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Dr. Stefan Nettesheim – Entlacken und reinigen von Oberflächen mit Plasma

Plasmastrahlreinigung, atmosphärisches Plasma, Lackabtragung, Oberflächenreinigung. Bislang gilt die atmosphärische Plasmabehandlung eher als eine Feinreinigungstechnik, die nur auf die unmittelbare Oberfläche wirkt. Ein sauberes Abtragen von groben Verschmutzungen oder dicken Schichten war bislang nicht möglich.

Typischerweise wurden dicke Schichten (>1/100mm) immer zunächst mechanisch entfernt, z. B. durch Schleifen, Sandstrahlen oder Bürsten und dann nachgereinigt. Dabei entstehen große Mengen Staub und die Produktoberfläche kann geschädigt werden. Ein anderes gut etabliertes Verfahren ist der Abbrand mit Flamme oder Heißluft. Zwar entsteht so kein Staub, aber entsprechend der Zusammensetzung der Schicht eine hohe Emission gesundheitsgefährdender Brandgase. Auch nasschemische Verfahren mit aggressiven Beizen sind bei der Anwendung nicht ungefährlich. Reste der Beize können später zu Bauteil-Korrosion führen, und müssen nach dem Prozess vollständig entfernt werden.

Moderne Verfahren, wie z. B. die Laserreinigung oder Trockeneisstrahle (mit CO2) sind nicht in allen Fällen anwendbar und sind u. U. sehr kostenintensiv. Beim Trockeneisstrahlen ist eine kontinuierliche CO2-Strahlmittelversorgung erforderlich.

Um eine Schicht über ein elektrisch gezündetes Plasma von einem Werkstück effektiv abzutragen ist prinzipiell der beste Angriffspunkt das Interface zwischen den beiden Materialien. Gelingt es die Leistung des Abtragungsmechanismus genau auf diese innere Oberfläche zu „fokussieren“ ist die Effizienz des Prozesses am höchsten. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, die gesamte Schichtdicke schrittweise abzutragen, sondern das Interface wird so stark gestresst, dass die Schicht sich ablöst.

Ein Atmosphärendruck-Plasmabrenner, bei dem die Spannungsquelle einen hohen Spannungshub erzeugen kann, kann nun so betrieben werden, dass es in einer isolierenden oder schlecht leitenden Schicht auf einem leitfähigen Material zu einem elektrischen Durchbruch kommt und pulsartig eine hohe Energie am Übergang von der isolierenden Schicht zum leitfähigen Träger freigesetzt wird. Bei kurzen Pulsen wird eine thermomechanische Druck-welle am Interface freigesetzt und die Schicht wird in einem wohldefinierten Punkt freigesprengt.

Dabei entsteht nur eine sehr geringe Menge Abbrand und die Produktoberfläche wird kaum thermisch belastet oder mechanisch geschädigt. Das Ergebnis ist eine saubere Oberfläche mit einer feinen Aufrauhung, die ideal für weitere Verarbeitungsschritte aufbereitet ist. Kleben, Kontaktieren oder Beschichten kommen hier in Frage.

Der Plasma-Abtragungsprozess kann automatisiert oder manuell durchgeführt werden. So können auch schwierige und verwinkelte Stellen gut erreicht werden. Geeignet sind alle leitfähigen Substrate, wie z. B. Bleche, Aluminium, Stahl, Kupfer oder leitfähige Kohlefaser-strukturen. Das Plasmastrahlen bietet eine große Anwendungsflexibilität und kann unter anderem für folgende Schichtsysteme eingesetzt werden: Trennmittel, Schlichten, Produktrückstände, Kleber- und Leimablagerungen, Poliermittelrückstände, Bitumen, Wachse, Farbschichten, Flussmittelablagerungen. Die Einsatzgebiete liegen in der Produktion, Instandhaltung und Dienstleistung in nahezu allen industriellen Branchen.