DE3532819A1 - Verfahren und vorrichtung zum flammstrahlen von natuerlichen und/oder kuenstlichen steinarten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Flammstrahlen von natürlichen und/oder künstlichen Steinarten, bei dem mit Hilfe eines Brenners hochenergetische Brenngas-Sauerstoff- Flammen erzeugt werden und eine hohe Wärmemenge auf die zu bearbeitenden Steinarten aufgebracht wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Zum Flammstrahlen von Beton- oder Granitplatten ist es be­ kannt, beispielsweise mit Acetylen-Sauerstoff-Gemischen oder mit Methylacetylen-Propadien-Sauerstoff-Gemischen betriebene Brenner mit mehreren parallel nebeneinander angeordneten Brennerdüsen in Richtung der Flammenaus­ strömrichtung über die zu behandelnde Werkstückoberfläche mit Vorschubgeschwindigkeiten zwischen 0,5 bis etwa 1,5 m/min zu bewegen, wobei die Flammenausströmrichtung in etwa in einem Winkel von 45° zur Werkstückoberfläche gehalten wird. Durch die Einwirkung der Flamme erfolgt in der obersten Gesteinszone ein Sprengen und Abspratzen des Quarzes infolge Umwandlung der Kristalle sowie ein Schmelzen von Gesteinsteilen, die anschließend glasartig erstarren und verhältnismäßig lose auf der Oberfläche haften. Die darunterliegende Gesteinszone wird dagegen nur erwärmt, wodurch aufgrund der hohen Temperaturge­ fälle zwischen der obersten und der darunterliegenden Gesteinszone entsprechend hohe Wärmespannungen entstehen können. Aufgrund dieser Wärmespannungen kann es dabei zu Rißbildungen im Werkstück und schließlich zum Zer­ springen des Werkstückes kommen.

Insbesondere beim Flammstrahlen von Granitplatten oder Marmorplatten können diese negativen Begleiterscheinun­ gen noch dadurch vermehrt auftreten, daß zur Kühlung der Werkstückoberfläche Wasser aufgesprüht wird. Abge­ sehen davon wird mit dem Aufsprühen von Kühlwasser zum einen das Abschmelzen und Abspratzen von Gesteinsteil­ chen behindert und zum anderen Staub auf der Oberfläche des Werkstückes gebunden, der das gute Aussehen der bearbeiteten Werkstückoberfläche beeinträchtigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens so auszugestalten, daß auf einfache und wirtschaftliche Weise unter Einhal­ tung einer hohen Flammstrahlleistung eine gleichmäßige Oberflächengüte des bearbeiteten Werkstückes erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Brenner mit einer schleppend zur Vorwärtsrich­ tung angeordneten Flammenausströmrichtung über das Werkstück geführt und die Flammenausströmrichtung des Brenners mit einem Winkel α zwischen 100° und 135° zur horizontalen Vorwärtsrichtung des Brenners ge­ neigt eingestellt wird.

Mit der erfindungsgemäßen Führung des Brenners sowie mit Einhaltung der erfindungsgemäßen Flammenausströmrichtung wird erreicht, daß die ungestrahlten Flächen in Vorschub­ richtung des Brenners nicht durch die Brennerflammen vor­ geheizt werden und daß auf die gestrahlten Flächen die während des Flammstrahlens in Richtung der Flammenaus­ strömrichtung abspratzenden Gesteinsteilchen abgelagert werden. Dadurch ergibt sich vergleichsweise zu bisherigen Flammstrahlvorgängen ein geringer Wärmeübergang von der Brennerflamme auf die Werkstückoberfläche sowie ein ge­ ringes Aufheizen der unter der obersten Schicht liegenden Gesteinszone, wodurch die Wärmespannungen in den Werk­ stücken verringert werden können und damit ein Zersprin­ gen der Werkstücke vermieden werden kann. Auch ist es auf diese Weise möglich,auf ein Aufsprühen von Kühlwasser auf die Werkstückoberfläche zu verzichten, so daß das Kühlwasser das Auftreten von Wärmespannungen sowie das Aussehen der Werkstückoberfläche nicht mehr beeinflussen kann. Abgesehen davon können auf der behandelten Werk­ stückoberfläche auch keine Brandspuren zurückbleiben, da aufgrund der Flammenausströmrichtung Brandspuren allenfalls auf abgespratzten Gesteinsteilchen erzeugt werden können.

Zur Erreichung einer gleichmäßigen Oberflächengüte und einer hohen Schälleistung ist es gemäß einer vorteil­ haften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zweck­ mäßig, die Flammenausströmrichtung des Brenners zu­ sätzlich mit einem Winkel β zwischen 125° und 165° zur Vorwärtsrichtung des Brenners zur Seite abgelenkt einzustellen. Damit wird ein Überlappen der Brenn­ spuren der Einzelflammen bewirkt, mit dem ein ausreichen­ des Aufheizen der Werkstückoberfläche sichergestellt wird.

Die Einstellung der Flammenausströmrichtung wird vorteil­ hafterweise durch entsprechende Schrägstellung der Brenner­ düsen, durch entsprechendes Schrägstellen des Brenners oder durch eine Kombination beider Maßnahmen vorgenommen. Beispielsweise können die Brennerdüsen in Bezug auf die Brennerlängsachse zur Einstellung des Winkels β schräg zur Seite gerichtet sein, während der Brenner zur Ein­ stellung des Winkels α mit einer entsprechenden Neigung der Brennerlängsachse gehalten wird.

Damit möglichst keine Rückstände entstehen und die Sekun­ därflammen des Brenners möglichst klein bleiben, ist es insbesondere bei Verwendung von Acetylen als Brenngas weiterhin vorteilhaft, das Mischungsverhältnis von Brenn­ gas zu Sauerstoff im Bereich von 1 : 2,2 bis 1 : 3,2 ein­ zustellen. Damit kann bei der schleppend zur Vorwärts­ richtung angeordneten Flammenausströmrichtung ein für das Flammstrahlen gerade ausreichendes Aufheizen der Werkstückoberfläche ohne Erzeugung von Wärmespannungen in den darunter liegenden Gesteinszonen erreicht werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können beispiels­ weise Marmor- oder Granitplatten oder auch Betonwerk­ stücke flammengestrahlt werden, um der Werkstückober­ fläche eine bestimmte Beschaffenheit, z.B. die Eignung für die dauerhafte Aufnahme einer Beschichtung oder ein bestimmtes Aussehen, zu geben.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfaßt einen über die Werkstückoberfläche geführten Brenngas- Sauerstoff-Brenner mit mindestens zwei Düsen. Erfin­ dungsgemäß ist eine solche Vorrichtung dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Düsen und/oder der Brenner so einstell­ bar sind, daß die Flammenausströmrichtung schleppend zur Vorwärtsrichtung des Brenners gerichtet ist und daß die Flammenausströmrichtung mit einem Winkel α zwischen 100° und 135° zur horizontalen Vorwärtsrichtung des Brenners geneigt und gegebenenfalls mit einem Winkel β zwischen 125° und 165° zur Vorwärtsrichtung des Brenners zur Seite abgelenkt ist.

Zur Einhaltung der Flammenausströmrichtung ist zweck­ mäßigerweise am Brenner eine auf der Oberfläche des Werk­ stücks geführte Führungseinrichtung angeordnet. Mit die­ ser Führungseinrichtung kann der Abstand zwischen Brenner und Werkstückoberfläche weitgehend gleichgehalten werden, wodurch über die gesamte Brennerbreite eine gleichmäßige Brennerleistung erzielt wird. Die Führungseinrichtung sollte dabei so einstellbar sein, daß die Spitzen der Flammenkegel die Werkstückoberfläche gerade berühren.

Um einen einfachen Aufbau der Führungseinrichtung zu er­ möglichen, ist diese mit Vorteil als Kufe mit Halterung für den Brenner ausgebildet. Dabei ist die Halterung zur Einstellung der gewünschten Flammenausströmrichtung zweckmäßigerweise zur Längsachse der Kufe geneigt und/oder gedreht angeordnet. Dies hängt davon ab, in­ wieweit der Brenner mit Brennerdüsen ausgerüstet ist, die nur parallel zur Längsachse des Brenners oder selbst mit einem Winkel zur Längsachse des Brenners angeordnet sind.

Die Kufe der Führungseinrichtung kann darüber hinaus auch in Längsrichtung eine gewisse Wölbung aufweisen, so daß der Winkel α zwischen Flammenausströmrichtung und Vorwärtsrichtung des Brenners auch durch ein Schwenken des Brenners über die Wölbung der Kufe einge­ stellt werden kann.

Um ein Ansetzen von flüssigem Gestein an den Brennerdüsen vermeiden zu können, was ansonsten die Brennerleistung beeinträchtigen würde, ist es weiterhin von Vorteil, den Brenner mit einer Wasserkühlung auszustatten. Diese kann im Inneren des Brenners so geführt sein, daß die Brenner­ düsen und die zur Werkstückoberfläche gerichtete Front des Brenners von Kühlwasser bespült werden.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele von zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigne­ ten Brennern schematisch dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 die Anordnung eines Brenners mit in Bezug auf die Längsachse des Brenners zur Seite hin schräg gestellten Brennerdüsen auf einem Werk­ stück in Seitenansicht,

Fig. 2 die Anordnung dieses Brenners in einer Vorder­ ansicht,

Fig. 3 die Anordnung dieses Brenners auf einem Werk­ stück in einer Draufsicht,

Fig. 4 die Anordnung eines Brenners mit in Bezug auf die Brennerlängsachse parallel angeordneten Brennerdüsen auf einem Werkstück in Seiten­ ansicht und

Fig. 5 die Anordnung dieses Brenners auf einem Werk­ stück in einer Draufsicht.

In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugs­ zeichen versehen.

In den Figuren ist das zu bearbeitende Werkstück, das bei­ spielsweise eine Marmor- oder Granitplatte oder ein Betonwerkstück sein kann, mit 1 und der auf dem Werk­ stück 1 geführte Brenner zum Flammstrahlen mit 2 be­ zeichnet. Der Brenner 2 ist mit einem Anschlußstutzen 3 ausgerüstet, über den ein Brenngas-Sauerstoff-Gemisch, wie beispielsweise ein Acetylen-Sauerstoff-Gemisch, zu den Brennerdüsen zugeführt und gegebenenfalls Kühlwasser zu- und abgleitet werden kann. Das Kühlwasser dient dabei dazu, die Brennerdüsen sowie die dem Werkstück 1 zuge­ wandte Front des Brenners 2 zu kühlen, um ein Anhaften von flüssigem Gestein zu vermeiden.

Zur Führung des Brenners 2 auf dem Werkstück 1 ist eine Kufe 6 vorgesehen, der eine Halterung 5 zugeordnet ist. Der Brenner 2 ist an der Halterung 5 befestigt.

Durch einen Pfeil 4 ist in den Figuren die Vorwärtsrich­ tung des Brenners 2 gekennzeichnet. Der Brenner 2 oder auch die Düsen des Brenners 2 sind so einstellbar, daß die Flammenausströmrichtung, die mit 7 gekennzeichnet ist, schleppend zur Vorwärtsrichtung 4 des Brenners 2 gerichtet ist, wobei die Flammenausströmrichtung 7 zur horizontalen Vorwärtsrichtung 4 des Brenners 2 in einem Winkel α von 100° bis 135° geneigt (Fig. 1, Fig. 4) and in einem Winkel β von 125° bis 165° zur Seite abgelenkt (Fig. 3, Fig. 5) ist.

Zur Einstellung des Winkels α ist in den dargestellten Ausführungsbeispielen die Brennerlängsachse jeweils parallel zur Flammenausströmrichtung 7 gehalten. Dem­ entsprechend ist die Halterung 5 auf der Kufe 6 entspre­ chend geneigt angeordnet. Die Kufe 6 kann außerdem in Längsrichtung etwas gewölbt ausgebildet sein, so daß über ein Schwenken des Brenners 2 über die Wölbung der Kufe 6 ein geeigneter Winkel α gewählt werden kann.

Zur Einstellung des Winkels β sind beim Ausführungsbei­ spiel gemäß den Fig. 1 bis 3 die Brennerdüsen in Bezug auf die Längsachse des Brenners 2 zur Seite hin schräg gestellt, so daß die Flammenkegel 8 gemäß der Frontansicht der Fig. 2 und der Draufsicht der Fig. 3 zur Seite hin abgelenkt sind.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 4 und 5, bei dem die Brennerdüsen nur parallel zur Längsachse des Brenners 2 angeordnet sind, ist zur Einstellung des Winkels β der gesamte Brenner 2 zur Vorwärtsrichtung 4 schräg ge­ stellt. Dementsprechend ist die Halterung 5 der Kufe 6 in diesem Fall entsprechend zur Längsachse der Kufe 6 gedreht ausgebildet.

Aufgrund der schleppend zur Vorwärtsrichtung 4 des Bren­ ners 2 angeordneten Flammenausströmrichtung 7 wird er­ reicht, daß die ungestrahlten Flächen 1 a (Fig. 3 und Fig. 5) vor dem Brenner 2 nicht durch die Brennerflammen 8 vorgeheizt werden, wie dies bei einer stechend zur Vor­ wärtsbewegung des Brenners gerichteten Flammenausström­ richtung gegeben wäre. Dazu kommt, daß die beim Flamm­ strahlen abspratzenden Gesteinsteilchen auf der ge­ strahlten Fläche 1 a abgelagert werden, wie dies in den Fig. 3 und 5 durch eine Punktierung der bereits be­ handelten Oberfläche dargestellt ist, und daß dadurch das Spratzgut die gestrahlten Flächen gegen ein Aufheizen durch die Brennerflammen schützt. Wärmespannungen zwi­ schen der obersten und der darunter liegenden Gesteins­ zone können auf diese Weise vermieden werden.

Das Spratzgut auf den gestrahlten Flächen 1 a verhindert zudem, daß Brandspuren auf der gestrahlten Oberfläche zurückbleiben, wodurch ein gleichmäßiges Aussehen der Oberfläche erreicht wird.

Die Einstellung des Winkels β bewirkt ein Überlappen der Brennspuren der Einzelflammen, wodurch ein aus­ reichendes Aufheizen der Werkstückoberfläche in jedem Fall sichergestellt werden kann.

Insgesamt kann auf diese Weise eine hohe Schälleistung und ein gleichmäßiges Aussehen der Werkstückober­ fläche erreicht werden, wobei aufgrund der Vermeidung von Wärmespannungen ein Brechen der behandelten Werk­ stücke ausgeschlossen ist.

Claims (10)

1. Verfahren zum Flammstrahlen von natürlichen und/oder künstlichen Steinarten, bei dem mit Hilfe eines Brenners hochenergetische Brenngas-Sauerstoff-Flammen erzeugt werden und kurzzeitig eine hohe Wärmemenge auf die zu bearbeitenden Steinarten aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner mit einer schleppend zur Vorwärtsrichtung angeordneten Flammenausströmrichtung über das Werkstück geführt und die Flammenausströmrichtung des Brenners mit einem Winkel α, zwischen 100° und 135° zur horizontalen Vorwärtsrichtung des Brenners geneigt eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammenausströmrichtung des Brenners mit einem Winkel β zwischen 125° und 165° zur Vor­ wärtsrichtung des Brenners zur Seite gelenkt ein­ gestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Einstellung der Flammenausströmrichtung zumindest teilweise durch entsprechende Schrägstellung der Brennerdüsen vorgenommen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Flammenaus­ strömrichtung zumindest teilweise durch entsprechendes Schrägstellen des Brenners vorgenommen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Mischungsverhältnis von Brenngas zu Sauerstoff im Bereich von 1 : 2,2 bis 1 : 3,2 einge­ stellt wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einem über die Werkstück­ oberfläche geführten Brenngas-Sauerstoff-Brenner mit mindestens zwei Düsen, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen und/oder der Brenner (2) so einstellbar sind, daß die Flammenausströmrichtung (7) schleppend zur Vorwärtsrichtung (4) des Brenners (2) gerichtet ist und daß die Flammenausströmrichtung (7) mit einem Winkel α zwischen 100° und 135° zur horizontalen Vorwärtsrichtung (4) des Brenners (2) geneigt und ge­ gebenenfalls mit einem Winkel β zwischen 125° und 165° zur horizontalen Vorwärtsrichtung (4) des Brenners (2) zur Seite abgelenkt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einhaltung der Flammenausströmrichtung (7) am Brenner (2) eine auf der Oberfläche des Werk­ stücks (1) geführte Führungseinrichtung (5, 6) ange­ ordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Führungseinrichtung (5, 6) als Kufe (6) mit Halterung (5) für den Brenner (2) ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (5) zur Längsachse der Kufe (6) ge­ neigt angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Halterung (5) zur Längsachse der Kufe (6) gedreht angeordnet ist.