 95, Carl Zeiss AG 1. Industriearbeitskreis Trockeneisstrahlen 29. November 22, Strahlleistung Strahlanlage: ABRAS 27 Wirkprinzip: Injektor Düsendurchmesser: 7,6 mm Strahlmittel: Korngruppe:,12 -,42 mm Standardparameter: Auftreffwinkel: β = 9 Vorschubgeschwindigkeit: v f =,4 m/min Strahldruck: p = 6 bar Strahlproben: Werkstoffe:, DC1 A, X5CrNi18-1 Lackart: Einbrennlack Schichtdickenbereich: 1 Strahlleistung P Strahlleistung P 1,,5,25, 2 4 bar 8 1,6,8,4 Strahleistung P Strahlleistung P 1,6,8,4,,,3,6 m/min 1,2,8,4,2 Vorschubgeschwindigkeit v f, mm 3 Strahlabstand a, Auftreffwinkel ß X5CrNi18-1 DC1 A

6 1. Industriearbeitskreis Trockeneisstrahlen 29. November 22, Strahlleistung Strahlanlagen: Dauerhafte Strahlmittel ABRAS 27 MICRO JET Standardparameter: Dauerhafte Strahlmittel Auftreffwinkel: ß = 9 Vorschubgeschwindigkeit: v f =,4 m/min Trockeneis Auftreffwinkel: ß = 9 Vorschubgeschwindigkeit: v f =,8 m/min Strahldruck: p = 1 bar. Massenstrom: m = 129 Kg/h Strahlgutproben: Werkstoffe:, DC1 A X5CrNi18-1 Lackart: Einbrennlack Schichtdicke: s L = 1 Strahlleistung P 2, 1,,5, X5CrNi 18-1 DC1 A 1. Industriearbeitskreis Trockeneisstrahlen 29. November 22, Oberflächenrauheit Standardparameter: Auftreffwinkel: β = 9 Vorschubgeschwindigkeit.: v f =,4 m/min Messgerät: Tastschnittmessgerät Talysurf-12L, Taylor Hobson Messtaster: Spitzenradius: 2 Spitzenwinkel: 9 Gemittelte Rautiefe: unbearbeitet R zdin = 1,34 () R zdin = 1,17 (X5CrNi18-1) R zdin = 2,9 (DC1 A) , 4,5 6, bar 9, , 4,5 6, bar 9, ,5 3, 4,5 bar 7, , 4,5 6, bar 9, , 4,5 6, bar 9, X5CrNi18-1 DC1 A

7 1. Industriearbeitskreis Trockeneisstrahlen 29. November 22, : Oberflächenrauheit Standardparameter: Dauerhafte Strahlmittel Auftreffwinkel: ß = 9 Vorschubgeschwindigkeit: v f =,4 m/min Strahldruck: p = 6 bar Trockeneis Auftreffwinkel: ß = 9 Vorschubgeschwindigkeit: v f =,8 m/min Strahldruck: p = 1 bar. Massenstrom: m = 129 Kg/h Messgerät: Tastschnittmessgerät Talysurf-12L Taylor Hobsen Messtaster: Spitzenradius: 2 Spitzenwinkel: X5CrNi 18-1 DC1A 1. Industriearbeitskreis Trockeneisstrahlen 29. November 22, Oberflächentopographie Standard Parameter: Auftreffwinkel: β = 9 Vorschub: v f =,4 m/min Strahldruck: p = 6, 1 bar Messgerät: Rasterelektronenmikroskop DSM 95, Carl Zeiss AG Strahlgut: DC1 A unbearbeitet Trockeneisstrahlen

8 1. Industriearbeitskreis Trockeneisstrahlen 29. November 22, Randzonenbeeinflussung Standard Parameter: Auftreffwinkel: β = 9 Vorschub: v f =,4 m/min Strahldruck: p = 6, 1 bar Messgerät: Rasterelektronenmikroskop DSM 95, Carl Zeiss AG Strahlgut: DC1 A unbearbeitet Trockeneisstrahlen 1. Industriearbeitskreis Trockeneisstrahlen 29. November 22, : Wirtschaftliche Bewertung Wirtschaftliche Bewertung MaschienenStundensatz k Mh = 13.3 /h k A + k Z + k E + k k I Mh = t N Maschienenkosten pro Jahr: Kalkulatorische Abschreibung k A = 5.75, kalkulatorische Zinsen k Z = 2.37, Energiekosten k E = 13.14, Instandhaltungskosten k I = 1.15, Nuzungszeit t N = 1.6, h Werkzeugkosten k ME = 64 /h k ME = k.. P m P Kosten des Stahlgusses kantig k P =,8 /kg. Massenstrom an Strahlmittel m P = 8, kg/h Lohnkosten k L = 22,5 /h Entlackungskosten K Fm² 6 /m² 3 15 X5CrNi 18-1 DC1 A Entlacken von metalischen Werkstoffen Strahlgut: Beschichtung: Einbrennlack ALEXIT Strukturlack Z 422 Schichtdicke s L = 1 Flächenbezogene Abtragsrate Q = 1,5 m 2 /h Kosten für die Entlackung k Fh k Fm 2 = Q = 66,5 /m 2

9 1. Industriearbeitskreis Trockeneisstrahlen 29. November 22, Zusammenfassung Strahlleistung Gemittelte Rautiefe Oberflächentopographie Randzonenbeeinflussung Wirtschaftlichkeit Verformung Restverschmutzungen Trockeneisstrahlen 1. Industriearbeitskreis Trockeneisstrahlen 29. November 22, Ausblick Entwicklung einer Hybridreinigungstechnologie mit Trockeneisstrahlen und Laser Prozessoptimierung der Laserreinigung Entwicklung und Realisierung einer Demontagewissensplattform (DWP) zur Auslegung und Optimierung der Reinigungsprozesse