Industrielles Aufrauen und Raustrahlen von Oberflächen
Aufrauen für eine bessere Haftung von Beschichtungen
Metalloberflächen weisen je nach Herstellungsverfahren eine mehr oder weniger raue, inhomogene Oberflächenstruktur auf. Vor ihrer Weiterverarbeitung müssen sie gleichmäßig aufgeraut werden, um die Adhäsion von Beschichtungen, Verklebungen oder Lackierungen zu verbessern. Das geschieht in der Regel mithilfe der Strahltechnik. Dieser Prozess wird auch als Raustrahlen bezeichnet.
Durch das Aufrauen oder Raustrahlen (teils auch als Schleifstrahlen bezeichnet) wird die Oberfläche eines Bauteils und damit die Kontaktfläche für die nachfolgenden Oberflächenschichten (z. B. Lack oder Kleber) gezielt vergrößert. Die Kontaktflächen müssen für eine optimale Haftung aber nicht nur rau, sondern auch sauber und frei von Verunreinigungen und Verschmutzungen sein . Nach dem Strahlen müssen deshalb alle Rückstände des Strahlprozesses wie Staub und Strahlmittel gründlich entfernt werden. Zur Reinigung der gestrahlten Werkstücke sind Strahlanlagen von Rösler daher mit Abblas-Einrichtungen oder speziellen Bürsten ausgestattet.
Aufrauen als Endbearbeitungsschritt in verschiedenen Industriezweigen
Das Aufrauen ist zwar in erster Linie ein Vorprozess oder Zwischenschritt vor dem Auftrag der entsprechenden Schichten auf den Grundwerkstoff, es kann aber auch ganz am Ende der Produktionskette stehen. So werden im Orthopädie-Bereich die Nicht-Gelenkseiten von Femur- und Tibia-Implantaten aufgeraut. Dieses Finish sorgt dafür, dass die Implantate gut im Körper festwachsen können.
Auch in anderen Branchen wie der Automobilindustrie kann das Aufrauen der letzte Schritt der Oberflächenbearbeitung sein. Etwa, wenn die Reibbeläge von Kupplungen vor der Endmontage aufgeraut werden, um den Haftreibungskoeffizienten zwischen Reibebelag und Gegenfläche zu verbessern und so für eine griffige Oberfläche zu sorgen.
Ein weiteres Ziel des Aufrauens kann die Beschleunigung von Kühlprozessen sein: Im Werkzeug- oder Formenbau werden Oberflächen in den Kühlkanälen oder auf Formeinsätzen aufgeraut, um den Wärmeübergangskoeffizienten zu erhöhen und dadurch die Wärmeabfuhr zu beschleunigen. In der Wärmeaustauschtechnik sorgen gezielt aufgeraute Innenflächen für einen verbesserten konvektiven Wärmeübergang. Im Motoren- und Turbinenbau werden Oberflächen durch gezieltes Aufrauen mikrostrukturiert, um die Wärmeableitung in hochbelasteten Bereichen zu verbessern und eine stabilere thermische Balance zu erreichen.
Was müssen Sie über das Aufrauen wissen?
Wichtige Fragen im Überblick
Was ist Sweepen, Sweep-Strahlen oder Feinstrahlen?
Das Sweepen bzw. Sweep-Strahlen oder Feinstaubstrahlen / Feinstrahlen ist eine besonders schonende Variante des Aufrauens und kommt besonders bei der Bearbeitung von empfindlichen Materialien wie Aluminium, Edelstahl oder feuerverzinktem Stahl zur Anwendung. Auch diese müssen vor dem Beschichten, Verkleben, Schweißen oder dem Auftragen einer Pulverbeschichtung sanft gereinigt und minimal aufgeraut werden. Durch den Einsatz von kantigem Strahlmittel und geringer Energie (Druckluft- oder Schleuderrad) wird gewährleistet, dass das Grundmaterial bzw. die Verzinkung dabei nicht zerstört wird und die speziellen Eigenschaften der Oberfläche erhalten bleiben.
Was kann Mattierstrahlen oder Dekorstrahlen?
Auch das Mattierstrahlen ist eine Sonderform des Aufrauens oder Raustrahlens. Bei dieser Bearbeitungs-Methode wird feines Strahlmittel eingesetzt, um Funktionsflächen zu schaffen oder optische Effekte zu erzielen. Zum Beispiel chirurgisches Besteck, das im OP nicht spiegeln darf, wird mit Keramikperlen gestrahlt, um ein seidenmattes Finish zu erzielen.
Optimale Oberflächenvorbereitung: Welche Rolle spielt das Aufrauen im Industriealltag?
Oberflächen aus Metall und Kunststoff werden im Industriealltag aufgeraut, um einen besseren Grund für die weitere Bearbeitung zu bieten. Unebenheiten werden entfernt, um so die besten Voraussetzungen für ein optimales Verzahnen bzw. Verbinden von Oberfläche und Verbundstoff (Lack, Kleber) zu erreichen. Wichtig ist dabei auch eine gezielte Vorbereitung des Werkstücks durch das Reinigen und die Entfernung von Rückständen.
Welche Messgrößen zur Beschreibung der Oberflächenrauheit gibt es?
- Ra-Wert (arithmetischer Mittenrauwert): Beschreibt den durchschnittlichen Abstand aller gemessenen Punkte von einer mittleren Bezugslinie. Der Wert wird in Mikrometern (µm) angegeben.
- Rz-Wert (gemittelte Rautiefe): Gibt den durchschnittlichen Höhenunterschied zwischen den höchsten Spitzen und den tiefsten Tälern über mehrere Einzelmessstrecken hinweg an.
- Rt / Rmax (Gesamtrauheit bzw. maximale Rautiefe): Bezeichnet die größte vertikale Differenz zwischen der höchsten Erhebung und der tiefsten Vertiefung innerhalb der gesamten Messstrecke.
- Rpk-Wert (reduzierte Spitzenhöhe): Bezeichnet die mittlere Höhe der tragenden Oberflächenspitzen über dem Kernprofil und gibt an, wie stark die obersten Rauheitsspitzen aus dem Materialkern herausragen.
Kleben, Lackieren, Beschichten: Welche Rauheitswerte sorgen für die stabilste Verbindung von Metall und Kunststoffkomponenten?
Für diese Angabe eignet sich der Rz-Wert besonders gut, da er den Mittelwert aus den gemessenen Rautiefen einschließlich der höchsten Spitzen und tiefsten Vertiefungen darstellt. Abhängig vom gewählten Verfahren, dem Werkstoff und der späteren Beanspruchung ist der entsprechende Rz-Wert zu bestimmen. In der Praxis kann dieser zwischen 10 und 100 µm liegen, je nach geforderter Haftung.
Wie verändert sich die Oberflächenenergie durch das Aufrauen?
Als Oberflächenenergie bezeichnet man die energetische Spannung an der Grenzfläche eines Materials. Sie gibt an, wie stark die Moleküle an der Oberfläche miteinander verbunden sind. Durch jedes Oberflächenbearbeitungsverfahren, wie das Schleifen, Strahlen oder Schweißen, wird die Oberflächenenergie verändert. Durch das Aufrauen einer Oberfläche erhöht sich ihre Oberflächenenergie und damit auch die Haftfähigkeit des Materials.
Welche Strahlmittel eignen sich fürs Raustrahlen?
Korund, Granatsand, Keramik, Edelstahlkörnergut, Kunststoffgranulat, Glasperlen oder Glasperlen-Bruch. Die Auswahl richtet sich, ebenso wie die passende Korngröße, nach dem zu bearbeitenden Material, dem Bearbeitungsziel bzw. gewünschten Rauheitswert, dem Ausgangszustand der Oberfläche und der Empfindlichkeit des Werkstücks. Generell sind aber kantige Strahlmittel eher geeignet.
Welche Anforderungen werden an die Strahlanlage gestellt?
Durch den Einsatz eines besonders aggressiven Strahlmittels beim Raustrahlen bzw. Aufrauen sind die Anlagen einem hohen Verschleiß ausgesetzt und müssen daher entsprechend robust konstruiert sein. Gleiches gilt für Turbinen und Strahlantriebe, die durch den kontinuierlichen Kontakt mit dem Strahlmittel stark beansprucht werden und ohne geeignete Auslegung des Systems schnell ersetzt werden müssten.
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