DE19636304A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung von mit Lacken beschichteten Holzoberflächen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bearbeitung von mit schlagzähen oder schlagfesten Lacken beschichteten Oberflächen aus Holz.

Es besteht ein gewisser Bedarf an der Schaffung von gealtert erscheinenden Oberflächen, wobei die mit den genannten Beschichtungen oder Belägen bedeckten Oberflächen aus Holz einer künstlichen Alterung unterzogen werden sollen. Eine derartige Bearbeitung ist beispielsweise bei Oberflächen in einer historischen Umge­ bung gewünscht. Hierbei gestaltet sich insbesondere die Bearbeitung von großen Flächen als außerordentlich schwierig oder mühevoll. Ein vergleichbares Problem kann sich aber auch bei der Bearbeitung der genannten Oberflächen im Zusam­ menhang mit der Aufarbeitung von historisch wertvollen Oberflächen ergeben. Diese können beispielsweise in der Vergangenheit in für die historische Bedeutung nicht adäquater Art lackiert worden sein oder aber müssen gegebenenfalls zur Konser­ vierung lackiert werden.

Entscheidend bei der Bearbeitung ist, daß eine Schonung der Oberfläche gewähr­ leistet und eine Beschädigung der Oberfläche vermieden oder möglichst ganz aus­ geschlossen werden kann. Die Bearbeitung durch abrasive Strahlmittel würde unweigerlich zu Beschädigungen der Oberfläche führen und scheidet daher aus. Der Einsatz von chemisch wirkenden Mitteln bietet ebenfalls keine zufriedenstellende Lösung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, welche eine wirksame, aber gleichwohl ma­ terialschonende Bearbeitung der Oberflächen gewährleisten und für den Betrachter eine "natürlich" gealterte Oberfläche erscheinen lassen. Insbesondere sollte eine Beschädigung der Oberfläche und/oder ein Abtrag der Lackierung unterbunden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für das Verfahren dadurch gelöst, daß eine künstliche Alterung der Lacke hervorgerufen wird, indem Pellets aus CO₂ (Trockeneis) in einer Strahlanlage in einen Gasstrom eindosiert, mit dem Gasstrom zu einer Strahl­ düse gefördert und durch die Strahldüse auf die zu bearbeitende Oberfläche geleitet werden.

Überraschenderweise wurde nämlich festgestellt, daß nach einer erfindungsmäßigen Behandlung die Oberfläche Sprünge bzw. Risse im Lack aufweist. Diese sind offen­ sichtlich auf die Kälteeinwirkung zurückzuführen. An sich bekannt ist der Einsatz von Trockeneis als reinigendes Strahlmittel. Auch in diesem Fall wird festes Kohlendioxid (CO₂) in Form von komprimierten, in der Regel reiskorngroßen Pellets verwendet.

Diese CO₂-Pellets werden erfindungsgemäß durch die Strahldüse auf die zu bearbei­ tende 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.

Trockeneis-Granulat weist spezielle physikalische Eigenschaften auf. Die CO₂-Pellets besitzen eine Temperatur von etwa -78°C, wodurch eine schockartige Abkühlung der zu behandelnden Oberfläche bewirkt wird. Die Kälte führt zu thermischen Spannun­ gen in der Beschichtung. Es wird außerdem eine teilweise Versprödung erzielt. Die Sublimation des CO₂ bedeutet eine explosionsartige Volumenvergrößerung etwa um den Faktor 600. Auch die Sublimation unterstützt die Bildung einer Struktur von Sprüngen und/oder feinen Rissen in der Lackschicht.

Die Bearbeitung mit CO₂-Pellets verläuft rückstandsfrei, da das sublimierte gasför­ mige CO₂ problemlos entweichen kann. CO₂-Pellets weisen eine Härte vergleichbar der von Gips auf, weshalb empfindliche Oberflächen geschont werden und beim Bestrahlen mit CO₂-Pellets keine Abrasivität wie beispielsweise beim Einsatz von Sand vorliegt. Andererseits weist eine schlagzähe oder schlagfeste Beschichtung eine gewisse Härte auf, die einen Materialabtrag beim Einsatz eines relativ weichen Strahlmittels nicht erlaubt.

Die CO₂-Pellets werden über eine Strahlanlage mit Strahlpistole beschleunigt und prallen mit hoher Geschwindigkeit auf die zu bearbeitende Oberfläche auf. Üblicher­ weise 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.

Es wurde festgestellt, daß die Gefahr von Beschädigungen der Lackschicht oder der Oberflächen bei der Bearbeitung mit CO₂-Pellets insbesondere mit dem Anteil an größeren Pellets im Strahl korrelliert.

In Ausbildung der Erfindung werden daher die CO₂-Pellets zwischen Vorratsbehälter der Strahlanlage und der Strahldüse zerkleinert. Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird erfindungsgemäß in entsprechender Weise hinsichtlich der Vorrichtung dadurch gelöst, daß diese Vorrichtung zumindest eine Strahlanlage zum Eindosieren von CO₂-Pellets in einen Gasstrom, eine Strahldüse zur Beschleunigung von CO₂- Pellets auf die zu bearbeitende Oberfläche und Mittel zum Zerkleinern der CO₂-Pellets zwischen Vorratsbehälter der Strahlanlage und der Strahldüse umfaßt. Mittel zum Zerkleinern der CO₂-Pellets sind also innerhalb der Vorrichtung bis zum Austritt aus ihr vorgesehen.

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 besonders oberflächenschonende Bearbeitung mit zerkleinerten CO₂-Pellets erklären.

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 beispiels­ weise mit einem Wellrohrschlauch erzielt werden. Hierbei bewirkt die Wellrohrstruktur der Schlauchinnenseite eine Zerkleinerung der CO₂-Pellets. Daher ist die Verwen­ dung 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 aus der Düse austretenden CO₂-Pellets weiter zerkleinert. Der Bearbeitungsvorgang durch die CO₂-Pellets bzw. die Zerkleinerung mit Hilfe der Ablenkplatte sind besonders effektiv, wenn als Strahldüse eine Flach­ strahldüse 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 Strahl­ düse 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 600, 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 be­ grenzt wird. Die freie Strahllänge wird vorteilhafterweise in Abhängigkeit von der Art und Zusammensetzung der zu behandelnden Beschichtungen geeignet gewählt.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens wird die Strahldüse mit einer Bewegungsrichtung parallel zur Faser des Holzes und/oder entgegen der Austrittsrichtung des CO₂-Pellet-Strahles bewegt. Ein derar­ tiges Vorgehen bestätigte sich als eine besonders materialschonende Behandlungs­ methode.

Mit Vorteil wird die 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 Überstreichgeschwindigkeit wird bei einem bestimmten Massenstrom an CO₂-Pellets die auf die zu bearbeitende Oberfläche übertragene Kälte festgelegt. Die Art, die Zusammensetzung und die Dicke der Be­ schichtungen oder Beläge, aber auch die Holzart beeinflußt, 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 Tau­ punkt von 5°C oder trockener, eingesetzt. Die CO₂-Pellets werden dem Luftstrom zudosiert, durch den Luftstrom auf eine Geschwindigkeit von bis zu 300 m/s be­ schleunigt und auf die zu bearbeitende Fläche geleitet. Üblicherweise kann über ein Steuerung die Leistung (Fläche pro Zeit) an die jeweiligen Erfordernisse angepaßt werden.

Claims (15)

1. Verfahren zur Bearbeitung von mit schlagzähen oder schlagfesten Lacken beschichteten Oberflächen aus Holz dadurch gekennzeichnet daß eine künstliche Alterung der Lacke hervorgerufen wird, indem Pellets aus CO₂ (Trockeneis) in einer Strahlanlage in einen Gasstrom eindosiert, mit dem Gasstrom zu einer Strahldüse gefördert und durch die Strahldüse auf die zu bearbeitende Oberfläche geleitet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die CO₂-Pellets zwischen Vorratsbehälter der Strahlanlage und der Strahldüse zerkleinert werden.

3. Verfahren nach einem der Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die CO₂- Pellets an der innerseitigen, vorzugsweise rauhen oder strukturierten Oberfläche eines Schlauches zwischen der Strahlanlage und der Strahldüse, durch Umlenkung über eine Ablenkplatte am Strahlaustritt der Strahldüse und/oder mittels Einbauten in der Strahlanlage zerkleinert werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die CO₂-Pellets auf eine mittlere Größe von 10 µm bis 1 mm zerkleinert werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahldruck bis zu 16 bar absolut, vorzugsweise von 1,5 bis 5,2 bar eingestellt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die CO₂-Pellets unter einem Auftreffwinkel von 10 bis 60°, vorzugsweise von 20 bis 50° auf die zu bearbeitende Oberfläche auftreffen.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die freie Strahllänge zwischen Strahldüse und der zu bearbeitende Oberfläche zwischen 10 und 80 mm, vorzugsweise zwischen 20 und 50 mm beträgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahldüse mit einer Bewegungsrichtung parallel zur Faser des Holzes und/oder entgegen der Austrittsrichtung des Strahles bewegt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die 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 wird.

10. Vorrichtung zur Bearbeitung von mit schlagzähen oder schlagfesten Lacken beschichteten Oberflächen aus Holz, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zumindest eine Strahlanlage zum Eindosieren von CO₂-Pellets in einen Gasstrom, eine Strahldüse zur Beschleunigung von CO₂-Pellets auf die zu bearbeitende Oberfläche und Mittel zum Zerkleinern der CO₂-Pellets zwischen Vorratsbehälter der Strahlanlage und der Strahldüse umfaßt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen vorzugsweise biegsamen Schlauch zwischen der Strahlanlage und der Strahldüse zur Beförderung der CO₂-Pellets zur Strahldüse aufweist, der bevorzugt auf seiner Innenseite eine rauhe oder strukturierte Oberfläche besitzt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch aus einem Wellrohrschlauch besteht.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ablenkplatte zum Umlenken der CO₂-Pellets am Austritt aus der Strahldüse angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Einbauten, insbesondere Gitter und/oder Messer, zur Zerkleinerung der Pellets in der Strahlanlage, im Schlauch zur Beförderung der CO₂-Pellets, in der Strahldüse oder in einer Strahlpistole angeordnet sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahldüse als Flachstrahldüse ausgebildet ist.