Strahlarbeiten
Strahlen ist ein Fertigungsverfahren, bei dem Strahlmittel (als Werkzeug) in Strahlgeräten, -maschinen oder -anlagen beschleunigt (z. B. mit Druckluft, mit Wasser, durch Schleuderräder) und mit hoher Geschwindigkeit auf die Oberfläche des Strahlgutes (Werkstück) gebracht wird. Man unterscheidet:
- Reinigungsstrahlen (Werkstück wird gereinigt)
- Veredelungsstrahlen (Oberfläche des Werkstücks wird verändert)
- Strahlspanen (Werkstück wird durch Zerspanen verändert)
- Verfestigungsstrahlen (Festigkeit der Oberfläche des Werkstücks wird verändert)
- Umformstrahlen (Werkstück wird durch Umformen verändert).
Strahlmittel (Abbildung) sind in der Regel körnige Stoffe, die mit Geschwindigkeiten von ca. 20 bis 300 m/s auftreffen. Sie können mineralisch oder metallisch sein. Unbrauchbar gewordene Strahlmittel und die beim Strahlen abgetragenen Stoffe werden als Strahlschutt bezeichnet.
Das Strahlmittel wird über die Strahleinrichtung ausgebracht. Dies geschieht bei Strahlgeräten manuell und bei Strahlmaschinen maschinell. Strahlgeräte und -maschinen bestehen außerdem aus Strahlmittelbehälter, Einrichtung zum Beschleunigen des Strahlmittels sowie Förderleitung. Wird das Strahlmittel im Umlaufverfahren eingesetzt, sind zusätzlich Einrichtungen zum Sammeln, Reinigen und Rückführen der gebrauchten Strahlmittel sowie zum Abscheiden der unbrauchbaren Bestandteile erforderlich. Strahlgeräte werden sowohl ortsveränderlich als auch ortsfest eingesetzt. Der ortsfeste Einsatz erfolgt wie der Einsatz von Strahlmaschinen in einem separaten Strahlraum. Strahlmaschinen mit Fördereinrichtung zur Beschickung und Entnahme für das Strahlgut werden als Strahlanlagen bezeichnet.
Für Strahlarbeiten gelten Schutzalterbestimmungen. Eine Betriebsanweisung muss u. a. auf die Gefahren hinweisen sowie Informationen zur Persönlichen Schutzausrüstung, zur Hygiene und zur Ersten Hilfe enthalten.
Beim manuellen Strahlen - Freistrahlen - arbeitet der Freistrahler im Freien oder im Strahlraum. Er ist hierbei der Einwirkung des zurückprallenden Strahlmittels, des Trägermittels, des evtl. entstehenden Staubes unmittelbar ausgesetzt. Zwischen Freistrahler und Maschinenführer muss Sichtkontakt oder eine andere Möglichkeit der Verständigung bestehen (z. B. Funk). Nach Loslassen der Betätigungseinrichtung darf kein Strahl- und Druckmittel mehr aus der Düse der Strahleinrichtung austreten.
Fest eingerichtete Strahlräume (z. B. Kabinen) müssen so beschaffen sein, dass
- sich innen möglichst kein Staub ablagern kann
- durch Austritt von Staub in der Umgebung die Grenzwerte nicht überschritten werden
- die im Strahlraum arbeitenden Personen von außen (z. B. durch ein Fenster) beobachtet werden können.
Sofern der entstehende Staub nicht wirksam gebunden wird, z. B. bei Anwendung eines anerkannten Nassdruckluftstrahlverfahrens, muss er abgesaugt werden. Der Unterdruck soll in stationären Strahlräumen 40 bis 50 Pa bzw. die Strömungsgeschwindigkeit in den Strahlraumöffnungen mindestens 1,0 m/s betragen. Treten beim Freistrahlen Gefahrstoffe auf, ist zusätzlich pro Stunde ein 40- bis 60facher Luftwechsel erforderlich. Bei Bauarbeiten gelten andere Werte.
Die Persönlichen Schutzausrüstungen beim Freistrahlen umfassen z. B. speziellen Atemschutz und spezielle Schutzanzüge, Prallschutz, Schutzhandschuhe und Schutzschuhe.
Zum Reinigen der Schutzanzüge müssen in unmittelbarer Nähe des Strahlraumes entsprechende Einrichtungen vorhanden sein. Die Umkleideräume für Straßenkleidung und Schutzausrüstung sind durch einen Waschraum voneinander zu trennen (Schwarz/Weiß-Prinzip).
Strahlmittel dürfen nur begrenzt gefährliche Stoffe enthalten:
1. Antimon, Blei, Cadmium, Zinn, Arsen, Beryllium, Chromate, Kobalt und Nickel insgesamt mit maximal 2 % des Gewichts
2. Arsen, Beryllium, Chromate, Kobalt und Nickel insgesamt mit maximal 0,2 % des Gewichts
3. Beryllium, Chromate, Kobalt und Cadmium einzeln maximal 0,1 % des Gewichts.
Ihre Anteile sind so gering wie möglich zu halten, wobei Metallverbindungen als Metalle und Chromate als Chromtrioxid zu berechnen sind. Weiter dürfen Strahlmittel nicht mehr als 2 % ihres Gewichts an freier kristalliner Kieselsäure (Cristobalit, Quarz, Tridymid) enthalten.
Für die Verwendungsbeschränkung von Strahlmitteln mit erhöhten Nickel- und Kieselsäuregehalten gibt es bei besonderen Bedingungen Ausnahmen. Es müssen dann z. B. berufsgenossenschaftlich oder behördlich anerkannte Arbeitsverfahren angewandt werden.
Durch abgelagerten oder aufgewirbelten Staub können beim Strahlen Feuer- und Explosionsgefahren entstehen. Ist damit zu rechnen, dürfen keine Zündquellen vorhanden sein, sofern nicht angemessene Schutzmaßnahmen getroffen sind.
Das wechselweise oder gleichzeitige Strahlen unterschiedlicher Metalle (Leichtmetalle und Eisenwerkstoffe) im selben Strahlraum ist nur bei Schutzmaßnahmen gegen Feuer- und Explosionsgefahren zulässig, oder es müssen vor jedem Wechsel sowohl die Absaugeinrichtung als auch der Strahlraum gereinigt werden. Strahlmittel aus Stahl und Gusseisen dürfen nicht für Magnesiumlegierungen mit mehr als 80 % Magnesium eingesetzt werden.
Brennbare Staubablagerungen (Korngröße £ 0,5 mm) in Räumen, Abscheidern und Absaugeinrichtungen müssen in angemessenen Zeitabständen entfernt werden. Instandhaltungsarbeiten, bei denen Zündquellen nicht vermieden werden können, dürfen erst nach Reinigung des Arbeitsbereichs erfolgen.
Neben festen körnigen Strahlmitteln wird zunehmend als Strahlmedium Trockeneis (CO~2) verwendet (Abbildung). Auf etwa -60° Celsius abgekühltes Kohlendioxidgas wird in Form feinkörniger Pellets (Trockeneisstaub) eingesetzt. Das kalte CO~2-Gas versprödet beim Auftreffen auf die Werkstückoberfläche sofort Schmutz und Ablagerungen, es bilden sich Risse und es kommt zu partiellen Ablösungen. Die mit einer Geschwindigkeit von 300 m/s auftreffenden Pellets dringen in die sich ablösende Schicht ein und werden dort wieder gasförmig. Da sich hierbei das Volumen ca. um den Faktor 700 vergrößert, wird im Innern der Schicht Druck erzeugt und sie löst sich von der Werkstückoberfläche. Durch die sich ergänzenden Wirkungsweisen werden kleinste anhaftende Teilchen entfernt. Als Abfall bleibt ausschließlich der abgetragene Schmutz.
Trockeneis wird im Freistrahlverfahren (auch mit Roboter) eingesetzt. Die Herstellung der Trockeneis-Pellets geschieht in so genannten "Pelletizer (Abbildung)"; die Pellets können vom Betrieb entweder extern bezogen oder selbst vor Ort hergestellt werden.
Der Einsatz dieses Verfahrens empfiehlt sich besonders bei teuren Bauteilen mit empfindlichen und filigranen Oberflächen. Neben den Vorteilen in den Bereichen Qualität (Oberflächenschonung), Lagerung von Strahlmitteln (termingerechte Lieferung oder Erzeugung) und Instandhaltung (kurze Stillstandzeiten, weniger Demontage) ergeben sich Vorteile im Arbeits- und im Umweltschutz. Die persönlichen Schutzmaßnahmen sind weniger aufwändig und für die Beschäftigten weniger belastend. Bei den Arbeiten in ausreichend belüfteten Räumen sind Gehörschutz und Kälte-Schutzhandschuhe erforderlich. Spezielle Schutzmaßnahmen ergeben sich aus der Gefährdungsbeurteilung. Wichtig ist der Hinweis an die Beschäftigten, dass Pellets wegen der Volumenzunahme nicht in den Mund genommen werden dürfen.
Die Vorteile im Umweltschutz ergeben sich aus den geringeren Kosten für Lagerung, Behandlung und Entsorgung des Abfalls und des Abwassers.
Weitere Informationen zum Arbeitsschutz:
