Sodastrahlen (Strahlen mit Natriumbicarbonat) - die sanfte Reinigung

Sodastrahlen (Backpulverstrahlen)

Natriumcarbonat zum SodastrahlenDas Strahlen mit Natriumbicarbonat, auch Sodastrahlen, Backpulverstrahlen bzw. englisch Sodablasting genannt, gewinnt in den letzten Jahren als sehr schonendes Strahlverfahren zunehmend an Bedeutung. Auch wenn diesem Strahlmittel im Internet häufig beinahe magische Kräfte zugesprochen werden, beruht doch seine Wirkung in erster Linie auf definierten physikalischen Eigenschaften.

Ein bisschen Physik: Die Energie des Strahlmittels

Beim Reinigungsstrahlen sind für die Wirkung am Bauteil im Wesentlichen zwei Faktoren ausschlaggebend: die Härte und die Energie des Strahlmittelkorns beim Auftreffen.

Die Härte wird über die Auswahl des Strahlmittels, also des Werkstoffes, vorgegeben. Ein sehr hartes Strahlmittel ist beispielsweise Korund mit einer Mohshärte von 9. Natriumbicarbonat liegt mit seiner Mohshärte von 2,5 bis 3 am anderen, weichen Ende der Skala und zählt damit zu den "sanften" Strahlmitteln.

■  Die Energie beim Auftreffen auf das Werkstück ergibt sich als Produkt aus Masse und Geschwindigkeit nach der Formel E=1/2mv²

Je höher also die Strahlmittelgeschwindigkeit und je größer das Korn (also seine Masse), desto größer die Energie beim Auftreffen auf das Werkstück. Ein großes, massereiches Korn erzeugt mehr Wirkung am Bauteil. Ein grobes Stahlkorn der Größenordnung 1,7 mm, wie es für die Reinigung von schweren Stahlträgern verwendet wird, trifft mit einer Energie von bis zu 80 mJ (Millijoule) auf die Bauteiloberfläche.

Durch die Auswahl von Natriumbicarbonat als Strahlmittel bringt man ein weiches Strahlmittel mit wenig Energie an das Bauteil. Die tatsächliche Energie eines Korns Natriumbicarbonat liegt bei gleicher Geschwindigkeit in einer Größenordnung unter einem mJ. Diese Energie gilt es jetzt zu verteilen.

Ein Beispiel aus dem täglichen Leben

Die Situation beim Sandstrahlen ist vergleichbar mit einer Autofahrt bei hoher Geschwindigkeit, wenn die Frontscheibe von einem Fremdkörper (einem Stein oder einer Fliege) getroffen wird. Bei der Autofahrt bewegt sich zwar das Ziel (die Frontscheibe) auf das Geschoss (den Stein oder die Fliege) zu, die Wirkung ist jedoch vergleichbar. Ein harter Fremdkörper wie ein Stein dringt in die Scheibe ein bzw. durchdringt sie sogar. Weil Glas sehr spröde ist, brechen dabei kleine Partikel aus der Scheibe heraus.

Ein weicherer Fremdkörper wie ein Insekt dagegen nimmt die komplette Energie auf und zerplatzt auf der Scheibe. Eine ähnliche Situation liegt beim Sandstrahlen vor. Das Strahlmittelkorn trifft auf das Bauteil und wandelt dort seine kinetische Energie um.

Wo wirkt diese Energie? Das Harte ritzt das Weiche

Die Härte entscheidet darüber, ob ein Strahlmittel überhaupt in eine Schicht oder in das Bauteil eindringt. Ist das Strahlmittelkorn härter als das Bauteil, so dringt es in der Regel ein. Ist das Strahlmittel dagegen weicher als das Bauteil, wirkt die kinetische Energie überwiegend im Strahlmittelkorn. Korund z.B. mit seiner Härte von 9 Mohs dringt in fast alle Materialien ein. Ein weicheres Strahlmittel wie z.B. Kunststoff (Härte 3,5 bis 4) oder Natriumbicarbonat (Härte 2,5 bis 3) dringt zwar in Lacke, Spachtelmassen und auch Aluminium (Härte 2) etc. ein, nicht aber in Stahlblech oder Fensterglas (Härte 5 bis 6).

Mit Natriumbicarbonat lässt sich beispielsweise ein Graffiti von einer Fenster- oder Autoscheibe entfernen ohne die Scheibe zu mattieren. Bei einem beschichteten Bauteil bestimmt die Härte des Strahlmittels also, in welcher Schicht die Energie wirkt. Verwendet man sehr hartes Strahlmittel, wirkt dessen Energie nicht nur in der zu entfernenden (alten) Lackschicht sondern auch im oberflächennahen Bereich des Bauteilwerkstoffes. Wählt man das Strahlmittel so, dass es mit seiner Härte knapp unter der Oberflächenhärte des Bauteils liegt, aber über der Härte der zu entfernenden Schichten, werden alte Lackschichten entfernt ohne die Oberfläche das Bauteils anzugreifen.

Plastische Verformung im Bauteil ja oder nein?

Nach unserer Erfahrung entsteht eine Verformung des Bauteils durch Eigenspannung in der Regel dann, wenn das Strahlmittel in den Werkstoff eindringen kann. Die daraus resultierende Verformung nimmt mit abnehmender Wandstärke des Bauteils zu. Um es mit anderen Worten zu sagen: Ein 0,5 mm dickes Blech würde uns beim Strahlen mehr Sorgen bereiten als ein 10 mm starkes Blech. Es findet im oberflächennahen Bereich eine plastische Verformung statt. Diese wirkt als Druckeigenspannung auf das gesamte Bauteil (siehe Rubrik Shotpeening).

Die für das Strahlen von Karosserieblechen wichtigsten Strahlmittel und ihre Mohshärte

Strahlmittel und ihre Mohshärte

Was ist bei Natriumbicarbonat anders?

Natriumbicarbonat zerlegt sich an der härteren Bauteiloberfläche, ohne in diese einzudringen. Eine evtl. auf der Bauteiloberfläche vorhandene Lack- oder Schmutzschicht, welche weicher als das Bauteil selbst ist, aber auch weicher als das Strahlmittel, wird vom Strahlmittelkorn durchdrungen. Eine Reinigungswirkung wird erreicht, jedoch bleiben harte Fremdstoffe, Rost oder Korrosionspuren nach dem Strahlen sichtbar. Natriumbicarbonat dringt nur in weichere Werkstoffe wie z.B. Aluminiumblech ein.

Wann Sodastrahlen? Gründe für die Verwendung von Natriumbicarbonat

  • Karosserieblech lässt sich mit Natriumbicarbonat ohne das Risiko einer plastischen Verformung strahlen. Allerdings wird Rost dabei nicht entfernt.
  • Bei verzinktem Karosserieblech werden nur die Lack- und Füllerschichten entfernt, die Zinkschicht bleibt jedoch erhalten.
  • Pulverlacke lassen sich von Bauteilen aus Aluminium entfernen, ohne das Bauteil übermäßig stark zu beschädigen.
  • Im Bauteil verbleibende Strahlmittelreste können mit Wasser aufgelöst werden und richten so keinen Schaden z.B. beim Strahlen von ganzen Motoren oder Getrieben an.
  • Bei der Restaurierung von alten Motorteilen bleibt die Patina erhalten. Es entsteht keine neue, frische Oberfläche.
  • Graffitis lassen sich von Glasscheiben entfernen, ohne diese zu mattieren.

Nur sauber oder wie neu? Der optische Unterschied

Entscheidend für den optischen Eindruck eines Bauteils ist die Mikrostruktur an dessen Oberfläche. Ist das Strahlmittel weicher als die Bauteiloberfläche, so wird die Oberflächenstruktur nicht verändert. Korrosionsspuren bleiben weitgehend erhalten. Oldtimerfans mögen es beispielsweise, wenn ein Vergaser nicht wie neu aussieht, sondern durch das Strahlen nur sauber wird. Bei der Verwendung von härterem Strahlmittel wie Glasperlen wird die Oberfläche im mikroskopischen Bereich umgestaltet und erscheint dadurch wie neu.

Was kostet das Sodastrahlen?

Während sich viele andere Strahlmittel mehrfach verwenden lassen, ist Natriumbicarbonat ein Einwegstrahlmittel. Korund und Natriumbicarbonat sind im Einkauf in etwa gleich teuer, Korund lässt sich aber bis zu 20-mal wiederverwenden und hat damit bei der Kalkulation nur einen kleinen Anteil am Gesamtpreis. Natriumbicarbonat ist nach der ersten Verwendung bereits unbrauchbar, da es sofort nach dem Auftreffen zu Staub zerfällt. Damit ist der Verbrauch etwa 20 mal höher als beim Korund. Während beim Strahlen mit Korund der Strahlmittelverbrauch schon im Stundensatz enthalten ist, wird beim Strahlen mit Natriumbicarbonat der Strahlmittelverbrauch extra berechnet. Der Strahlmittelverbrauch liegt etwa bei 125 kg/h.

In welchen Strahlanlagen und Verfahren kommt es zum Einsatz?

Natriumbicarbonat wird meist in einer manuell geführten Düse nass oder trocken verarbeitet. Es lässt sich im Injektor- wie auch im Druckstrahlverfahren einsetzen, in Sandstrahlkabinen und auch in Freistrahlhallen.

Technische Eigenschaften

Härte: 2,5 - 3 Mohs
Dichte: 2,22 g/cm³
Schüttgewicht: 0,65 - 1,2 g/cm³
Löslichkeit in Wasser: 96%

Alternativen zum Sodastrahlen

Kunststoffstrahlmittel-Typ-II-16-bis-20-meshÄhnliche Ergebnisse können auch mit Kunststoffgranulat oder vegetabilen Strahlmitteln wie Walnuss- oder Obstkernschalen erreicht werden, weil sie in etwa die gleiche Härte und Dichte wie Natriumbicarbonat haben.

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