DE3723812C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Flammstrahlen von Beton,
Stahl- oder Spannbeton oder Stoffen ähnlicher Beschaffenheit, mit einer
Druckdüse, einer sich anschließenden Mischkammer und einem folgenden
Mischrohr, welches in einen Brennerkopf führt, der mit einer Anzahl
zueinander parallel angeordneter Einzeldüsen verbunden ist, wobei die
fluidische Verbindung zwischen dem Mischrohr und den Einzeldüsen aus
einer im Brennerkopf vorhandenen, als Verteiler ausgebildeten Längs
bohrung besteht.
Vorrichtung der oben aufgeführten Art sind bereits bekannt
(Sonderdruck der Beratungsstelle für Autogen-Technik "Flammstrahlen"
1965) und werden beispielsweise dazu verwendet, Beton mit Hilfe der
Flammstrahltechnik soweit abzuarbeiten oder seine Oberfläche zu
reinigen, daß die freigelegte Oberfläche eine bestimmte Beschaffenheit,
zum Beispiel die Eignung für die dauerhafte Aufnahme einer Beschichtung
oder ein bestimmtes Aussehen aufweist.
Bei diesem Verfahren wird mit einer hochenergetischen Brenngas/Sauer
stoffflamme kurzzeitig eine hohe Wärmemenge auf die Betonoberfläche
gebracht. Die thermische Behandlung erfolgt gegebenenfalls in mehreren
Schritten, wobei mit Vorschubgeschwindigkeiten von 0,5 bis etwa 1,5
m/min gearbeitet wird. Wegen des geringen Wärmleitvermögens wird bei
normaler Vorschubgeschwindigkeit nur die oberste Betonzone für sehr
kurze Zeit auf eine hohe Temperatur von etwa 1500°C gebracht, wodurch
annähernd der Schmelzpunkt der mineralischen Betonzuschläge erreicht
wird. In der weiteren Tiefe wird der Beton dagegen weit weniger
erwärmt. Durch die Einwirkung der Flamme erfolgt in der obersten oder
äußersten Schicht ein Sprengen des Quarzes (Spratzen) infolge
Umwandlung der Kristalle und ein Schmelzen der Gesteinsteile, die
anschließend glasartig erstarren. In der Regel wird somit eine 1 bis
2 mm dicke Betonschicht flächig gelöst. Bei minderen Betongüten sind die
abgelösten Schichtdicken entsprechend größer.
Damit werden auch Verunreinigungen auf der ursprünglichen Betonober
fläche entfernt und in den verbleibenden Beton eingedrungene brennbare
Fremdstoffe in den äußeren Zonen verbrannt.
Für die thermische Behandlung des Betons werden Flammstrahlbrenner der
eingangs genannten Art verwendet, welche nach dem Saugprinzip arbeiten.
Es sind Handstrahlbrenner mit eine maximalen Arbeitsbreite von 250 mm
bekannt, während sogenannte Maschinenbrenner eine maximale Arbeits
breite von 750 mm aufweisen.
Bei dem Saugprinzip strömt Sauerstoff aus der Druckdüse und saugt das
Brenngas aus den um die Druckdüse vorhandenen Kanälen an. In der
Mischkammer werden beide Gase miteinander vermischt und strömen zum
Flammstrahlbrennerkopf. Im Betrieb haben die Brenner einen Abstand vom
Beton von etwa 1,5 bis 2 cm und weisen einen Anstellwinkel von etwa 45°
auf. Die Flammentemperatur beträgt im Zentrum etwa 3500°C und wie oben
bereits ausgeführt wurde, erreicht die Betonoberfläche eine Temperatur
von etwa 1500°C. Hierdurch und durch die geringe Vorschubbewegung
entsteht eine starke thermische Rückwirkung auf die Düsen und den
Brennerkopf vorzugsweise durch Strahlungswärme und auch durch Kon
vektion, so daß die Düsen und der Brennerkopf eine solche äußere
Temperatur annehmen, daß ein Glühen auftritt. Diese Wirkung wird noch
verstärkt, wenn sich auf der Betonoberfläche Stoffe befinden, welche
verbrennen und dadurch ihrerseits weitere Wärme und Wärmestrahlung
erzeugen, welche eine weitere Erwärmung der Düsen und des Brennerkopfes
bewirken.
Da die Düsen und der gesamte Brennerkopf üblicherweise aus Metall
bestehen und somit gut wärmeleitend sind, dringt die hohe Temperatur
auch in das Innere des Brennerkopfes und bewirkt eine Selbstentzündung
mit Flammrückschlägen und Verpuffungen des Gasgemisches, welche mit
unter verheerende Folgen haben können.
Die erhöhte Temperatur der Düsen und des Brennerkopfes führt zu einem
solchen Verschleiß dieser Teile, daß Betriebszeiten von nur 8 Stunden
nicht die Ausnahme sind.
Mindestens die Düsen müssen dann ausgetauscht und durch neue ersetzt
werden und in vielen Fällen ist auch der gesamte Brennerkopf unbrauch
bar geworden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung der
eingangs genannten Art vorzuschlagen, welche ein Temperaturgleichge
wicht unterhalb seiner Glühtemperatur einnimmt, so daß keine
Selbstentzündung des brennfähigen Gemisches in den Düsen und im
Brennerkopf auftreten kann.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt bei der eingangs aufgeführten
Vorrichtung dadurch, daß im Brennerkopf parallel zu der als Verteiler
zu den Einzeldüsen ausgebildeten Längsbohrung eine weitere Längsbohrung
angeordnet ist, welche über Leitungsanschlüsse mit einer Kühlmit
telquelle fluidisch verbunden ist. Hierdurch werden gefährliche
Situationen vermieden und die Lebensdauer der Düsen und des Brenner
kopfes um ein Vielfaches gesteigert, da diese nunmehr nur noch durch
rein mechanische Einwirkungen beeinflußt wird.
Der Brennerkopf besteht in an sich bekannter Weise aus einem thermisch
leitenden Material, beispielsweise aus Kupfer und ist aus einem
kompakten Block hergestellt.
Für breitere Ausführungen der Vorrichtung nach der Erfindung besteht
der Brennerkopf aus mehreren Kopfteilen, die nebeneinander angeordnet
sind, wobei in vorteilhafter Weise in jedem Kopfteil zur Führung eines
Kühlmittels Längsbohrungen vorhanden sind, welche untereinander in
einer Hintereinanderschaltung durch Anschlußbrücken verbunden sind.
In einer Weiterentwicklung der Erfindung besteht der Brennerkopf aus
einer größeren Anzahl von nebeneinanderliegenden Kopfteilen, welche
jeweils mit einer Längsbohrung zur Kühlmittelführung versehen sind,
wobei in vorteilhafter Weise die Längsbohrungen einer Gruppe von
Kopfteilen zur Führung eines Kühlmittels hintereinander geschaltet sind
und jede Gruppe zu jeder anderen Gruppe fluidisch parallel geschaltet
ist.
Hierdurch ist es möglich dafür zu sorgen, daß die Ausgangstemperatur
des Kühlmittels an einem Kopfteil keine unzulässigen Werte über
schreitet.
Nach der Erfindung wird das Kühlmittel in einem geschlossenen Kreislauf
mittels einer Pumpe umgewälzt, wobei als Kühlmittel vorzugsweise Wasser
verwendet wird.
Die Kühlmittelquelle weist vorteilhaft einen Tank mit einem
Fassungsvermögen von mehreren hundert Litern Kühlmittel auf, so daß im
geschlossenen Kreislauf auf einer Baustelle ausreichend Kühlmittel
vorhanden ist, welches sich genügend abkühlen kann.
Die Kühlmittelpumpe zur Umwälzung des Kühlmittels bewirkt in einem
Ausführungsbeispiel einen Pumpdruck von etwa 2 bis 2,5 bar und der
Querschnitt eines Kühlmittelrohres beträgt 10 mm. Experimente haben
entgegen aller Voraussagen ergeben, daß bei diesen genannten Werten
während eines kontinuierlichen Dauerbetriebes lediglich Temperatur
differenzen zwischen dem Eingang und dem Ausgang eines Kühlmittel
rohranschlusses von etwa 5°C auftreten.
Zur Vermeidung nicht vorhersehbarer Störungen ist die Kühlmittelpumpe
zur Umwälzung des Kühlmittels thermostatisch regelbar, wobei die Regel
größe die Differenz zwischen der Eingangs- und Ausgangstemperatur des
Kühlmittels am Brennerkopf ist.
Die Einzeldüsen sind in einer alternativen Lösung in an sich bekannter
Weise in den Brennerkopf einschraubbar ausgebildet.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel
dargestellt ist, näher erläutert. Hierbei zeigt
Fig. 1 einen Brennerkopf mit sich anschließendem Mischrohr, einer
Mischkammer und Druckdüse mit Kühleinrichtung;
Fig. 2 einen Maschinenbrenner mit verschraubbaren Einzeldüsen und
einer Kühleinrichtung;
Fig. 3 einen Maschinenbrenner mit Fahrwagen und integrierter Kühlung,
und
Fig. 4 eine vergrößerte und schematische Darstellung eines Brenner
kopfes mit integrierter Kühleinrichtung.
Die Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf einen Brennerkopf 1 in schema
tischer Darstellung, der aus drei Kopfteilen 2, 3 und 4 besteht.
Brenngas und Sauerstoff werden der Druckdüse 5 durch nicht näher
dargestellte Rohrleitungen zugeführt und in der Mischkammer 6 gemischt.
Das Mischrohr 7 ist mit dem Brennerkopf 1 verbunden, der an seiner
Vorderseite Düsen 17 aufweist, welche in diesem Ausführungsbeispiel als
Bohrungen ausgebildet sind, die senkrecht auf die Längsbohrung 8
stoßen, so daß eine fluidische Verbindung zu den nicht näher
dargestellten Versorgungsgasflaschen besteht.
Parallel zur Längsbohrung 8 verläuft in dem Brennerkopf eine weitere
Längsbohrung 9, welche über Leitungsanschlüsse 15 und 16 und einer
Kühlmittelpumpe 14 mit der Kühlmittelquelle 12 verbunden ist. Die
einzelnen Längsbohrungen 9 in den Kopfteilen 3, 4 und 5 sind jeweils
durch Anschlußbrücken 13 miteinander verbunden. Damit besteht zur
Längsbohrung 9 insgesamt ein geschlossener Kreislauf, so daß das
Kühlmittel aus dem Tank bzw. der Kühlmittelquelle 12 mit Hilfe der
Pumpe 14 kontinuierlich durch die Längsbohrung 9 umgewälzt werden kann.
Die im Brennerkopf und den Kopfteilen aufgenommene Wärme wird damit in
ausreichender Weise durch das Kühlmittel abgeführt, so daß es nicht
mehr zum Glühen der Düsen und der Kopfteile kommt.
Die Fig. 2 zeigt einen ähnlichen Aufbau wie Fig. 1, wobei jedoch die
Düsen 17 als verschraubbare Einzeldüsen ausgebildet sind. Die
Kühlmittelführung ist hier in gleicher Weise gestaltet, wie nach
Fig. 1.
Die Fig. 3 zeigt einen Maschinenbrenner mit Fahrwagen, wie er im
Grundaufbau bekannt ist und überwiegend verwendet wird. Die in den
Fig. 1 und 2 dargestellten Brennerköpfe mit Mischrohr, Mischkammer
und Druckdüse sind hierbei auf einem Fahrgestell 18 angeordnet, welches
über eine Handkurbel 19 mit einer Geschwindigkeit von etw 0,5 m/min-
1,5 m/min bewegt wird. Die Kühlschläuche mit ihren Leitungsanschlüssen
15 und 16 sind hierbei nur schematisch dargestellt.
Der Brennerkopfaufbau läßt sich auch von einem Traktor, der eine
spezielle Bauart aufweist, in der genannten Kriechgeschwindigkeit
transportieren.
Die Fig. 4 zeigt den Brennerkopfaufbau in einer vergrößerten und
schematischen Art, wobei die gleichen Elemente mit den gleichen
Bezugszeichen wie in den zuvor aufgeführten Figuren versehen sind.
Der Brennerkopf 1, welcher aus einem dreiteiligen Kupferblock besteht,
weist hierbei einschraubbare Düsen 17 auf, die strömungsmäßig mit einem
als Längsbohrung 8 ausgebildeten Mischgasverteiler verbunden sind.
Parallel zu dem Mischgasverteiler verläuft eine Bohrung 9, in der das
Kühlmittel geführt ist.
Mit der beschriebenen Vorrichtung wird die Lebensdauer der Düsen und
der Brennerköpfe erheblich gesteigert.
Die abgeführte Wärmemenge verhindert ein Glühen der Düsen und der
Kopfteile und zwar auch dann, wenn auf der zu bearbeitenden Fläche
Stoffe unter starker Wärmeerzeugung verbrannt werden.
Es hat sich in überraschender Weise gezeigt, daß die Durchsatzmengen
des Kühlmittels und damit die Druck- und Strömungsverhältnisse nicht zu
ungewöhnlichen sondern zu beherrschbaren Werten führen.
Claims (10)
1. Vorrichtung zum Flammstrahlen von Beton, Stahl- oder Spannbeton
oder Stoffen ähnlicher Beschaffenheit, mit einer Druckdüse, einer
sich anschließenden Mischkammer und einem folgenden Mischrohr,
welches in einen Brennerkopf führt, der mit einer Anzahl zueinander
parallel angeordneter Einzeldüsen verbunden ist, wobei die
fluidische Verbindung zwischen dem Mischrohr und den Einzeldüsen
aus einer im Brennerkopf vorhandenen, als Verteiler ausgebildeten
Längsbohrung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß im Brennerkopf
(1) parallel zu der als Verteiler zu den Einzeldüsen (17) aus
gebildeten Längsbohrung (8) eine weitere Längsbohrung (9)
angeordnet ist, welche über Leitungsanschlüsse (15, 16) mit einer
Kühlmittelquelle (12) fluidisch verbunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bren
nerkopf (1) aus einem thermisch leitenden Material besteht und aus
einem kompakten Block hergestellt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Brennerkopf (1) aus mehreren Kopfteilen (1, 2, 3) besteht und die in
jedem Kopfteil zur Führung eines Kühlmittels bestimmten Längs
bohrungen (9) untereinander in Hintereinanderschaltung durch An
schlußbrücken (13) verbunden sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Längsbohrungen (9) einer Gruppe von Kopfteilen zur Führung eines
Kühlmittels hintereinander geschaltet sind und jede Gruppe zu jeder
anderen Gruppe fluidisch parallel geschaltet ist.
5. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das Kühlmittel in einem geschlossenen Kreislauf
mittels einer Pumpe (14) umgewälzt wird.
6. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das Kühlmittel aus Wasser besteht.
7. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kühlmittelquelle (12) einen Tank mit einem
Fassungsvermögen von mehreren hundert Litern Kühlmittel aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kühlmittelpumpe (14) zur Umwälzung des Kühlmittels einen Pumpdruck
von etwa 2 bis 2,5 bar aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kühlmittelpumpe (14) zur Umwälzung des Kühlmittels thermostatisch
regelbar ist, wobei der Regelwert die Differenz zwischen der
Eingangs- und Ausgangstemperatur des Kühlmittels am Brennerkopf (1)
ist.
10. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Düsen als Einzeldüsen (17) ausgebildet
sind, welche mit dem Brennerkopf (1) oder Brennerkopfteil (2, 3, 4)
verschraubt sind.
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