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Wie funktioniert CO2-Strahlen?

Finden Sie heraus, wie die Trockeneisstrahltechnologie funktioniert.

Drei Hauptfaktoren tragen zur Funktion des CO2-Strahlens bei: die kinetische Energie des Pellets, der Temperaturschock-Effekt und der thermokinetische Effekt. Cold Jet sorgt durch die richtige Kombination und Anpassung dieser drei Kräfte bei jeder Anwendung für optimale Leistung:

  • Druckluft-Druck
  • Strahldüsen-Typ (Geschwindigkeitsverteilung)
  • Größe und Dichte der CO2-Pellets
  • Pellet-Massenrate und Flussdichte (Partikel pro Flächeneinheit pro Sekunde)

Kinetische Energie der Pellets

Am Cold Jet Prozess beteiligt sind Hochgeschwindigkeitsdüsen (Überschall) für die Oberflächenvorbereitung und die Beschichtungsentfernung. Die kinetische Aufprallkraft ist ein Produkt von Pellet-Masse und Geschwindigkeit im Zeitverlauf. Das Zuführungssystem von Cold Jet erzielt die größtmögliche Aufprallkraft aus einem festen CO2-Pellet, indem es die Pellets auf die größtmögliche Geschwindigkeit beschleunigt, die derzeit bei Strahlanwendungen auf dem Markt möglich ist.

Selbst bei hohen Aufprallgeschwindigkeiten und direkten Auftreffwinkeln ist der kinetische Effekt von festen CO2-Pellets im Vergleich zu anderen Medien (Splitt, Sand, PMB) relativ gering. Grund dafür ist die zu anderen Projektilmedien vergleichsweise weiche Konsistenz von festem CO2, das weniger dicht und hart ist. Hinzu kommt, dass die Pellets beim Auftreffen quasi sofort von der festen in die gasförmige Phase übergehen und damit die Stoßzahl in der Aufprallgleichung nahezu vernachlässigbar ist. In die Beschichtung oder das Substrat wird nur eine sehr geringe Aufprallenergie übertragen, sodass der Cold Jet Strahlreinigungsprozess als nicht scheuernd gelten kann.

Temperaturschock-Effekt

Durch die unmittelbare Sublimation (Phasenwechsel von fest zu gasförmig) des CO2-Pellets beim Aufprall wird von der sehr dünnen Oberschicht der Oberflächenbeschichtung bzw. des Schadstoffs kommend ein Maximum an Wärme absorbiert. Die maximale Wärme wird aufgrund der latenten Sublimationswärme absorbiert.

Aufgrund der sehr schnellen Wärmeübertragung von der Oberschicht der Beschichtung in das Pellet entsteht eine extrem hohe Temperaturdifferenz zwischen den nachfolgenden Mikroschichten der Beschichtung. Dieser steile Temperaturgradient erzeugt lokal sehr hohe Scherkräfte zwischen den Mikroschichten. Die Stärke der Scherkräfte hängt auch von der Wärmeleitfähigkeit der Beschichtung und dem Temperaturkoeffizienten aus Ausdehnung/Kontraktion sowie von der thermischen Masse des zugrunde liegenden Substrats ab. Die über einen relativ kurzen Zeitraum entstehenden hohen Scherkräfte führen zu einer schnellen Ausbreitung von Mikrorissen zwischen den Schichten, wodurch der Schadstoff bzw. die Beschichtung die letzte Bindung zur Oberfläche bzw. zum Substrat verliert.

Thermokinetischer Effekt

Durch die Ableitung der Aufprallenergie und die extrem schnelle Wärmeübertragung zwischen dem Pellet und der Oberfläche sublimiert das feste CO2 sofort in seinen gasförmigen Zustand. Das Gas dehnt sich innerhalb weniger Millisekunden auf das fast 800-fache Volumen des Pellets aus und erzeugt dadurch am Aufprallpunkt eine Art "Mikroexplosion".

Diese „Mikroexplosion”, die beim Übergang des Pellets vom festen in den gasförmigen Zustand entsteht, wird noch weiter verstärkt und hebt die thermisch aufgebrochenen Beschichtungspartikel vom Substrat ab. Grund dafür ist die beim Pellet fehlende Rückprallenergie. Die Masse wird beim Aufprall über die Oberfläche verteilt. Das CO2-Gas dehnt sich entlang der Oberfläche nach außen aus und führt eine „Explosionswelle” mit sich, einen Bereich hohen Drucks zwischen der Oberfläche und den thermisch aufgebrochenen Beschichtungspartikeln. Daraus ergibt sich eine sehr effiziente Hebekraft, welche die Partikel von der Oberfläche wegträgt.

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