Was ist die Almen-Intensität?

Die Almen-Intensität beschreibt die Fähigkeit eines Strahlmittelstroms, eine Oberfläche beim Kugelstrahlen (Verfestigungsstrahlen, Shot Peening) plastisch zu verformen. Das Verfahren wurde Anfang der 1940er-Jahre von John O. Almen bei General Motors entwickelt (US-Patent 2.350.440, erteilt 1944): Ein genormter Stahlstreifen wird auf einem Streifenhalter festgespannt und einseitig gestrahlt. Nach dem Ausspannen wölbt sich der Almen-Streifen durch die eingebrachte Druckeigenspannungsschicht, und man misst seine Bogenhöhe: Je größer die Bogenhöhe, desto höher die Intensität.

Die Intensität ist weder eine direkte Messung der kinetischen Energie noch eine Messung der Eigenspannung im Bauteil, sondern ein vergleichender, reproduzierbarer Indikator für die Prozesseinstellung. Zwei Normen regeln sie: SAE J442 legt die Almen-Streifen, den Streifenhalter und das Almen-Messgerät fest; SAE J443 beschreibt deren Anwendung, einschließlich der Erstellung der Sättigungskurve.

Die drei Typen von Almen-Streifen

Die Streifen N, A und C haben dieselben Abmessungen in der Fläche (etwa 76 × 19 mm) und unterscheiden sich nur in der Dicke – und damit in ihrer Empfindlichkeit gegenüber dem Strahl.

Streifen N

Dicke 0,79 mm (0,031 in). SAE J443 empfiehlt ihn, wenn die Intensität unter 0,10 mm A (0,004 in A) läge: niedrige Intensitäten, feines Strahlmittel, Glasperlen, dünnwandige Bauteile.

Streifen A

Dicke 1,29 mm (0,051 in). Der Referenzstreifen und mit Abstand der meistverwendete, insbesondere in der Luftfahrt. Von SAE J443 empfohlener Bereich: 0,10 bis 0,60 mm A (0,004 bis 0,024 in A).

Streifen C

Dicke 2,39 mm (0,0938 in). Empfohlen oberhalb von 0,60 mm A (0,024 in A): hohe Intensitäten mit grobem Strahlmittel an massiven Stahlbauteilen. Mit der Kaltverfestigung von Bohrungen durch Aufweiten (Split Sleeve, Split Mandrel) hat er nichts zu tun: Dieses mechanische Verfahren wird nicht über die Almen-Intensität gesteuert, sondern über die aufgebrachte Aufweitung und kontrollierte Bohrungsdurchmesser.

Diese Bereiche sind Empfehlungen. Kommen zwei Streifentypen in Frage, legt die Spezifikation des Auftraggebers oder die Zeichnung fest, welcher zu verwenden ist.

Messung, Schreibweise und Umrechnung

Die Bogenhöhe wird mit dem in SAE J442 festgelegten Almen-Messgerät gemessen, dessen Nullpunkt und Genauigkeit regelmäßig an einem Planblock und an Referenzblöcken überprüft werden. Eine Intensität wird immer als Bogenhöhe zusammen mit dem Streifentyp angegeben: zum Beispiel 0,30 mm A, also etwa 0,012 in A, in zollbasierten Spezifikationen oft als 12A abgekürzt (Wert in Tausendstel Zoll, gefolgt vom Buchstaben des Streifens). Spezifikationen geben meist einen Bereich vor, zum Beispiel 0,008–0,012 in A. Eine Bogenhöhe ohne Buchstaben ist bedeutungslos, und eine auf einen anderen Streifentyp umgerechnete „äquivalente“ Intensität ist keine genormte Schreibweise.

Faustregel für denselben Strahl: Der dünnere Streifen N wölbt sich etwa dreimal stärker als der Streifen A, und der Streifen A etwa dreimal stärker (häufig genannt werden 3 bis 3,5) als der Streifen C. Eine Bogenhöhe von 0,30 mm N entspricht also grob 0,10 mm A, und 0,10 mm C grob 0,30–0,35 mm A. Diese Verhältnisse sind Näherungen und nicht linear: Sie helfen bei der Wahl des Streifens, ersetzen aber nie eine auf dem spezifizierten Streifen erstellte Sättigungskurve.

Die Sättigungskurve

Eine Reihe von Almen-Streifen wird mit identischen Einstellungen und steigenden Strahlzeiten (oder Überlaufzahlen) gestrahlt, und die Bogenhöhe wird über der Zeit aufgetragen. Nach SAE J443 ist der Sättigungspunkt der erste Punkt der Kurve, bei dem eine Verdopplung der Strahlzeit (von T auf 2T) die Bogenhöhe um nicht mehr als 10 % erhöht; die Intensität ist die Bogenhöhe in diesem Punkt. AMS 2430 und AMS 2432 machen diese Definition verbindlich, indem sie auf SAE J443 verweisen.

SAE J443 verlangt mindestens vier Streifen pro Kurve, mit steigenden Zeiten, die den Sättigungspunkt einschließen. Ist die Kurve erstellt, wird die Intensität mit einem einzelnen, bei der Zeit T gestrahlten Streifen überprüft: Seine Bogenhöhe muss den Kurvenwert auf ±0,038 mm (±0,0015 in) genau wiederfinden. Wichtig: Die Sättigung betrifft den Streifen, nicht das Bauteil. Die Bedeckung (Überdeckungsgrad) des Bauteils ist eine eigene Größe und wird nach SAE J2277 bestimmt.

Häufige Fallstricke in der Praxis

• Nicht konforme oder verschmutzte Streifen – Ausgangsebenheit außerhalb der Toleranz, Öl oder Strahlmittelrückstände: Die gemessene Bogenhöhe ist falsch. Ein Streifen wird nur einmal verwendet.
• Nicht überprüftes Messgerät – ohne regelmäßige Kontrolle am Referenzblock driften alle Messwerte gemeinsam, ohne dass es jemand bemerkt.
• Schlecht erstellte Sättigungskurve – zu wenige Punkte oder ungünstig um T verteilte Punkte: Die angegebene Intensität ist nicht reproduzierbar.
• Nicht repräsentativer Streifenhalter – er muss Position, Winkel und Abstand der kritischen Bauteilzone nachbilden; sonst sagt die gemessene Intensität nichts über das reale Bauteil aus.
• Nicht beherrschte Strahlparameter – Düsenabstand und -winkel, Luftdruck oder Schleuderraddrehzahl, Strahlmitteldurchsatz, Korngröße und Zustand des Strahlmittels: Jeder dieser Parameter verschiebt die Kurve.

Konformität mit AMS 2430 / AMS 2432

AMS 2430 (automatisches Kugelstrahlen) und AMS 2432 (computerüberwachtes Kugelstrahlen) stützen sich auf SAE J442 und SAE J443: Die spezifizierte Intensität muss für jede Kombination von Einstellungen vor der Bearbeitung von Bauteilen durch eine Sättigungskurve ermittelt und anschließend regelmäßig überprüft werden. Bei einem NADCAP-Audit Surface Enhancement (Checkliste AC7117) erwartet der Auditor eine lückenlose Rückverfolgbarkeit: Sättigungskurven, Streifenzertifikate, Prüfung des Messgeräts, Strahlmittelkontrolle und Aufzeichnungen der Intensitätsprüfungen.

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Eine Abweichung zwischen angegebener und tatsächlich in der kritischen Zone erreichter Intensität geht meist auf einen der oben genannten Fallstricke zurück – und wird oft erst spät entdeckt, beim Kundenaudit. Unsere unabhängigen Audits (alle Anlagenhersteller) vergleichen den realen Prozess mit der geltenden Spezifikation: Sättigungskurven, Positionierung der Streifenhalter, Zustand von Messgerät und Strahlmittel. So lassen sich diese Abweichungen korrigieren, bevor sie ein NADCAP-Audit scheitern lassen.

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