Sandstrahlen

Sandstrahlen ist ein sehr häufig eingesetztes Verfahren zur Behandlung von Oberflächen. Es kommt dabei für viele Zwecke in unterschiedlichen Verfahren und mit unterschiedlichen Mitteln zur Anwendung.

In seiner Wirkung ist das Sandstrahlen dabei wahlweise ein schleifendes (abrasives) oder reinigendens Verfahren. Verantwortlich für die jeweilige Wirkung sind die Wahl des eingesetzten Strahlverfahrens und die Wahl des Strahlmittels.

Grundsätzliche Funktionsweise bei allen Strahlverfahren

Das grundsätzliche Funktionsprinzip beim Sandstrahlen besteht darin, dass ein gewähltes Strahlmittel in ausgewählter Körnung mittels Druckluft auf die zu bearbeitende Oberfläche der jeweiligen Werkstücke (Strahlgut) geblasen wird.

Die Strahlmittel befinden sich dabei in einem Vorratsbehälter, von dem aus sie in einstellbarer Menge vom Druckluftstrahl mitgenommen werden.

Treffen die Strahlmittel mit hoher Geschwindigkeit (möglich sind bis zu 576 km/h bei einzelnen Strahlverfahren) auf die Oberfläche, erzeugt der Aufprall eine Wirkung. In den meisten Fällen besteht diese Wirkung im Abtragen von oberflächlichen Schichten (Rost, Verschmutzungen, sogenannter Zunder, vorhandene Farbschichten, etc.). Die Wahl von Strahltechnik und Strahlmittel sowie -Körnung muss dabei so erfolgen, dass nur die unerwünschten Schichten auf der Oberfläche entfernt werden, die Oberfläche selbst durch die Abeiten aber nicht beschädigt wird.

Nicht-abrasive Strahlverfahren (d. h. Strahlverfahren ohne Schichtenabtrag) werden nur zum Reinigen von Oberflächen eingesetzt. Ein in den letzten Jahren zunehmend verbreitete Sandstrahltechnik im Bereich der nicht abrasiven Strahlverfahren ist beispielsweise das Trockeneis-Strahlen. Auch andere Verfahren können aber so eingestellt werden, dass sie kaum oder nur minimal abrasiv sind (z. B. Niederdruck-Wirbelstrahl-Verfahren).

Nach Durchführung des Strahlens bleibt der sogenannte Strahlschutt (Reste des Strahlmittels und der abgetragenen Oberflächenschichten) zurück. Er muss sorgfältig entsorgt werden, in vielen Fällen kann das Strahlmittel danach aufbereitet und wiederverwendet werden, wenn es sich nicht um Einweg-Strahlmittel (EwSM) handelt.

Anwendungsmöglichkeiten für Sandstrahlen

Im Bereich der abrasiven Oberflächenbearbeitungen wird das Sandstrahlen als sehr wirksames Mittel zum Entrosten oder Entlacken von Oberflächen eingesetzt. Weniger abrasive Verfahren können auch verwendet werden, wenn eine Oberfläche nur geringfügig aufgeraut werden soll (damit etwa eine nachfolgende Beschichtung besser hält, vergleichbar dem „Anschleifen“ von Holz vor dem Lackieren).

Grundsätzlich können fast alle Arten von Oberflächen beim Einsatz geeigneter Strahlmittel und Strahlverfahren durch Sandstrahlen behandelt werden. Sehr häufig wird Sandstrahltechnik im Bereich der Metallbearbeitung eingesetzt, möglich ist die Anwendung aber auch bei Holz, Mauerwerk und Fassaden, bei Beton, Glas und bei Textilien (etwa für den „Stone-Washed-Effekt“ bei Jeans).

Als Reinigungsverfahren wird das Sandstrahlen bei Fassaden aber auch bei Holzbauteilen eingesetzt.

Gefahren und Schutzvorkehrungen beim Sandstrahlen

Besonders beim Einsatz von sehr feinkörnigen Strahlmitteln können hohe Gesundheitsgefahren durch das Sandstrahlen bestehen. Insbesondere das namensgebende Strahlmittel, der Quarzsand, ist aus diesem Grund heute als Strahlmittel bereits verboten. Der quarzhaltige Staub kann eine sogenannte Silikose der Lunge (Quarzstaublunge) hervorrufen, die mit der Zeit zu einer Vermehrung von Bindegewebe in der Lunge und zu einer immer weiter verringerten Sauerstoffaufnahme in der Lunge und ständiger massiver Atemnot führt. Im Gefolge sind dann weitere Krankheiten der Lunge wie Tuberkulose oder Lungenkrebs sehr häufig.

Trotz der Gefahren wird das Arbeiten mit Quarzsand in vielen Billiglohnländern bei der Herstellung von Textilien weiter eingesetzt, zum größten Teil ohne jegliche Schutzmaßnahmen. Arbeiter können diese Jobs meist nur wenige Jahre ausführen, bevor sie vollständig arbeitsunfähig werden. Die Lebenserwartung liegt dann oft nur noch bei wenigen Jahren. Der durch die übliche Billigstproduktion herrschende Kostendruck für die Produzenten in asiatischen Billiglohnländern macht andere Technologien oder umfangreiche Schutzmaßnahmen dabei aber ohnehin nahezu unmöglich. Quarzsand ist das kostengünstigste Strahlmittel, weniger gefährliche Alternativen wären für die Billigstproduzenten kaum finanzierbar.

Auch bei anderen eingesetzten Mitteln können durch die entstehenden Stäube beim Sandstrahlen Gefahren bestehen, weshalb das händische Sandstrahlen mit festen, körnigen Strahlmitteln nur in sogenannten Strahlkabinen ausgeführt werden darf. In industriellen, maschinell geführten Strahlanlagen sind die betreffenden Strahlbereich dann entsprechend abgeschirmt. Arbeiten ohne entsprechende Schutzvorkehrungen oder außerhalb von Strahlkabinen bergen dabei hohe Gesundheitsgefahren, immer wieder kommt es auch heute noch zu gesundheitlichen Schäden bei in solchen Betrieben Beschäftigten (Berufskrankheit).

Strahlverfahren im Überblick

Die einfachste Art sandzustrahlen ist mit einer Becherpistole und einem Hochdruckreiniger. Dabei werden Wasser und Strahlmittel gemeinsam eingesetzt.

Im profesionellen Bereich unterscheidet man allerdings zunächst einmal grundlegend zwischen Hochdruckstrahlen und Niederdruckstrahlen. Die Einteilung ist selbsterklärend, ausschlaggebend ist der beim Strahlverfahren eingesetzte Luftdruck. Niederdruck-Verfahren werden für schonende Oberflächenbearbeitungen (Bautenschutz, Betonsanierung, Restauration von Holzmöbeln, Beseitigen von Brandschäden, etc.) eingesetzt.

Beim Hochdruckwasserstrahlen wird nur mit Wasser gearbeitet, allerdings mit Drücken von bis zu 4.000 bar. Zusätzliche Strahlmittel kommen nur beim Bearbeiten von besonders harten Oberflächen (Stahl, Keramik, Glas) zum Einsatz. Hochdruckwasserstrahlen ist eine sehr wirksame und dabei sehr schonende und umweltfreundliche Strahlmethode, das sonst notwendige nachfolgende Reinigen des Strahlguts (Werkstücke) entfällt dabei.

Bei Verdichtungsstrahlen, das nur bei Metallen eingesetzt wird, sollen dagegen innere Spannungen im Material aufgebaut werden, die die Metalle belastbarer machen und ihre Lebensdauer verlängern. In den meisten Fällen kommt als Strahlverfahren hier das sogenannte Kugelstrahlen zum Einsatz.

Das Vakuum-Saugstrahlen kehrt den Strahlvorgang beim Sandstrahlen komplett um: hier werden die Partikel nicht durch Druckluft auf die zu bearbeitende Oberfläche geschleudert, sondern durch Ansaugen beschleunigt. Der Strahlschrott kann so direkt abgefangen werden, das Verfahren ist damit sehr sauber und auch funkenfrei.

Unterschiedliche industrielle Anlagen übernehmen das Sandstrahlen in einzelnen Maschinenbereichen selbsttätig – etwa beim Roboterstrahlen oder in Trommelstrahlanlagen. Auch in der Keramikbearbeitung werden heute vielfach zum Reinigen der erzeugten Produkte nach dem Brennen automatisierte Sandstrahlverfahren eingesetzt.

Strahlmittel im Überblick

Die Zahl der möglichen Strahlmittel ist sehr groß, dazu stehen alle Strahlmittel in unterschiedlichen Korngrößen zur Verfügung. Gebräuchlich sind unter anderem:

  • Korund (sehr häufig eingesetzt, hoch abrasiv, scharfkantig, ferritfrei)
  • Granatsand (sehr hart)
  • Stahlkies
  • Bronzekies
  • Hochofenschlacke (ebenfalls sehr häufig eingesetzt)
  • Calciumcarbonat-Granulate
  • diverse Kunststoffe
  • diverse keramikbasierte Strahlmittel
  • Drahtkorn
  • Glasperlen (Glasperlen-Strahlen als eigenes Verfahren)
  • Stahlkugeln

Beim Trockeneisstrahlen kommt ein spezielles Strahlmittel zum Einsatz, nämlich Pellets aus gefrorenem Kohlendioxid. Es ist das einzige Strahlmittel, das völlig rückstandsfrei eingesetzt werden kann (mit Ausnahme von reinem Wasser beim Hochdruckwasserstrahlen natürlich).

Niederdruck-Wirbelstrahlverfahren

Hierbei handelt es sich um ein sehr schonendes Strahlverfahren, bei dem mit niedrigem Druck (ab rund 0,1 bar) und einem Wasserstrahl gearbeitet wird. Der Wasserstrahl wird im Kopf der Strahlpistole noch zusätzlich verwirbelt, damit er nicht mit voller Härte auf die Oberfläche trifft. Das Verfahren ist besonders schonend und auch für sehr empfindliche Oberflächen (z. B. Naturstein, hochwertige Hölzer) einsetzbar. Das JOS-Verfahren und das MEOS-Verfahren sind Varianten dieser Strahltechnik.

Trockeneisstrahlen

Beim Trockeneisstrahlen wird wie bereits erwähnt mit Pellets aus gefrorenem Kohlendioxid gestrahlt. Die sehr kalten Pellets mit einer Temperatur von -79 °C verspröden beim Auftreffen unerwünschte Schichten an der Oberfläche, sie gefrieren sofort und dehnen sich dadurch sehr schnell aus. Durch diese schlagartige Ausdehnung platzen die unerwünschten Schichten einfach von der Oberfläche ab.

Das Verfahren ist grundsätzlich nicht abrasiv, da Trockeneispellets mit einer Mohshärte von nur 2 – 3 relativ weich sind, kann aber bei Bedarf durch Beimengen härterer Strahlmittel abrasiver gemacht werden.

Die Trockeneispellets selbst erwärmen sich durch den Kontakt mit der Oberfläche schlagartig und sublimieren dabei zu gasförmigem Kohlendioxid, das einfach in die Atmosphäre entweicht. Damit bleiben keinerlei Reste des Strahlmittels zurück, die entsorgt werden müssten (solange keine anderen Strahlmittel beigemengt werden). Das Verfahren ist damit sehr sauber und kann auch ohne Strahlkabine und mobil im Außenbereich eingesetzt werden.

Kosten für Strahlarbeiten

Die Kosten für beauftragte Strahlarbeiten richten sich einerseits nach dem Arbeitsaufwand, den benötigten Rüstzeiten und der Art und Menge des verbrauchten Strahlmittels. Die Kosten für gegebenenfalls nötige Vorarbeiten am Strahlgut müssen meist gesondert bezahlt werden.

Strahlarbeiten durch den Profi sind aber meist nicht so teuer, wie häufig geschätzt wird. Das Entrosten oder Entlacken einer kompletten Karosserie wird meist nur mit 30 EUR bis 60 EUR je laufendem Meter verrechnet, beim Entlacken von Holz muss man meist nur mit 15 – 30 EUR pro m² rechnen. Das Entrosten von Autofelgen kostet meist nur zwischen 15 und 30 EUR pro stück.

Bei Gebäudefassaden wird bei herkömmlichen Strahlverfahren meist ein Grundpreis zwischen 50 EUR und 100 EUR pro Stunde und zusätzlich ein Quadratmeterpreis von 20 – 40 EUR pro m² verlangt.

Feinstrahlarbeiten können auch teurer sein, ein zusätzlicher hoher Arbeitsaufwand (z. B. Rüstzeit) kann den Preis ebenfalls nach oben treiben, das gleichzeitige Strahlen mehrerer Teile (z. B. Fahrzeugteile oder Maschinenteile) kann die Gesamtkosten dagegen senken.

Für das mobile Trockeneisstrahlen werden meist Kosten von 150 EUR bis 250 EUR pro Stunde verlangt, abgerechnet wird hier fast ausschließlich auf Stundenbasis.

Selbst sandstrahlen?

Abgesehen davon, dass in den meisten Fällen ohnehin die benötigte Ausrüstung (Strahlgerät, Strahlkabine) fehlt, lohnt sich das meist nicht. Unprofessionelle Arbeiten (z. B. Strahlen ohne Strahlkabine und Umgebungsschutz) sind nicht nur hoch gesundheitsgefährlich, sondern sorgen im Nachgang auch für einen Reinigungsaufwand (Entfernen des benutzten Strahlmittels), der meist in keinem Verhältnis zum Ergebnis steht.

Das Trockeneisstrahlen könnte aufgrund des sich selbst auflösenden Strahlmittels zwar selbst angewendet werden, wenn man über entsprechende Fachkenntnisse verfügt, die dazu benötigten Geräte sind allerdings extrem teuer, die Miete ist meist nur bei kleineren Geräten möglich und die Mietangebote sind nicht besonders zahlreich. Selbst bei kleineren Geräten liegen die Mietkosten für einen einzelnen Tag bereits bei meist 130 – 300 EUR, dazu kommen als Privatanwender noch die Mehrwertsteuer, die Lieferkosten und die Kosten für das Strahlmittel. In den allermeisten Fällen wird sich das also nicht lohnen.

Fazit

Sandstrahlen gehört zu den wichtigsten Oberflächenbearbeitungsverfahren in vielen Bereichen. Aus unserer heutigen Welt ist es dabei nicht wegzudenken, für nahezu jede Oberfläche und jeden Bearbeitungszweck gibt es heute ein passendes Strahlverfahren – vom Entrosten von Kfz-Teilen bis hin zur Graffiti-Entfernung auf hochempfindlichen, historischen Fassaden. Sandstrahlen birgt dabei nicht unerhebliche Gesundheitsgefahren und sollte nur mit professioneller Ausrüstung und professionellen Schutzverfahren von entsprechend ausgebildeten Profis durchgeführt werden. Die hohen Kosten für Strahlgeräte und Ausrüstung machen eine Selbstanwendung dabei aber ohnehin schon von vornherein meist nicht rentabel.

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