DE19636305C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Entfernung von Beschichtungen oder Belägen von Oberflächen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Beschichtungen oder Belägen von Oberflächen mittels Trockeneis (CO₂), wobei CO₂-Pellets in einer Strahlanlage aus einem Vorratsbehälter in einen Gasstrom eindosiert, mit dem Gasstrom zu einer Strahldüse gefördert und durch die Strahldüse auf die zu bearbeitende Oberfläche geleitet werden. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Entfernung von Beschichtungen oder Belägen von Oberflächen mittels Trockeneis (CO₂), die zumin­ dest eine Strahlanlage mit einem Vorratsbehälter zum Eindosieren von CO₂-Pellets in einen Gasstrom und eine Strahldüse zur Beschleunigung von CO₂-Pellets auf die zu bearbeitende Oberfläche umfaßt.

Dabei geht es auch um das Entfernen von Beschichtungen oder Belägen von Oberflächen empfindlicher Materialien. Beispiele für derartige empfindlichen Stoffe sind Holz Kunststoffe (z. B. Kunststoffschäume), Natur­ stein (z. B. Sandstein), Klinker und dergleichen gegen Abrieb anfällige und/oder poröse Stoffe.

Es werden mit der Erfindung verschiedenste Beläge (z. B. Ruß, Moos, Ablagerungen von Luftschadstoffen) und auch insbesondere hochviskose Beschichtungen ange­ sprochen. Hierunter werden im Rahmen der Erfindung insbesondere Beschichtungen aus Wachs, aus einer wachsartigen Substanz, aus nicht schlagfesten oder nicht schlagzähen Anstrichen oder Lacken, Beschichtungen auf Leimbasis und/oder dergleichen verstanden. Zu den Wachsen oder wachsartigen Substanzen werden dabei alle Stoffe mit den für Wachse typischen verarbeitungstechnologischen Eigenschaften gezählt. Derartige Stoffe sind bei Zimmertemperatur knetbar fest bis brüchig hart, grob bis feinkristall, oberhalb einer Temperatur von etwa 40°C ohne Zersetzung schmelzend, schon wenig oberhalb des Schmelzpunktes verhältnismäßig niedrigviskos und/oder in ihrer Konsistenz stark temperaturabhängig.

Die Entfernung der genannten Beschichtungen oder Beläge von Oberflächen, bei­ spielsweise aus Holz, hat sich insbesondere im Zusammenhang mit der Bearbeitung von großen Flächen als außerordentlich schwierig, mühsam oder umständlich erwiesen. Die auftretenden Probleme werden im folgenden anhand des Beispiels der Entwachsung von Parkettböden aufgezeigt.

Parkettböden sind in der Regel mit einer bis zu 5 mm dicken Wachsschicht überzogen. Die Entfernung der Wachsschicht vom Parkett oder Reinigung des Parketts von im Wachs eingelagertem Schmutz ohne eine Beschädigung des Parketts ist insbeson­ dere bei historischen Parkettböden erforderlich. Die Bearbeitung durch abrasive Strahlmittel oder mechanische Hilfsmittel führt unweigerlich zu Beschädigungen des Parketts und scheidet daher aus. Der Einsatz von Lösemitteln ist ebenfalls problema­ tisch, da Lösemittel den Schmutz besser als das Wachs "mobilisieren", was gerade zu einer Sammlung des Schmutzes im Parkett führt. Außerdem wird dadurch Wachs unter die Parkettfläche getragen, was Anhebungen des Parketts verursachen kann.

Neben den aufgezählten Möglichkeiten bietet sich grundsätzlich die Alternative des Einsatzes von Trockeneis als reinigendes Strahlmittel an. In diesem Fall wird festes Kohlendioxid (CO₂) in Form von komprimierten, in der Regel reiskorngroßen Pellets eingesetzt. Diese CO₂-Pellets werden in einer Strahlanlage in einen Gasstrom eindosiert, mit dem Gasstrom zu einer Strahldüse gefördert und durch die Strahldüse auf die zu bearbeitende Oberfläche geleitet. Die Strahldüse ist dabei in der Regel in einer Strahlpistole eingebaut. Die Strahldüse ist im Zusammenhang mit der Erfindung als Strahldüse in weiterem Sinne zu verstehen, so daß hiervon auch beispielsweise ein offenes Schlauchende umfaßt ist. Die Pellets prallen mit hoher Geschwindigkeit auf die zu bearbeitende Oberfläche auf. Bei Reinigungsversuchen mit CO₂-Pellets an Holzoberflächen wurden jedoch durch die Schmutz-bzw. Wachsentfernung verursach­ te Oberflächenschäden festgestellt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, welche eine wirksame, aber gleichwohl ma­ terialschonende Entfernung von Beschichtungen oder Belägen von Oberflächen und/oder eine ebensolche Reinigung der Oberflächen gewährleisten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für das Verfahren dadurch gelöst, daß die CO₂-Pellets zwischen Vorratsbehälter der Strahlanlage und dem Austritt aus der Strahldüse zerkleinert werden.

Überraschenderweise wurde nämlich festgestellt, daß die Oberflächenschäden bei der Behandlung mit CO₂-Pellets durch den Anteil der größeren Pellets im Strahl verursacht wurden. Üblicherweise werden Trockeneis-Pellets in einem Pelletierer hergestellt. Hierzu wird flüssiges Kohlendioxid in den Pelletierer eingespritzt, durch Entspannung in Trockeneis (Schnee) überführt, zu einem "Kuchen" komprimiert und schließlich durch eine Matrize gepreßt. Als Resultat entstehen etwa reiskorngroße CO₂-Pellets mit einer gewissen Größenverteilung. Das so hergestellte Granulat weist typischerweise Mittelwerte von einer Länge von 8 mm und einem Durchmesser von 3 mm auf.

Die Reinigungsleistung von CO₂-Pellets basiert ebenso wie bei anderen Strahlmitteln wie Wasser, Sand und Kunststoffgranulat auf der kinetischen Energie der einzelnen Strahlmittelteilchen. Darüber hinaus weist Trockeneis-Granulat spezielle physikalische Eigenschaften auf, die zusätzlich die Reinigungswirkung erhöhen. Die CO₂-Pellets besitzen eine Temperatur von etwa -78°C, wodurch eine schockartige Abkühlung der zu behandelnden Oberfläche bewirkt wird. Resultierende thermische Spannungen lockern den Verbund zwischen Beschichtung bzw. Belag und Oberfläche. Eine ge­ steigerte Reinigungsleistung wird außerdem durch Haftminderung infolge von Erstar­ rung und Verspröden erzielt. Die Sublimation des CO₂ bedeutet eine explosionsartige Volumenvergrößerung etwa um den Faktor 600, was zu einem Absprengen oder Ab­ blasen der Beschichtungen und Beläge führt.

Die Bearbeitung mit CO₂-Pellets verläuft rückstandsfrei, da das sublimierte gasförmige CO₂ problemlos entweichen kann. CO₂-Pellets weisen eine Härte vergleichbar der von Gips auf, weshalb empfindliche Oberflächen geschont werden und weshalb beim Bestrahlen mit CO₂-Pellets keine oder nur eine geringe Abrasivität vorliegt, während dies aber beispielsweise beim Einsatz von Sand nicht der Fall wäre.

Die erfindungsgemäße Zerkleinerung der CO₂-Pellets führt zu einer verringerten mitt­ leren kinetischen Energie der auf die Oberfläche auftreffenden CO₂-Pellets, da die Größenverteilung der CO₂-Pellets zu kleineren Werten verschoben wird. Auf diese Weise läßt sich die oberflächenschonende Bearbeitung und/oder Reinigung erklären. Einer Bearbeitung und Reinigung ohne Beschädigung des Parketts kommt jedoch gerade bei der Entwachsung von insbesondere historischen Parkettböden eine große Bedeutung zu.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich der Vorrichtung dadurch gelöst, daß diese Vorrichtung Mittel zum Zerkleinern der CO₂- Pellets zwischen Vorratsbehälter der Strahlanlage und dem Austritt aus der Strahldüse umfaßt. Mittel zum Zerkleinern der CO₂-Pellets sind also innerhalb der Vorrichtung bis zum Austritt aus ihr vorgesehen.

Eine Möglichkeit der erfindungsgemäßen Zerkleinerung der CO₂-Pellets bietet eine mechanische Beanspruchung der CO₂-Pellets an der Innenfläche eines Schlauches, der üblicherweise die Strahlanlage mit der Strahlpistole bzw. Strahldüse verbindet und zur Beförderung der CO₂-Pellets über einen Gasstrom dient. Die mechanische Bean­ spruchung der CO₂-Pellets an der Innenseite des vorzugsweise biegsamen Schlau­ ches kann durch eine Oberfläche der Schlauchinnenseite mit erhöhter Rauhigkeit oder Struktur verstärkt werden. Die Rauhigkeit oder Struktur sollte vorzugsweise etwa in der Größenordnung der Pelletgröße liegen. Gute Ergebnisse konnten beispielsweise mit einem Wellrohrschlauch erzielt werden. Hierbei bewirkt die Wellrohrstruktur der Schlauchinnenseite eine Zerkleinerung der CO₂-Pellets. Daher ist die Verwendung eines Wellrohrschlauches ohne Abdeckung der Wellrohrstruktur (etwa durch einen glatten Innenschlauch oder Innen-"Liner") zu empfehlen.

Eine zusätzliche oder auch alternative Möglichkeit der erfindungsgemäßen Zerkleine­ rung bietet eine Ablenkplatte am Strahlaustritt der Strahldüse, mit welcher der Strahl der CO₂-Pellets am Austritt aus der Strahldüse umgelenkt wird. Bei diesem Abprallen von der Ablenkplatte werden die CO₂-Pellets zerkleinert. Der Reinigungsvorgang durch die CO₂-Pellets bzw. die Zerkleinerung mit Hilfe der Ablenkplatte sind besonders effektiv, wenn als Strahldüse eine Flachstrahldüse eingesetzt wird.

Die CO₂-Pellets können aber auch ausschließlich oder zusätzlich an von den Pellets umströmten Einbauten, insbesondere Gitter und/oder Messer, zerkleinert werden. Diese Einbauten können in der Strahlanlage, in der Strahlpistole bzw. der Strahldüse und/oder im Schlauch zwischen Strahlanlage und der Strahlpistole bzw. der Strahldüse vorgesehen sein.

Die aufgezählten erfindungsgemäßen Möglichkeiten der Zerkleinerung sind deshalb so vorteilhaft, weil sie die Möglichkeit einer definierten Zerkleinerung bieten. So kann eine gewünschte Größenverteilung eingestellt werden. In Ausgestaltung der Erfindung werden die CO₂-Pellets auf eine mittlere Größe von 10 µm bis 1 mm zerkleinert.

In Weiterbildung der Erfindung wird ein Strahldruck der CO₂-Pellets von bis zu 16 bar absolut, vorzugsweise von 1,5 bis 5,2 bar absolut eingestellt. Strahldrücke von 1,5, 2, 3, 4, 5, 7, 10, 13 und 15 bar wurden erprobt.

Es hat sich ferner gezeigt, daß eine effektive Reinigung ermöglicht wird, wenn die CO₂-Pellets unter einem Auftreffwinkel von 10 bis 60°, vorzugsweise von 20 bis 50° auf die zu bearbeitende Oberfläche auftreffen. Versuche wurden hier mit Auftreff­ winkeln von 15, 25, 35, 45 und 55° durchgeführt.

Eine weitere Möglichkeit, das erfindungsgemäße Verfahren zu optimieren, besteht darin, daß die freie Strahllänge zwischen Strahldüse und der zu reinigenden Ober­ fläche auf einen Abstand von 10 bis 80 mm, vorzugsweise von 20 bis 50 mm begrenzt wird. Die freie Strahllänge wird vorteilhafterweise in Abhängigkeit von der Art und Zusammensetzung der zu bearbeitenden Beschichtungen oder Belägen geeignet gewählt.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Strahldüse mit einer Bewegungsrichtung parallel zur Faser des Ober­ flächenmaterials (z. B. des Holzes) und/oder entgegen der Austrittsrichtung des CO₂- Pellet-Strahles bewegt. Ein derartiges Vorgehen bewirkt eine besonders material­ schonende Bearbeitung.

Mit Vorteil wird die zu bearbeitende oder zu reinigende Oberfläche vom Strahl der CO₂-Pellets mit einer Geschwindigkeit von 1 bis 10 m pro Minute, vorzugsweise von 2 bis 8 m pro Minute überstrichen. In Abhängigkeit von dieser Überstreichgeschwindig­ keit wird bei einem bestimmten Massenstrom an CO₂-Pellets die auf die behandelte Oberfläche übertragene Kälte festgelegt. Die Art, die Zusammensetzung und die Dicke der Beschichtungen oder Beläge, aber auch die Materialart der Oberfläche wie beispielsweise die Holzart beeinflussen, welche Geschwindigkeit im Einzelfall geeignet ist.

Der Gasstrom zur Förderung der CO₂-Pellets kann aus jedem geeigneten Gas oder Gasgemisch zusammengesetzt sein. In der Regel wird zur Versorgung der Strahl­ anlage Druckluft, beispielsweise mit einem Druck von 5 bis 20 bar, mit einem Taupunkt von 5°C oder trockener, eingesetzt. Die CO₂-Pellets werden dem Luftstrom zudosiert, mit Hilfe des Luftstromes durch die Strahldüse gefördert, auf eine Geschwindigkeit von bis zu 300 m/s beschleunigt und auf die zu reinigende Fläche geleitet.

Üblicherweise kann über ein Steuerung die Bearbeitungs- bzw. Reinigungsleistung (Fläche pro Zeit) an die jeweiligen Erfordernisse angepaßt werden.

Claims (18)

1. Verfahren zur Entfernung von Beschichtungen oder Belägen von Oberflächen mittels Trockeneis (CO₂), wobei CO₂-Pellets in einer Strahlanlage aus einem Vorratsbehälter in einen Gasstrom eindosiert, mit dem Gasstrom zu einer Strahl­ düse gefördert und durch die Strahldüse auf die zu bearbeitende Oberfläche ge­ leitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die CO₂-Pellets zwischen Vorrats­ behälter der Strahlanlage und dem Austritt aus der Strahldüse zerkleinert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die CO₂-Pellets durch Wechselwirkung mit der innerseitigen Oberfläche eines Schlauches zwischen der Strahlanlage und der Strahldüse zerkleinert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schlauch mit einer rauhen oder strukturierten Oberfläche eingesetzt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die CO₂-Pellets am Strahlaustritt der Strahldüse über eine Ablenkplatte umgelenkt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die CO₂-Pellets an von den Pellets umströmten Einbauten zerkleinert werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die CO₂-Pellets auf eine mittlere Größe von 10 µm bis 1 mm zerkleinert werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahldruck bis zu 16 bar absolut eingestellt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahldruck von 1,5 bis 5,2 bar absolut eingestellt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die CO₂-Pellets unter einem Auftreffwinkel von 10 bis 60° auf die zu bearbeitende Oberfläche auftreffen.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die freie Strahllänge zwischen Strahldüse und der zu reinigenden Oberfläche zwischen 10 und 80 mm beträgt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahldüse mit einer Bewegungsrichtung parallel zur Faser des Oberflächen­ materials und/oder entgegen der Austrittsrichtung des Strahles bewegt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zu reinigenden Oberflächen vom Strahl der CO₂-Pellets mit einer Geschwindigkeit von 1 bis 10 m pro Minute überstrichen wird.

13. Vorrichtung zur Entfernung von Beschichtungen oder Belägen von Oberflächen mittels Trockeneis (CO₂) umfassend zumindest eine Strahlanlage mit einem Vorratsbehälter zum Eindosieren von CO₂-Pellets in einen Gasstrom und eine Strahldüse zur Beschleunigung von CO₂-Pellets auf die zu bearbeitende Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung Mittel zum Zerkleinern der CO₂-Pellets zwischen Vorratsbehälter der Strahlanlage und dem Austritt aus der Strahldüse umfaßt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen Schlauch zur Beförderung der CO₂-Pellets zur Strahldüse aufweist, auf seiner Innenseite eine rauhe oder strukturierte Oberfläche besitzt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch aus einem Wellrohrschlauch besteht.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ablenkplatte zum Umlenken der CO₂-Pellets am Austritt aus der Strahldüse angeordnet ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß Einbauten zur Zerkleinerung der Pellets in der Strahlanlage, im Schlauch zur Beförderung der CO₂-Pellets, in der Strahldüse oder in einer Strahlpistole angeordnet sind.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahldüse als Flachstrahldüse ausgebildet ist.