DE4225590A1 - Vorrichtung und Verfahren für die Behandlung von empfindlichen Oberflächen, insbesondere von Skulpturen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Behandlung, beispielsweise die Reinigung, von empfindlichen Oberflächen, insbesondere von stark konturierten Oberflächen wie die von Skulpturen aus Holz, Gips, Bronze und dergleichen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren für die Behand­ lung von empfindlichen, stark konturierten Oberflächen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 25.

Bei der Behandlung von empfindlichen, stark konturierten Oberflächen, wie sie typischerweise bei Skulpturen, bei­ spielsweise Holz- Gips- oder Bronzefiguren, anzutreffen sind, stellt sich das zweifache Problem einer zugleich schonenden und trotzdem gründlichen Behandlung. Die Oberflächen sind zum einen empfindlich, was ganz besonders bei hervorstehenden Oberflächen, beispielsweise der Nase einer menschlichen Fi­ gur, der Fall ist, und sie sind zum Teil nur schwer zugäng­ lich, weil sie wegen der Oberflächenkonturierung hinter Vor­ sprüngen, Verwerfungen und dergleichen verborgen sind.

Zum Reinigen von im wesentlichen planen und vergleichsweise unempfindlichen Oberflächen sind Strahlverfahren mit Schleif­ partikeln bekannt, die im Strahl unter hohem Druck geradlinig auf die zu reinigende Oberfläche geschleudert werden.

Für den gleichen Anwendungszweck, nämlich der Reinigung von im wesentlichen planen, im Unterschied zum Vorhergehenden jedoch empfindlichen Oberflächen, sind aus der EP 0 171 448 B1 ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, wonach bzw. bei der die Reinigung mittels eines um seine Mittelachse rotierenden Reinigungsstrahls erfolgt. Im Reinigungsstrahl sind zerstäubtes Wasser, Luft und ein aus Feststoffpartikeln bestehendes Reinigungsmittel enthalten. Die bekannte Vorrich­ tung wird im wesentlichen durch einen Mischkopf gebildet, in dessen Mischkammer jeweils unter Druck zum einen ein Gemisch aus Wasser und Luft über eine Zerstäubungsdüse und zum ande­ ren über eine weitere Zuführung ein Gemisch aus Luft und Feststoffpartikeln eingeleitet werden. Die beiden Gemisch­ ströme treffen in der Mischkammer unter einem Winkel und einer gegenseitigen Exzentrizität ihrer jeweiligen Mittel­ achsen aufeinander, vermischen sich und verlassen den Misch­ kopf als rotierender Reinigungsstrahl.

Der Einsatz dieses schonenden Verfahrens zur Behandlung, beispielsweise zum Reinigen oder Polieren oder zum Auftragen einer Schutzflüssigkeit, von stark konturierten Oberflächen, wie sie z. B. bei Holz- oder Gipsfiguren in Kirchen anzu­ treffen sind, ist nicht bekannt. Da die beiden Gemischströme in einem Winkel und exzentrisch zueinander in die Mischkammer des vorbekannten Mischkopfes eingeleitet werden, wird zumin­ dest einer der beiden unter Druck stehenden Ströme gegen die seiner Einlaßmündung gegenüberliegende Mischkammerwandung geschleudert und kann mit zunehmender Einsatzdauer des Misch­ kopfes einen unerwünschten Materialabtrag im Auftreffbereich erzeugen. Ganz besonders kommt dieser unerwünschte Effekt wegen der gegenseitigen Exzentrizität der beiden in die Mischkammer eingeleiteten Gemischströme zum Tragen, da der auf die Mischkammerwandung gerichtete Gemischstrom beim Aufprall noch einen Großteil seiner kinetischen Energie besitzt.

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, die mit den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrich­ tungen verbundenen Nachteile zu vermeiden. Insbesondere soll eine zugleich schonende und gründliche Behandlung empfindli­ cher und stark konturierter Oberflächen ermöglicht werden. Bei einer Vorrichtung zur Erzeugung eines rotierenden und daher schonenden Behandlungsstrahls soll eine besonders gute Vermischung und Drehimpulsübertragung in der Mischkammer eines Mischkopfes bei gleichzeitiger Verschleißminderung der Mischkammerwandung erzielt werden.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der Ansprüche 1 bzw. 25 gelöst.

Vorteilhafte, nicht glatt selbstverständliche Ausgestaltungen der Erfindung werden durch die nachgeordneten Ansprüche be­ ansprucht.

Durch die Anwendung eines Strahlverfahrens, und zwar eines Strahlverfahrens, bei dem der Strahlinhalt um seine in Strahlfortschrittsrichtung weisende Mittelachse rotiert, kommen die Strahlpartikel, nämlich zerstäubtes flüssiges Behandlungsmittel und/oder feste Polier- bzw. Schleifparti­ kel, auf der zu behandelnden Oberfläche in Form einer materi­ alschonenden Wischbewegung zur Wirkung. Durch den erfindungs­ gemäßen Einsatz solch eines Strahlverfahrens zur Behandlung von empfindlichen, stark konturierten Oberflächen, beispiels­ weise von Skulpturen, kann das Restaurieren solcher Gegen­ stände erheblich vereinfacht und wegen der Zeitersparnis gegenüber den üblicherweise eingesetzten rein manuellen Ver­ fahren, beispielsweise dem Auskratzen von Schmutz mit ent­ sprechenden Handwerkzeugen oder dem Abwischen mit Lappen, verbilligt werden. Das Risiko einer Zerstörung eines wertvol­ len Objekts wird reduziert.

Die erfindungsgemäße Maßnahme, unter Druck zwei gegeneinander geneigte und mit ihren jeweiligen Mittelachsen exzentrisch zueinander verlaufende Strahlen so in eine Mischkammer eines Mischkopfes einzuleiten, daß der eine Strahl eine solche Ausdehnung besitzt, daß er von der Mittelachse des anderen Strahls geschnitten wird, inbesondere daß die Querschnitts­ fläche des zweiten Strahls von dem ersten Strahl im gemein­ samen Schnittbereich zu einem größeren Teil oder gar im we­ sentlichen überdeckt wird, bewirkt eine gute Vermischung und Drehimpulsaufprägung zur Erzeugung eines resultierenden Rota­ tionsstrahls. Gleichzeitig wird dem Verschleiß durch Materi­ alabtrag der Mischkammerwandung entgegengewirkt, da die kine­ tischen Energien der beiden Strahlen beim Zusammentreffen außergewöhnlich effektiv in Rotationsenergie und Transla­ tionsenergie des resultierenden Gemischstrahls umgewandelt werden und keiner der Strahlen noch vor dem Zusammenprall einen nicht unerheblichen Teil seiner kinetischen Energie auf die Mischkammerwandung übertragen kann.

Erfindungsgemäß wird ein Gemischstrahl, der ein einziges oder auch eine Mischung unterschiedlicher flüssiger Behandlungs­ mittel enthalten kann, über eine erste Zuführung durch eine schlitzförmige Einlaßöffnung in die Mischkammer eingeleitet, wodurch ein quer zur Strahlfortschrittsrichtung ausgedehnter, als Breitstrahl zu bezeichnender Strahl entsteht. Wegen sei­ ner Orientierung überdeckt dieser Breitstrahl erfindungsgemäß den Weg des zweiten, unter einem Neigungswinkel und exzen­ trisch zur Mittellängsachse des Breitstrahls in die Misch­ kammer eingeleiteten Strahls zu einem größeren Teil oder sogar vollständig bzw. nahezu vollständig. Zu diesem Zweck besitzt die Längsachse der Einlaßöffnung eine Querkomponente zu der Ebene, die von den zum Schnitt gebrachten Parallelprojektionen der Strahlmittelachse der beiden in die Mischkammer eingeleiteten Strahlen aufgespannt wird. Bevor­ zugterweise steht die Längsachse dieser Öffnung in etwa rech­ twinklig auf dieser Ebene.

Der Einlaß mit der schlitzformigen Öffnung kann beispiels­ weise als einfache Schlitzblende oder in besonders vorteil­ hafter Ausgestaltung als engste Durchlaßöffnung einer sich zu dieser engsten Öffnung hin verjüngenden und anschließend wieder öffnenden Düse ausgebildet sein.

Der zweite Strahl, der ein Gemisch aus Druckgas und Fest­ stoffpartikeln enthalten kann, wird über eine zweite Zufüh­ rung in die Mischkammer eingeleitet, deren Durchlaßquer­ schnitt sich nach der Erfindung in seinem Verlauf zum Einlaß in die Mischkammer hin verbreitert. Dadurch kann bei anson­ sten gleichem Massendurchsatz eine Verringerung der kineti­ schen Energie dieses zweiten Strahls erreicht werden.

Ganz besonders vorteilhaft wird dieser Effekt durch die er­ finderische Ausbildung einer plötzlichen Verbreiterung her­ beigeführt. Erst dadurch ist gewährleistet, daß der zweite Strahl in seinem Kernbereich, der exzentrisch zur Mittelachse des ersten Strahls liegt und an dem ersten Strahl vorbei­ schießen könnte, keine ausgeprägte Geschwindigkeitsspitze mehr aufweist, sondern ein insgesamt turbulentes, vergleichs­ weise stumpfes Geschwindigkeitsprofil besitzt. Der zweite Strahl bzw. dessen Bestandteile weisen daher beim Zusammen­ treffen mit dem ersten Strahl in Strahlfortschrittsrichtung eine geringere Geschwindigkeit auf als dies bei gleichmäßigem oder auch bei allmählich sich verbreiterndem Verlauf der zweiten Zuführung der Fall wäre. Der Strahlinhalt besitzt infolge der nach der plötzlichen Verbreiterung entstehenden Turbulenzen Quergeschwindigkeitskomponenten, die ihrerseits zur guten Vermischung und damit auch zur Verbesserung der Drehimpulsaufprägung bzw. -erzeugung beitragen.

Die Verbreiterung erfolgt nach einer bevorzugten Ausfürungs­ form der Erfindung von einem ersten auf einen zweiten kreis­ zylindrischen Durchlaßquerschnitt, deren Durchmesserverhält­ nis im Bereich zwischen 2 : 3 und 4 : 5, besonders bevorzugt bei etwa 3 : 4, liegt.

In diesem Zusammenhang ist ferner das Verhältnis des Misch­ kammerdurchmessers, wobei die Mischkammer bevorzugt ebenfalls kreiszylindrischen Querschnitt aufweist, zu dem Durchmesser des Einlasses der zweiten Zuführung in die Mischkammer von besonderem Interesse. Dieses Verhältnis liegt vorzugsweise zwischen 4 : 3 und 6 : 5, insbesondere bei 5 : 4, so daß sich vom Durchmesser des ersten Abschnitts der zweiten Zuführung über deren zweiten Abschnitt zum Mischkammerdurchmesser in der be­ vorzugten Ausführungsform der Erfindung die Verhältniskette von etwa 3 : 4 : 5 ergibt.

Hinter dem auf der Höhe des Schnitts der beiden sich mischen­ den Strahlen liegenden Bereich der Mischkammerwand, insbeson­ dere hinter dem Bereich, der in Verlängerung der Mittelachse des zweiten Strahls liegt, ist vorteilhafterweise ein Vor­ sprung ausgebildet. Dieser Vorsprung wird vorteilhafterweise so scharfkantig wie möglich ausgeführt. Dadurch kann ein Abgleiten der in diesem Bereich winkelig zur Kammerwand auf­ treffenden Strahlbestandteile verhindert oder zumindest redu­ ziert und eine frühzeitige Rotationsbildung gefördert werden.

Bevorzugterweise wird der derart gebildete und bereits in Drehung befindliche Gemischstrahl durch einen sich an die Mischkammer anschließenden, allmählich, insbesondere stetig, verjüngten Abschnitt des Mischkopfes geführt und dabei einge­ schnürt. Die Geometrie dieses Abschnitts ist erfindungsgemäß so bemessen, daß die als Quotient aus der Länge und - im Falle einer bevorzugten kreiszylindrischen Querschnittsform - dem Einlaßdurchmesser des Abschnitts gebildete Streckung zwischen 4 : 1 und 8 : 1 liegt und besonders bevorzugt 5 : 1 be­ trägt. Gleichzeitig sollte die Verjüngung als Quotient aus Einlaß- und Auslaßdurchmesser höchstens 4 : 1 und bevorzugter­ weise lediglich etwa 2.3 : 1 betragen.

Vorzugsweise wird der genannte Vorsprung dadurch ausgebildet, daß der verjüngte Abschnitt an seinem mischkammerseitigen Ende einen kleineren Durchmesser als die Mischkammer besitzt und ein ringförmiger Vorsprung entsteht. Der Durchmesser der Mischkammer sollte dabei im Verhältnis von etwa 5 : 4 verklei­ nert werden, zumindest jedoch sollte der Vorsprung einen halben Millimeter in den Öffnungsquerschnitt hineinragen.

Vorteilhafterweise wird der verjüngte Abschnitt - wie die Mischkammerwandung auch - durch ein Material gebildet, das eine Oberfläche aufweist, die zwar verschleißfest ist, aber gleichzeitig eine ausreichende Rauhigkeit besitzt, um ein zu leichtes Entlanggleiten von Strahlbestandteilen zu verhin­ dern. Grundsätzlich sind die gewünschten Eigenschaften durch Einsatz verschiedener keramischer Materialien zu erzielen, so daß insbesondere der verjüngte Abschnitt zumindest eine kera­ mische Oberfläche aufweist, der Vorsprung selbst jedoch be­ sonders verschleißfest als Sinterring ausgebildet ist.

Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, an den sich ver­ jüngenden Abschnitt strahlausgangsseitig noch einen Abschnitt mit in etwa konstantem Durchlaßquerschnitt anzuschließen. In diesem letzten Abschnitt findet eine nochmalige Vergleichmä­ ßigung und Beruhigung des Strahlinhalts statt.

In den beiden letztgenannten Abschnitten erfährt der Gemisch­ strahl eine Festigung und Verstetigung der Rotation, wodurch insbesondere ein für die Hauptverwendung in besonderem Maße geeigneter, sich kegelförmig mit einem kleinen Öffnungswinkel ausbreitender Behandlungsstrahl erzeugt werden kann.

Bedeutung kommt auch dem Verhältnis der Längen dieser beiden hintereinanderliegenden Abschnitte zu. Die Länge des aus­ laßseitigen Abschnitts beträgt vorteilhafterweise mindestens ein Sechstel, insbesondere ein Fünftel bis ein Viertel, der Länge des verjüngten Abschnitts.

Bei dem flüssigen Behandlungsmittel handelt es sich in den meisten Fällen um Wasser. Je nach Art der Behandlung kann das Wasser jedoch auch durch eine besondere Waschflüssigkeit oder aber eine Schutzflüssigkeit, beispielsweise gegen Rost, er­ setzt werden. Gegebenenfalls kann auch eine entsprechende Mischung von verschiedenen Behandlungsmitteln eingesetzt werden. Im Falle einer Reinigung werden dem Mischkopf zusätz­ lich feste Partikel als Polier- oder Schleifpartikel zuge­ führt. Grundsätzlich können auch Eispartikel diese festen Partikel bilden, wobei dem Mischkopf entweder bereits kri­ stallisierte Eispartikel zugeführt oder aber diese Eisparti­ kel erst im bereits zerstäubten Gemischstrahl im Anschluß an die Mischkammer erzeugt werden.

Gemäß der Erfindung kommt ein rotierender Behandlungsstrahl zum Einsatz, der einen Öffnungswinkel von weniger als 30°, insbesondere sogar von weniger als 20°, aufweist, um mit der Wischbewegung auch noch hinter hervorstehenden Oberflächen zurückliegende und eventuell sogar zum Teil verdeckte Ober­ flächen zu erreichen und den Strahlinhalt so gezielt wie möglich nur in solch einem Bereich wirken zu lassen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einer bevorzugten Aus­ führungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzel­ nen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Mischkopf im Längsschnitt; und

Fig. 2 einen Einlaß mit einer schlitzformigen Einlaßöff­ nung gemäß dem Querschnitt A-A nach Fig. 1.

Der aus der Fig. 1 ersichtlichen, allgemein als Mischkopf 1 bezeichneten Vorrichtung werden über eine erste Zuführung 10 ein erster Strahl eines Gemisches eines flüssigen Behand­ lungsmittels und eines Druckgases und über eine zweite Zufüh­ rung 20 ein zweiter Strahl zugeführt, der ein Druckgas, wofür im folgenden beispielhaft immer Druckluft genannt sei, und Feststoffpartikel enthält. Die Mittelachse 22 der zweiten Zu­ führung 20 ist unter einem Winkel γ zur Mittelachse 11 des durch die erste Zuführung 10 über einen Einlaß 12 in die Mischkammer 30 eingeleiteten ersten Strahls geneigt angeord­ net. Zusätzlich verlaufen die Mittelachsen 11 und 22 der bei­ den Strahlen exzentrisch aneinander vorbei, so daß der aus den beiden Strahlen gebildete Gemischstrahl in Rotation um seine Strahlfortschrittsrichtung, die mit der Achse 11 des ersten Strahls zusammenfällt, versetzt wird.

Im Ausführungsbeispiel weist die Mittelachse 11 des über den Einlaß 12 in die Mischkammer 30 eingeleiteten ersten Strahls auf den Auslaß der Mischkammer 30. In diesem Beispiel fällt die Stahlmittelachse 11 sogar mit der Symmetrieachse der rotationssymmetrisch ausgebildeten Mischkammer 30 zusammen. In geeigneter Anordnung der beiden Zuführungen 10 und 20 in Verbindung mit geeignet gewählten Massen- bzw. Volumenver­ hältnissen der beiden in der Mischkammer 30 vermischten Stra­ hlen sind jedoch unter Beibehaltung eines Neigungswinkels γ und einer Exzentrizität auch andere Anordnungen für die Strahleinleitung in die Mischkammer denkbar.

Das in der Mischkammer 30 in Rotation versetzte Gemisch aus Druckluft und dem zerstäubten, flüssigen Behandlungsmittel, wofür beispielhaft Wasser angeführt sei, gelangt nach Ein­ schnürung in einem sich an die Mischkammer 30 ausgangsseitig anschließenden, allmählich verjüngten Abschnitt 42 zu einem Auslaßabschnitt 44 des Mischkopfes 1. Der Auslaßabschnitt 44 ist als Abschnitt mit in etwa konstantem Querschnittsverlauf ausgebildet. Der aus dem Auslaß 44 austretende Behandlungs­ strahl 50 öffnet sich kegelformig unter einem Öffnungswinkel α von etwa 20°, so daß sich der Behandlungsstrahl in der üblichen Arbeitsentfernung zu einer höchstens fünfmarkstücks­ großen Kegelfläche öffnet.

Um eine möglichst innige Vermischung des ersten und des zweiten in die Mischkammer eingeleiteten Strahls und damit gleichzeitig eine möglichst gute Drehimpulsaufprägung zu erzielen, wird der über die erste Zuführung 10 zugeführte erste Strahl in Form eines in einer Querrichtung zu seiner Strahlmittelachse 11 ausgedehnteren und deshalb als Breit­ strahl bezeichneten Strahls in die Mischkammer 30 eingelei­ tet. Dadurch wird erreicht, daß die Querschnittsfläche des zweiten Strahls, der unter einer Exzentrizität auf den Breit­ strahl trifft, weitgehend vom Breitstrahl überdeckt und seine kinetische Energie somit bestmöglich absorbiert wird. Gleich­ zeitig wird durch den Breitstrahl derjenige Bereich 34 der Mischkammerwandung geschützt, der in gerader Verlängerung der Mittelachse 22 der zweiten Zuführung 20 liegt. Ohne solch eine Abschirmung durch den Breitstrahl würde der vorbeischie­ ßende zweite Strahl im Bereich 34 auf der Kammerwand auftref­ fen, wie dies beispielsweise bei einem gemäß der EP 0 171 448 B1 ausgebildeten Mischkopf durchaus der Fall sein könnte. Dies umso eher, je kleiner die Abmaße eines Mischkopfes ge­ wählt werden. Je nach der Art der im zweiten Strahl enthal­ tenen Strahlbestandteile, worunter sich insbesondere auch feste Polier- oder Schleifpartikel befinden können, wäre ohne die beschriebene Abschirmung durch den als Breitstrahl ausgebildeten ersten Strahl ein nicht zu vernachlässigender Materialabtrag des Wandungsbereichs 34 zu befürchten.

In Fig. 2 ist die Düse 12 an ihrer engsten Stelle im Quer­ schnitt A-A dargestellt. Diese engste Stelle wird durch eine schlitzförmige, im Ausführungsbeispiel rechteckförmige Düsen­ öffnung 14 gebildet, deren Längsachse 16 in etwa senkrecht auf der Ebene steht, die durch die Mittellängsachse 11 der Düse 12 bzw. des ersten Strahls und die Parallelprojektion 22′ der Mittelachse 22 der zweiten Zuführung, also der Richtung des in die Mischkammer 30 eingeleiteten zweiten Strahls, aufgespannt wird. Die Längsachse 16 der Düsenöffnung 14 könnte jedoch auch bis zu einem vorzugebenden Maß unter einem anderen, geeigneten Neigungswinkel zu dieser Ebene verlaufen.

Die zweite Zuführung 20 ist, wie in Fig. 1 dargestellt, zum Einlaß zur Mischkammer 30 hin verbreitert. Die Verbreiterung ist als plötzliche Verbreiterung 27 ausgebildet, so daß ein erster Abschnitt 26 der zweiten Zuführung 20 mit konstantem Durchlaßquerschnitt sich plötzlich zu einem daran anschlie­ ßenden weiteren Abschnitt 28 mit einem ebenfalls konstanten, jedoch größeren Durchlaßquerschnitt erweitert. An der Ver­ breiterung 27, die sich herstellungsbedingt in einem Winkel von etwa 60° öffnet, idealerweise jedoch übergangslos ausge­ führt ist, treten Turbulenzen auf, wodurch die in Richtung der Mittelachse 22 weisende Impulskomponente des zweiten Strahls reduziert wird. Der zweite Strahl trifft deswegen mit einem ausgeprägt turbulenten Strömungsprofil auf die flache Seite des Breitstrahls auf. Diese Maßnahme trägt in erhebli­ chem Maße zur Verschleißminderung des Bereichs 34 bei, wäh­ rend wegen der durch die genannten Turbulenzen erzeugten Quergeschwindigkeitskomponenten des Strahlinhalts gleichzei­ tig die Vermischung in der Mischkammer 30 intensiviert und die Drehimpulsaufprägung nicht nachteilig beeinflußt werden. Gegebenenfalls könnte in Ausbildung solch eines zweiten Strahls, insbesondere bei der im folgenden noch präzisierten Geometrie des Mischkopfes, sogar ein auf bereits bekannte Weise, beispielsweise gemäß der Lehre der EP 0 171 448 B1, erzeugter erster Strahl verwendet werden.

Die beschriebene Ausbildung des Mischkopfes 1 kommt insbesondere seiner Verwendung zum Behandeln von stark kon­ turierten Oberflächen wie Skulpturen bzw. Figuren aus Holz, Gips, Bronze und dergleichen, zugute, die oftmals stark zer­ klüftete und stark zerworfene Oberflächen aufweisen, so daß das verwendete Werkzeug, d. h. der Mischkopf 1, in den ent­ sprechend kleinen Abmaßen, die durchaus als miniaturhaft bezeichnet werden können, ausgebildet sein muß. Wären nämlich die beiden in der Mischkammer aufeinandertreffenden Strahlen verhältnismäßig stark gebündelt, so wäre der Exzentrizität ihrer jeweiligen Mittelachsen wegen ein Aneinandervor­ beischießen kaum zu verhindern.

Der Öffnungswinkel α des austretenden Behandlungsstrahls 50 ist so bemessen, daß der auf der zu behandelnden Oberfläche auftreffende Strahl in der typischen Arbeitsentfernung eine Fläche von weniger als Fünfmarkstücksgröße, also weniger als etwa 7 cm² überdeckt. Der Öffnungswinkel α des Behandlungs­ strahls 50 beträgt etwa 20°. Er ist in jedem Fall kleiner als 30°.

Zur Ausbildung eines solchen Behandlungsstrahls 50 ist im An­ schluß an die Mischkammer 30 der sich idealerweise stetig verjüngende Abschnitt 42 mit einer Streckung von etwa 5 : 1 ausgebildet. Dabei wird unter dem Begriff der Streckung das Verhältnis der Länge zum Durchmesser dieses kreiszylindri­ schen Abschnitts 42 verstanden.

Der verjüngte Abschnitt 42 geht ausgangsseitig in einen wei­ teren kreiszylindrischen Abschnitt 44 mit konstantem Durch­ laßquerschnitt über. In diesem letzten Abschnitt 44 findet, wie sich im Laufe der Entwicklungsarbeiten herausstellte, nochmals eine Vergleichmäßigung der Durchmischung und eine Beruhigung der nicht in Richtung der Rotation erfolgenden Bewegungen des Strahlinhalts statt.

Die beiden Abschnitte 42 und 44 sind als einteilige Hülse 40 aus einem keramischen Material in einer Aufnahme 36 des Mischkammergehäuses 32 eingesetzt. Kammerseitig liegt der verjüngte Abschnitt 42 in Ausbildung einer Schulter 39 an einem Sinterring 38 mit einem scharfkantigen Rand. Die Ver­ längerung der Mittelachse 22 der zweiten Zuführung 20 weist in den oder kurz vor den zwischen dem Sinterring 38 und der Mischkammerwandung liegenden Bereich 34. Die hinter dem Auf­ treffbereich 34 durch den Sinterring 38 ausgebildete Schulter 39 verhindert ein Entlanggleiten der auftreffenden Strahlbe­ standteile an der Kammerwandung, wodurch die Rotationsbildung und weitere -ausprägung sonst unerwünschterweise verzögert würde.

Eine entscheidende Rolle kommt auch der Abstimmung der Abmes­ sungen der einzelnen Komponenten des Mischkopfes 1 zu, ins­ besondere den Längen- und Querschnittsflächenverhältnissen hintereinanderliegender Strömungsquerschnitte sowie den aus den Längen und den Querschnittsflächen bzw. den Durchmessern gebildeten und als Streckung bezeichneten Verhältnissen. Hierzu wird ausdrücklich auf die im Maßstab 1 : 1.4 ausgeführte Fig. 1 verwiesen.

So hat ein die zweite Zuführung 20 mit den beiden Abschnitten 26 und 28 bildender Stutzen 24 einen halbzölligen Außendurch­ messer mit einem geeigneten Anschlußbereich 25 für den An­ schluß an die gängigen Druckgasquellen und -schläuche. Dabei hat sich erst in Versuchen gezeigt, daß die Stirnfläche 27 am freien Ende des Stutzens 24 möglichst plan sein sollte. Sie reicht daher plan bis an den Innendurchmesser eines aufge­ schobenen Schlauches 21 heran und ist lediglich zu dessen Schutz vor Beschädigung minimal am äußeren Rand angefast. Ebenso reicht die Stirnfläche 27 auch so nahe wie möglich plan bis zu der Kante des als einfache Bohrung ausgeführten ersten Abschnitts 26 heran, um im Ergebnis idealerweise eine plötzliche Verengung 23 von dem Querschnitt des Schlauches 23 auf den des ersten Abschnitts 26 zu bilden. Versuche haben gezeigt, daß eine Abrundung und sogar eine zu starke Fassung der Stirnfläche 27 überraschenderweise einen nicht zu ver­ nachlässigenden, unerwünschten Einfluß auf das Strömungspro­ fil des zweiten Strahls bei dessen Einleitung in die Misch­ kammer 30 ausüben.

Der Durchmesser des ersten Abschnitts 26 der zweiten Zuführung 20 beträgt etwa 6 mm, während der zweite, verbreiterte Ab­ schnitt 28 einen Durchmesser von etwa 8 mm besitzt. Das Län­ genverhältnis dieser beiden Abschnitte 26 und 28 beträgt in etwa 3 : 2, wobei als Länge des kammerseitigen Abschnitts 28 die Länge seiner Mittelachse zum Schnitt mit der Misch­ kammerwandung angenommen wird und der erste Abschnitt 26 in einer Länge von 20 bis 40 mm, insbesondere von etwa 30 mm, ausgeführt ist.

Der Durchmesser der im Ausführungsbeispiel kreiszylindrischen Mischkammer 30 beträgt etwa 10 mm. Die im wesentlichen recht­ eckige Düsenöffnung 14 besitzt eine Länge l von etwa 1,2 mm und eine Breite d von etwa 0,6 mm.

An seinem mischkammerseitigen Einlaß hat der sich verjüngende Abschnitt 42 einen Durchmesser von ca. 8 mm, der sich zum Ausgangsabschnitt 44 hin auf etwa 3,5 mm verengt. Der Aus­ laßabschnitt 44 selbst weist dann den konstanten Durchmesser von etwa 3,5 mm auf. Seine äußere Auslaßkante ist scharfkan­ tig. Gegebenenfalls wird sie zusätzlich nochmals besonders verschleißfest ausgebildet. Dabei beziehen sich sämtliche Durchmesserangaben auf kreiszylindrische Querschnittsflächen.

Claims (28)

1. Vorrichtung für die Behandlung, beispielsweise die Nei­ nigung, von empfindlichen Oberflächen, insbesondere von stark konturierten Oberflächen wie die von Skulpturen aus Holz, Gips, Bronze und dergleichen,

• a) mit einem Mischkopf (1) zum Vermischen von dem Mischkopf (1) zugeführten Medien und zum Versprühen eines daraus gebildeten Behandlungsstrahls (50),
• b) wobei unter Druck in eine Mischkammer (30) des Mischkop­ fes (1) über eine erste Zuführung (10) durch einen Ein­ laß (12) ein erster, ein flüssiges Behandlungsmittel enthaltender Strahl und
• c) über eine zweite Zuführung (20) ein zweiter Strahl, dessen Strahlachse (22) unter einem Winkel (γ) gegenüber der Strahlachse (11) des ersten Strahls geneigt ist und exzentrisch dazu verläuft, eingeleitet werden,
  dadurch gekennzeichnet, daß
• d) der Einlaß (12) eine Einlaßöffnung (14) aufweist, die so geformt und/oder orientiert ist, daß die Strahlach­ se (22) des zweiten Strahls den ersten Strahl schnei­ det.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Strahl die Querschnittsfläche des zwei­ ten Strahls im Schnittbereich im wesentlichen über­ deckt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einlaßöffnung (14) schlitzförmig ist und eine Längsachse (16) besitzt, die eine Querkompo­ nente zu der Ebene aufweist, die von den zum Schnitt gebrachten Parallelprojektionen der Strahlachsen (11; 22) des ersten und des zweiten Strahls aufge­ spannt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse (16) der Einlaßöffnung (14) in etwa in einem rechten Winkel zu der aufgespannten Ebene steht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachse (11) des durch die Einlaßöffnung (14) tretenden ersten Strahls in etwa zu dem Auslaß der Mischkammer (30) weist, insbesondere daß dessen Mittelachse (11) mit der Symmetrieachse der rotationssymmetrisch ausgebildeten Mischkammer (30) zusammenfällt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (l) der Einlaßöffnung (14) das 1,5- bis 4fache, insbesondere in etwa das Doppelte, ihrer Breite (b) beträgt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (l) der Einlaßöffnung (14) 0,8 bis 1,8 mm, insbesondere etwa 1,2 mm, und deren Breite (b) 0,2 bis 1,2 mm, insbesondere etwa 0,6 mm, beträgt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (12) als Schlitzblende oder als engste Durchlaßöffnung einer sich verjüngen­ den und wieder erweiternden Düse ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Verlauf der zweiten Zuführung (20) der Durchlaßquerschnitt zum Einlaß in die Misch­ kammer (30) hin verbreitert ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbreiterung als plötzliche Verbreiterung (27), insbesondere als plötzliche Verbreiterung (27) von einem ersten Abschnitt (26) auf einen zweiten Ab­ schnitt (28) mit einer jeweils konstanten, zylindri­ schen Durchlaß-Querschnittsfläche, ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abschnitte (26; 28) kreiszylindrisch sind und das Verhältnis ihrer Durchmesser im Bereich zwischen 2 : 3 und 4 : 5 liegt und insbesondere etwa 3 : 4 beträgt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Zuführung (20) durch einen kreiszylindrischen Rohrstutzen (24) mit dem ersten Abschnitt (26) am anschlußseitigen Ende gebildet wird, der in eine Zuführung (21) für Behandlungsmittel einsteckbar ist und zur Bildung ei­ ner plötzlichen Querschnittsverengung (23) einen Au­ ßendurchmesser (A) besitzt, der mindestens das 1,5fa­ che, inbesondere etwa das 2fache, des Durchmessers des ersten Abschnitts (26) beträgt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß die zweite Zuführung (20) durch einen Rohrstutzen (24) mit dem ersten Abschnitt (26) am anschlußseitigen Ende, das eine nahezu gänz­ lich plane Stirnfläche (27) aufweist, gebildet wird.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des in die Mischkammer (30) mündenden zweiten Abschnitts (28) der zweiten Zuführung (20) zu dem Durchmesser der kreiszy­ lindrischen Mischkammer (30) 3 : 4 bis 5 : 6, insbesondere etwa 4 : 5, beträgt.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Zuführung (10; 20) für den einfachen Anschluß an die vor Ort vorhandenen, insbesondere halbzölligen, Anschlüsse für Behandlungsmittel, insbesondere Wasser und Druckluft, ausgebildet sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zur Reduzierung oder Verhinderung eines Gleitens von Strahlbestandteilen stromaufwärts von dem Schnittbereich der beiden Strahlen ein Vor­ sprung (38) von der Kammerwandung in die Kammer (30) hineinragt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (38) durch eine umlaufende Schulter, insbesondere durch einen Sinterring, gebildet wird.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Schulter (38) zumindest einen halben Millime­ ter, insbesondere einen Millimeter, in die Mischkammer (30) hineinragt.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Mischkopf (1) im Anschluß an die Mischkammer (30), insbesondere im Anschluß an die Schulter (38), allmählich verjüngt.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der verjüngte Abschnitt (42) ein Streckungsver­ hältnis, das als Quotient aus der Länge und dem Durch­ messer dieses Abschnitts (42) gebildet ist, von 4 : 1 bis 8 : 1, insbesondere von etwa 5 : 1, besitzt.

21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der verjüngte Abschnitt (42) kreiszylin­ drischen Querschnitt besitzt und sich zum Mischkopf­ auslaß hin bezüglich seines Durchmessers höchstens um einen Faktor von vier, insbesondere auf etwa das 2,3fache, verjüngt.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischkopf (1) im Anschluß an den verjüngten Abschnitt (42) auslaßseitig einen Ab­ schnitt (44) konstanten Durchlaßquerschnitts, insbe­ sondere kreiszylindrischen Querschnitts, besitzt.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der auslaßseitige Abschnitt (44) eine Länge auf­ weist, die mindestens ein Sechstel, insbesondere ein Fünftel bis ein Viertel, der Länge des verjüngten Ab­ schnitts (42) beträgt.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Strahlbestandteilen in Berührung kommenden, inneren Wandungen des Mischkopfes (1) durch keramische Materialien gebildet werden.

25. Verfahren für die Behandlung, beispielsweise die Rei­ nigung, von empfindlichen, stark konturierten Oberflä­ chen wie die von Skulpturen aus Holz, Gips, Bronze und dergleichen, insbesondere unter Verwendung einer Vor­ richtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung mittels eines um seine erzeugende Strahlachse (11) rotierenden Behandlungsstrahls (50) mit zumindest einem vor seiner Zerstäubung flüssigen Behandlungsmittel erfolgt.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Behandlungsstrahl (50) Wasser, eine besondere Wasch- oder eine Schutzflüssigkeit oder eine Mischung daraus enthält.

27. Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Behandlungsstrahl (50) feste Parti­ kel, insbesondere Feststoff- und/oder Eispartikel, enthält.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlöffnungswinkel (α) weni­ ger als 30° beträgt.