Sweepen / Sweep-Strahlen

Das Sweepen ist eine spezielle Ausführung des Strahlens und eine effektive und etablierte Strahlweise zum schonenden Reinigen und Aufrauen von empfindlichem Strahlgut, sowie von anspruchsvollen Untergründen. Entsprechend müssen die Strahlmittel und Prozessparameter beim Sweep-Strahlen gut auf die Strahlaufgabe abgestimmt sein, damit Beschädigungen des Strahlguts durch den Strahlvorgang ausgeschlossen werden können.

Sweepen von Zinküberzügen

Bewährt hat sich das Sweepen besonders bei der Ausführung von Duplex-Systemen, bei denen sich zwei autonome Schutzverfahren ergänzen. Sie basieren auf einer Verzinkung und einer einschichtigen oder mehrschichtigen Nass- oder Pulverlackierung, die zusammen ein Korrosionsschutzsystem mit sehr langer Schutzdauer bilden.

Durch das Sweep-Strahlen kann die Oberfläche vor der Beschichtung wirksam und schnell vorbereitet werden, da der Zinküberzug in einem Arbeitsschritt gereinigt und aufgeraut wird.

Ein primärer Einsatzzweck des Sweepens ist dabei die Beseitigung von haftmindernden Rückständen vor dem Auftrag der Beschichtung. Dazu gehören die arteigenen Verunreinigungen des Zinks, wie Weißrost (Zinkhydroxid, Zinkoxid und Zinkcarbonat), aber auch artfremde Verunreinigungen, wie etwaige Passivierungen, die temporär als Korrosionsschutz aufgebracht wurden.

Günstige Oberflächentopografie

Zugleich wird beim Sweep-Strahlen die gewöhnlich glatte Oberfläche des Zinküberzugs durch das auftreffende Strahlmittel umfassend profiliert und leicht aufgeraut. Die veränderte Oberflächentopografie und die damit einhergehende Vergrößerung der Gesamtoberfläche steigert die Kontaktfläche zwischen Zink und Beschichtung erheblich und schafft so mehr Haftgrund auf gleicher Fläche. Das mit dem Sweepen erzeugte Rauheitsprofil begünstigt darüber hinaus die mechanische Verklammerung der Beschichtung und macht sie weniger anfällig gegenüber Zug-, Druck-, und Schälbeanspruchungen.

Kontakt Kontakt




Enthaftung der Lackschicht aufgrund ungenügender Oberflächenvorbereitung

Sonderfall Pulverlackierungen

Die Oberflächenvergrößerung durch das Sweepen begünstigt zudem das Ausgasen von flüchtigen Luft- und Wasserstoffrückständen, die insbesondere in schichtstarken Feuerverzinkungen häufig eingelagert sind. Denn speziell der, unter hoher Temperatur ausgeführte thermo-chemische Vernetzungsprozess bei Pulverlacken, begünstigt deren Austritt und kann den Lackaufbau in Gestalt von entstehenden Blasen, Kratern und Poren empfindlich stören.

Die Störungen im Schichtaufbau stellen dabei nicht nur ein dekoratives Problem dar, sondern bewirken oftmals eine erhebliche Schwächung der organischen Schutzschicht innerhalb des Duplex-Systems. Denn über derartige Schadstellen können korrosive Medien eindringen, die Verzinkung erreichen und einen Korrosionsangriff auslösen. Der sich bildende Weißrost dehnt sich flächen- und volumenmäßig aus, unterwandert zunehmend die Beschichtung und führt folglich zu Haftfestigkeitsverlusten.

Ein nach dem Sweep-Strahlen zusätzlich durchgeführtes Tempern kann den Ausgasungsprozess weiter unterstützen.

Ungeachtet dessen, ob aus dem vorliegenden Zinksubstrat gasförmige Rückstände entweichen können, besteht auch bei oberflächlich verbleibenden Weißrostnester immer die Gefahr, dass sich der Weißrost beim Einbrennen des Pulverlacks in Wasser, CO2 und SO2 zersetzt, Blasen bildet und die Beschichtung zum Abheben bringt. Diese vorliegenden Verunreinigungen können durch Sweepen effektiv und effizient beseitigt werden, wenn das Sweepen sach- und fachgerecht ausgeführt wird.


Unterwanderung der Beschichtung durch Korrosionsprodukte

Der Zinküberzug

Der Zinküberzug selbst, als integraler Bestandsteil des Duplex-Schutzsystems, muss nach dem Sweep-Strahlen intakt sein und sollte einen möglichst geringen Verlust an Schichtdicke aufweisen. Voraussetzung dafür ist zunächst eine qualitativ hochwertige Verzinkung mit ausreichender Schichtstärke, wo der Zinküberzug selbst sehr gute adhäsive und kohäsive Eigenschaften aufweist. Falls nicht, dann kann auch bei einem fachgerechtem Sweepen die Zinkschicht vom Stahlsubstrat abplatzen, -kritisch sind hier insbesondere Kantenbereiche-, oder es kann zu kohäsiven Brüchen innerhalb des Zinküberzugs kommen.

Der durch das Sweepen bedingte Verlust an Zink, muss beim Verzinken mit einkalkuliert werden, weil die Schutzdauer der Verzinkung primär durch ihre eigene Schichtdicke bestimmt wird. So sollte die Schichtstärke einer Feuerverzinkung vor dem Sweepen ≥100µ betragen, sofern es das Verzinkungsgut zulässt (siehe DIN EN ISO 1461), damit nach dem Sweep-Strahlen noch eine Mindeststärke von 85µ gesichert vorliegt. Der gemessene Zinkabtrag nach dem Strahlen beträgt bestenfalls weniger als 10µ und darf 15µ keinesfalls überschreiten.


Feuerverzinkte Oberfläche nach dem Feinputz mit glänzendem Erscheinungsbild

Oberflächenvorbereitungsgrad

Das Erscheinungsbild der Verzinkung muss nach dem Sweepen homogen matt bzw. seidenmatt (Schleuderradstrahlen) sein.

Die Rauheitskennziffern, gemessen mit einem Tastschnittmessgerät, betragen nach dem Sweep-Strahlprozess:

Rz – gemittelte Rautiefe: 25,0 – 50,0µ        

Ra – arithmetischer Mittenrauwert: 4,0 – 6,5µ      

RPc – normierte Spitzenzahl: >40



Mattes Erscheinungsbild nach dem Sweepen

Prozessausführung

Für das Sweep-Strahlen von Feuerverzinkungen haben sich folgende Parameter und Strahlmittel in der Praxis bewährt:

Parameter

Strahlmittel

Sweepen Druckluftstrahlen

Schlacken, Korunde, Granatsand, Glasbruch, kantiges Chromgussgranulat (GRITTAL)

Sweepen Schleuderradstrahlen

Kantiges Chromgussgranulat (GRITTAL)

Korngröße [mm]

Strahldruck [bar]

Drehzahl [U/min]

Zinküberzug

0,10 – 0,50

2,0 – 3,0

-

Einheitlich mattes Aussehen, Zinkabtrag max. 10-15µ.

0,30 – 0,80

-

1.700 - 2.200

Einheitlich seidenmattes Aussehen, Zinkabtrag max. 10-15µ.

Bandverzinkung - Sendzimirverzinkung

Bei der Oberflächenvorbereitung von sendzimir-verzinktem Stahlblech mit geringer Schichtstärke (5-40µ) ist der jeweilige Einzelfall zu prüfen, inwieweit ein Sweep-Strahlen eine geeignete Vorbereitungsmethode darstellen kann. In jedem Fall müssen die Sweep-Parameter hier noch sorgsamer auf das Strahlgut abgestimmt sein. Die grundsätzliche Eignung und die erforderlichen Verfahrensparameter können in Strahlversuchen ermittelt und festgelegt werden.

Oberflächenvorbereitung von Edelstahl

Das sanfte Sweep-Strahlen ist auch gut geeignet, um dünnwandiges und zumeist sehr glattes Edelstahlblech zu reinigen und es zugleich für eine Beschichtung oder Verklebung vorzubereiten. Ein Sweepen der Oberfläche erreicht hier stark verbesserte Bedingungen, indem es die natürliche oxidische Schutzschicht des Edelstahls temporär beseitigt und seine Oberfläche vergrößert. Auch besonders kritische Untergründe, wie Schweißnähte, können durch das Sweepen sehr effektiv behandelt werden.


Dünnwandiges Edelstahlblech nach dem Sweepen

Allgemeines

Wie bereits erwähnt, stellt das Sweep-Strahlen eine wirksame und leistungsfähige sowie sichere Vorbereitungsmethode dar, sofern das Sweepen sach- und fachgerecht ausgeführt wird.  Denn zunächst beruht das Sweep-Strahlen auf den gleichen Wirkprinzipien, wie man sie von konventionellen Strahlprozessen kennt. Allerdings würde die Übernahme gewohnter Strahlparameter in vielen Fällen eine irreversible Schädigung am Strahlgut oder Substrat verursachen. Dazu zählen beispielhaft Deformationen des Werkstücks, Material-ablösungen und -ausbrüche bei sensiblen Substraten oder zu hohe Rauheitswerte, die eine Weiterverarbeitung unmöglich machen.

So muss beim Sweepen die Kornenergie und damit die Strahlintensität deutlich herabgesetzt werden. Das geschieht durch eine Reduzierung der Kornmasse und/oder eine Verminderung der Korngeschwindigkeit, indem man feineres Strahlmittel nutzt und die Austritts- oder Abwurfgeschwindigkeit niedriger wählt.

Verwendbare Strahltechnik

Das Sweep-Strahlen kann sowohl in Druckluft-Strahlanlagen als auch in Schleuderradstrahlanlagen ausgeführt werden. Bei Schleuderrad-Strahlanlagen gibt es für das Sweepen jedoch verfahrensbedingt zwei Einschränkungen, nämlich die Geometrie des Strahlguts und die Strahlmittelauswahl.

Ein erfolgreiches Sweep-Strahlen in Schleuderrad-Strahlanlagen setzt voraus, dass die zu strahlenden Teile einfach gestaltet und für das Strahlmittel gut zugänglich sind, weil die Abwurfaggregate fest positioniert sind und wenig Einstellmöglichkeiten hinsichtlich dem Strahlmittelabwurf zulassen. Bei komplexen Teilegeometrien kann der gewünschte Effekt des Sweepens leicht verfehlt werden, wenn partielle Bereiche des Strahlguts unzureichend oder überhaupt nicht vom Schleuderradstrahl erreicht werden.

Bei der Strahlmittelauswahl ist anzumerken, dass in Schleuderrad-Strahlanlagen mineralische Strahlmittel (Korund, Granat, Glasbruch oder Schlacken) Stand heutiger Technik nicht eingesetzt werden können. Dieser Umstand ist unbedingt zu berücksichtigen, wenn hohe Flächenleistungen oder Stückzahlen wirtschaftlich und ökologisch gesweept werden sollen. Das Sweepen mittels Schleuderradtechnik kann aber mit kantigen Edelstahlstrahlmittel sehr einfach realisiert werden und ist bereits seit vielen Jahren etabliert.

Das Sweepen in Druckluftstrahlanlagen unterliegt dagegen kaum einer technischen Einschränkung. Verfahrensbedingt, durch das manuelle Führen der Strahldüse, ist das Verfahren sehr variabel und damit für den Anwender gut anpassbar. Hier können alle empfohlenen Strahlmittel für das Sweep-Strahlen herangezogen werden, allerdings bietet auch hier Edelstahl-Strahlmittel aufgrund seiner außergewöhnlichen Standzeit große wirtschaftliche und ökologische Vorteile.


Vollautomatisches Sweep-Strahlen mit Schleuderradtechnik