Energieeffiziente Reinigung und Vorbehandlung durch Schleuderstrahlen mit nicht beständigen Strahlmitteln

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1 Energieeffiziente Reinigung und Vorbehandlung durch Schleuderstrahlen mit nicht beständigen Strahlmitteln Robert Hollan Prof. Eckart Uhlmann Überblick Einleitung Herausforderung, Ansatz, Ziel Trockeneisstrahlen Umweltaspekte, Prozess, Mechanismen Versuchsaufbau, Material, Messsystem Ausgewählte Ergebnis Geschwindigkeiten der Strahlpartikel Zusammenfassung und Ausblick

2 Einleitung Herausforderung Neue Umweltgesetzgebungen Bedeutung der Reinigung im Bereich der Fertigung, der Reparatur, der Wartung und des Recycling Trockeneisstrahlen als Alternative zu konventionellen auf Wasser oder chemischen Substanzen basierenden Prozessen Entwicklung einer Beschleunigungsmethode mit im Vergleich zum Trockeneisdruckluftstrahlen höherer Energieeffizienz Ansatz Entwicklung einer Schleuderstrahltechnologie für nicht beständige und sensible Strahlmittel Zielsetzung Qualifizierung des Schleuderstrahlens zum Entschichten, Reinigen und Vorbehandeln mit: hoher Energieeffizienz, hohem max. Massenstrom, geringerem Trockeneisverbrauch, Geräuschemission und Platzbedarf Trockeneisstrahlen Umweltaspekte Trockeneisstrahlen trägt nicht zu- sätzlich zum Treibhauseffekt bei CO 2 (Trockeneis), Nebenprodukt der chemischen Industrie Prozesseigenschaften Prozessmodel Druckluftstrahlprozess festes Einwegstrahlmedium CO 2 Rückstandsfreiheit nicht oxidierend, nicht toxisch, nicht abrasiv Reduzierung von Prozesszeit und Kosten für verschiedenste Substratmaterialien, Beschichtungen und sensible Oberflächen geeignet

3 Trockeneisstrahlen Wirkmechanismen thermisch mechanisch lokale Kühlung & Versprödung der Beschichtung, Ablösung durch Spannungen aufgrund untersch. Wärmeausdehnungskoeffizienten Ablösung durch Impulsübertragung Plötzliche Volumenzunahme aufgrund der Sublimation Druck [bar] T P = -78,3 C l P = 5-15 mm = 1100 kg/m³ d P = 3,0 mm ρ P solid triple point liquid l P Kritischer Punkt d P gas Sublimation Temperatur [ C] Konventionelle Anlagentechnik Anwendung: Reinigung von Holzbearbeitungswerkzeugen Energieverbrauch von bis zu 134 kw zur Drucklufterzeugung

4 Konventionelle Schleuderstrahlanlagentechnik und erster Prototyp zum Strahlen von nicht beständigen Strahlmedien Acceleration Unit Supply Unit Storage Device Rotational Pre-Acceleration Screw Conveyer Holding Devices Acceleration Bushing Clamping Device for Controllable Actuation Shaft Blades Messsystem Hochgeschwindigkeitskamera Hochgeschwindigkeitskamera mit bis zu 8000 Aufnahmen pro Sekunde Nachweis der Machbarkeit: Erster Prototyp zum Schleuderstrahlen von nicht beständigen Strahlmedien

5 Ausgewählte Ergebnisse Strahlpartikelgeschwindigkeit Geschwindigkeiten von bis zu 64 m/s mittels Hochgeschwindigkeitskamera gemessen, Korrelation von theoretischer und gemessener Partikelgeschwindigkeit 80 m/s Partikelgeschwindigkeit d Rad = 396 mm d Rad = 326 mm d Rad = 256 mm theoretisch gemessen lin. Trend /min Drehzahl Ausgewählte Ergebnisse Konstruktive Verbesserungen Geringere mechanische Belastungen, höhere Fertigungsgenauigkeit von relativ zueinander bewegten Bauteilen

6 Zusammenfassung und Ausblick Vorteile des Schleuderstrahlens von nicht beständigen Strahlmitteln: Energieeinsparung durch höhere Effizienz ( 10 kw : 130 kw) Prozesszeitverkürzung (höhere max. Massenstrom) geringere Investitionskosten (Kompressor, Filter, entfallen) geringere Lärmemission (bis zu 130 db (A) beim Druckluftstrahlen) hohe Flächenleistung Nachteile des Schleuderstrahlens von nicht beständigen Strahlmitteln: geringe Partikelgeschwindigkeit, kinetische Energie, Abrasivität höhere Drehzahl pro Minute, größerer Durchmesser (Schaufellänge) erforderlich um dem Druckluftstrahlen vergleichbare Partikelgeschwindigkeiten zu erzielen Trockeneisverbrauch, laufende Kosten (Sublimationsverluste)? Danksagung Das Projekt wird innerhalb des Transferbereichs 64 von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert. Unser Dank gilt gleichzeitig der Fa. IWM Strahltechnik GmbH für die Unterstützung in diesem Rahmen und natürlich Ihnen für Ihre Aufmerksamkeit!