EP0316264B1

EP0316264B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Entlacken und Entfernen von Schichten von Flächen

Info

Publication number: EP0316264B1
Application number: EP88730248A
Authority: EP
Inventors: Werner Süss
Original assignee: Werner and Zeisse GmbH and Co KG
Current assignee: Werner and Zeisse GmbH and Co KG
Priority date: 1987-11-11
Filing date: 1988-11-10
Publication date: 1992-07-29
Anticipated expiration: 2008-11-10
Also published as: ATE78744T1; DE3873271D1; EP0316264A2; EP0316264A3; DE3738246A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Entlacken und Entfernen von Schichten von Flächen , die insbesondere mit einem Oberflächenschutz versehen werden sollen, unter Verwendung eines mit hohem Druck aus einer Düse austretenden Wasserstrahls , mit dem Eispartikel gegen die zu behandelnde Fläche geschleudert werden sowie das von der zu behandelnde Fläche abfließende Wasser mit den durch die Behandlung abgelösten Teilchen aufgefangen, die Teilchen durch Absetzen und anschließendes Filtrieren weitgehend abgetrennt werden und das so gereinigte Wasser erneut mit hohem Druck und mit zugesetzten Eispartikeln gegen die zu behandelnde Fläche gerichtet wird.
Ein solches Verfahren ist aus dem Dokument JP-A-58-165962 bekannt. Mit Hilfe dieses Verfahrens ist es möglich, eine Beseitigung alter Lacke, Farben und ähnlicher Schichten oder Verunreinigungen und ggf. auch von Rostteilchen durchzuführen. Die Flächen sind insbesondere metallische Flächen, wie an Schiffen und Stahlbauten. Das Verfahren kann auch an anderen Flächen, wie beispielsweise Fassaden an Gebäuden, angewendet werden.
Es ist bekannt, daß alte Anstriche von Schiffen und Stahlbauteilen durch Sandstrahlen entfernt werden können. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist jedoch, daß der verwendete Sand, auch wenn die Bearbeitungsstelle durch Planen abgedeckt ist, unkontrollierbar verweht und beispielsweise bei den Aggregaten eines Schiffes zu späteren Funktionsstörungen führen kann. Zusätzlich tritt eine Umweltverschmutzung durch die Emission von Staub auf. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die große Menge an Strahlmittelrückständen die mit den abgesprengten Teilchen der wenigstens teilweise als giftig anzusehenden Beschichtungen vermischt sind, nur durch Lagerung auf einer Sondermülldeponie beseitigt werden kann.
Es ist ferner bekannt, mittels eines Wasserstrahles von hohem Druck Verunreinigungen und Beschichtungen von Oberflächen zu entfernen. Dabei tritt das Wasser kreisoder fächerförmig aus einer geeigneten Düse aus. Bekannt sind auch Arbeitsgeräte mit einer Turbodüse, bei der in der Düse ein rotierendes Teil angeordnet ist. Ferner lassen sich hierbei Drehstrahlen erzeugen, bei denen ein Satz von punktförmig wirkenden Düsen, die schräg gegen die zu behandelnde Fläche gerichtet sind, um eine zentrale Achse rotiert. Bei der Verwendung von Hochdruckwasserstrahlen läßt sich das Wasser auffangen und von den mitgerissenen Verschmutzungen bzw. Beschichtungsteilchen reinigen, so daß die auf eine Deponie zu verbringende Abfallmenge erheblich verringert wird im Vergleich zum Sandstrahlen. Da der Zustand der Schichten und Verunreinigungen in einer Fläche je nach den aufgetretenen Beanspruchungen sehr unterschiedlich sein kann, zeigt es sich, daß ein Hochdruckwasserstrahl nicht immer ausreicht oder wenigstens teilweise eine längere Behandlung einzelner Bereiche notwendig ist. Eine Verbesserung der Flächenbehandlung mittels Wassers kann dadurch erfolgen, daß eine Kombination aus festem und flüssigem Wasser verwendet wird. Durch das feste Wasser werden Eispartikel ausgebildet, die durch das flüssige Wasser in Richtung auf die zu behandelnde Fläche transportiert werden.
Aus der GB-A-2 042 399 ist es bekannt, ein Gemisch von Eispartikeln und flüssigem Wasser zu einer Behandlung einer Fläche zu verwenden. Die Eispartikel werden dadurch erzeugt, daß einem ersten Flüssigkeitsstrom, insbesondere flüssigem Wasser, ein zweiter Flüssigkeitsstrom, insbesondere ein unterkühltes Gas, zugeführt wird. Durch die Expansion des flüssigen Gases und die hieraus resultierende Unterkühlung werden Eispartikel gebildet, die von der verbleibenden Flüssigkeitsmenge mitgerissen werden. Als verflüssigte Gase können beispielsweise Stickstoff oder Kohlendioxid verwendet werden. Insbesondere ist daran gedacht, die zweite Flüssigkeit koaxial zur ersten Flüssigkeit zu injizieren. Es wird jedoch nicht erkannt, daß nach einer entsprechenden Injektion eine Vermischung der Eispartikel und der flüssigen Wasseranteile zu vermeiden ist. Maßnahmen zur Ausbildung eines geschlossenen Kreislaufes, in dem bereits benutzte Strahlflüssigkeit einer Wiederverwendung zugeführt wird, sind dieser Druckschrift nicht zu entnehmen. Aus der GB-A-1 397 102 ist es bekannt, kleine Risse und Spalten in einer vorhandenen Beschichtung durch lokale impulsförmige Beaufschlagungen mit einer Mischung von flüssigem Wasser und Eis zu erzeugen. Es wird eine Vermischung von Eispartikeln und Wasser vorgenommen. Statt einer Verwendung von Eispartikeln ist es auch möglich, gefrorenes Kohlendioxid zu verwenden. Dies hat jedoch den Nachteil, daß bei einer teilweisen Überführung in den gasförmigen Zustand durch Wärmeaufnahme eine Aufweitung des transportierenden Wasserstrahles verursacht wird und hierdurch die Energiedichte im Bereich der Beaufschlagungsfläche herabgesetzt wird. ,
Aus der JP-A-51 121 698 sowie der JP-A-58 165 962, die die Grundlage für eine gattungsgemäße Ausbildung beinhaltet, ist es gleich-falls bekannt, ein Gemisch von Wasser- und Eispartikeln einer zu behandelnden Fläche zuzuführen. Zur Durchführung der Vermischung sind spezielle Mischer vorgesehen.
Aus der US-A-3 089 775 ist es bekannt, eine Reinigung von Knochen zur Entfernung von anhaftenden Fleischresten durch eine Mischung von Eispartikeln und Wasser vorzunehmen. Darüber hinaus ist auch eine mechanische Beschleunigung der Eispartikel ohne eine Verwendung von flüssigem Wasser vorgesehen.
Gleichfalls ist es aus der JP-A-591 166 sowie der JP-A-6 212 097 bekannt, Mischungen von flüssigem Wasser und Eispartikeln zu verwenden, um Beschichtungen im Bereich eines Trägermaterials zu entfernen. Insbesondere bei der zuletzt genannten Druckschrift werden die Eispartikel durch die Unterkühlung des Wassers unmittelbar nach einer Druckentspannung beim Austritt aus einer Auslaßdüse gebildet. Das Wasser wurde zuvor bei erheblichem Druck ausreichend unterkühlt. Aufgrund der vergleichsweise geringen Zeit vom Austreten des Wassers aus der Düse bis zum Auftreffen auf der Fläche bilden sich lediglich eine Vielzahl von kleinen Eiskristallen. Aufgrund der jeweiligen kleinen Masse können auch nur geringe lokale Impulse im Bereich der zu beaufschlagenden Fläche erzeugt werden. Bei Betriebsunterbrechungen ist mit einem Einfrieren der Düse zu rechnen.
In der EP-A-0 164 914 ist gleichfalls angegeben, daß es möglich ist, Mischungen von flüssigem und gefrorenem Wasser zu verwenden. Eine derartige Mischung ist auch aus der EP-A-0 182 342 bekannt. Bei der Vorrichtung gemäß dieser zuletzt angeführten Druckschrift ist jedoch insbesondere daran gedacht, ausschließlich feste Eispartikel zu erzeugen, die anschließend mit flüssigem Wasser gemischt und beschleunigt werden.
Aus der EP-A-0 192 088 sowie der DE-A-2 058 766 sind gleichfalls Vorrichtungen bekannt, mit Hilfe derer eine Mischung von festen Partikeln und einem Trägermedium erfolgt. Als feste Partikel werden hier Eiskristalle verwendet und als Trägermedium ist ein Gas, insbesondere Preßluft, vorgesehen.
Aus der US-A-3 676 963 ist es ebenfalls bekannt, entsprechend dem Prinzip des Sandstrahlens Eispartikel mit einem gasförmigen Träger zu beschleunigen. Der Gefriervorgang kann beispielsweise mit Hilfe von flüssigem Stickstoff erfolgen.
Die nach dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen ermöglichen nicht in einem aus!eichenden Maße, sowohl eine ausreichend wirkungsvolle Behandlung der zu beaufschlagenden Fläche zu gewährleisten als auch eine aus Gründen des Umweltschutzes erwünschte Rückführung und Säuberung des Strahlmittels vorzunehmen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren zum Entlacken und zum Entfernen von Beschichtungen oder Verunreinigungen auf Flächen mittels eines mit hohem Druck aus einer Düse austretenden Wasserstrahls so zu verbessern, daß auch fest anhaftende Lacke, Beschichtungen und sonstige Schichten gut entfernt werden können und Umweltbelastungen reduziert werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß der Anteil der Eispartikel in dem Wasserstrahl etwa 10 bis 25 Gewichtsprozent beträgt und die Eispartikel in einem inneren Bereich des Wasserstrahls gebildet und von dem sie transportierenden flüssigen Wasser umschlossen werden.
Die Eispartikel können in dem zugeführten Wasser mittels eines in oder gegen das Wasser gerichteten Kältemittels gebildet werden. Vorzugsweise wird ein flüssiges Kältemittel wie flüssiger Stickstoff verwendet. Die Zuführung erfolgt beispielsweise in einer Mischkammer unmittelbar vor der Düse und in einer Weise, daß Partikel in den inneren Bereichen des Strahls durch das Kältemittel gefroren werden, während die an den Wandungen der Düse und der Mischkammer entlang fließenden Wasserschichten nicht auf Gefriertemperatur abgekühlt werden.
Zweckmäßigerweise tritt das Kältemittel in Form wenigstens eines Strahls in den schnellströmenden Wasserstrahl aus, der in Kältemitteltröpfchen oder Gasblasen zerfällt, die die Bildung der Eispartikel bewirken.
Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird zunächst aus Wasser in an sich bekannter Weise Brucheis in Form von unregelmäßigen Stücken oder Schuppen gebildet. Dieses wird in einem Zwischenbehälter zerkleinert und dabei auf tiefe Temperaturen von unter minus 10 Grad Celsius, vorzugsweise von unter minus 20 Grad Celsius, heruntergekühlt. Die zerkleinerten Brucheisstücke werden danach dem unter hohem Druck, vorzugsweise von 850 Bar oder mehr, zugeführten Wasser beigemischt. Den Eispartikeln können Additive zugegeben werden, die die Partikel wenigstens teilweise umhüllen, um ein Zusammenfrieren zu verhindern und/oder einem Abschmelzen der Partikel in dem Wasserstrahl entgegenzuwirken.
Da der mit hohem Druck und großer Geschwindigkeit aus der Düse austretende Wasserstrahl bis zum Auftreffen auf die zu behandelnde Fläche nur einen relativ kurzen Weg von weniger als 15 cm, normalerweise von nur etwa 2 cm, zurücklegt, ist nicht zu befürchten, daß das Eis auf diesem Wege im Wasserstrahl schmilzt. Als Eis wird aus Wasser gebildetes Eis bevorzugt. Die Temperatur dieses Eises sollte so niedrig sein, daß die Partikel auch nach der Zumischung zum Wasserstrahl und bis zum Auftreffen auf die zu behandelnde Fläche eine genügende Härte aufweisen. Sofern sich die Eispartikel im Strahl durch eine Anlagerung von Kristallen aus dem umgebenden Wasser vergrößern, ist hierin ein zusätzlicher Vorteil zu sehen.
Als Eis kann ggf. auch zerkleinertes Trockeneis in den Wasserstrahl eingebracht werden. Die zur Durchführung des Verfahrens vorgesehende Vorrichtung weist eine Einrichtung zur Zuführung von Wasser unter hohem Druck auf, die beispielsweise aus einer Hochdruckpumpe mit vorgeschaltetem Filter und zugeschalteten Leitungen besteht und eine geeignete Austrittsdüse für den Wasserstrahl besitzt. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß an der Austrittsdüse eine Mischeinrichtung für die Erzeugung oder die Zugabe von Eispartikeln in den austretenden Wasserstrahl vorgesehen ist. Darüber hinaus umfaßt die Vorrichtung ein Gerät zur Bildung von Brucheis und einen Zwischenbehälter zum Tiefgefrieren des Brucheises, in dem Rühr- und Zerkleinerungseinrichtungen zur Zerkleinerung des Brucheises angeordnet sind. Die Mischeinrichtung ist als Injektor ausgebildet, in dem das zugeführte Wasser das zerkleinerte Brucheis aus dem Zwischenbehälter abzieht. Ferner kann die Vorrichtung einen Kühler für das zugeführte Wasser aufweisen, in dem das Wasser auf eine Temperatur von unter 5 Grad Celsius, vorzugsweise unter 2 Grad Celsius, vor dem Eintritt in die Mischeinrichtung unterkühlt wird.
Die Vorrichtung wird bekannterweise in einer Einrichtung verwendet, in der das von der Fläche abfließende Wasser mit den abgesprengten Teilchen der Beschichtung aufgefangen und nach Abtrennung dieser Teilchen in Absetzbehältern und/oder Filtern über die Hochdruckpumpe der Austrittsdüse zugeführt wird. Falls das auf diese Weise rezirkulierte Wasser noch feinste Teilchen enthält, können diese insbesondere bei der Einbringung des Kältemittels direkt in den Wasserstrom Kristallisationskeime für die zu bildenden Eispartikel darstellen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der beigefügten Schemata in Fig. 1 und Fig. 2 von geeigneten Anlagen beschrieben. Diese Schemata stellen nur bevorzugte Ausführungsbeispiele dar.
In den Schemata tritt ein Strahl (1) aus einer Austrittsdüse (2) aus und ist gegen eine Fläche (10) gerichtet, von der alte Lackschichten zu entfernen sind. Der Abstand a zwischen Düse (2) und Fläche (10) kann etwa 15 bis 100 mm je nach den Arbeitsbedingungen betragen. An der Düse (2) befindet sich eine Mischeinrichtung (3), in der die Eispartikel gebildet oder zugeführt werden.
Das von der Fläche (10) herabfließende Wasser wird mit den Lackresten und Verschmutzungen in einem Sumpf (12) aufgefangen, durch eine Pumpe (16) und eine Leitung (11) in einen Absetzbehälter (12) zurückgeführt und von hier über wechselweise einsetzbare Filter (13) und ein Feinfilter (14) durch eine Hochdruckpumpe (15) in einen Kühler (4) zur Abkühlung auf etwa plus 2 Grad Celsius und über eine Schlauchverbindung (17) in die Mischeinrichtung (3) gedrückt, die im Falle der Fig. 1 vorzugsweise ein Injektor ist, in dem zerkleinertes Brucheis dem aus der Düse (2) austretenden Wasserstrahl zugefügt wird. Sofern der Absetzbehälter (12) nicht genügend Wasser enthält, wird frisches Wasser über eine Leitung (20) der Hochdruckpumpe (15) zugeführt. Aus einer Leitung (21) wird Wasser einem Gerät (22) zur Bildung von zum Beispiel Brucheis zugeleitet. Das Eis hat zunächst nur eine Temperatur von etwa minus 0,5 Grad Celsius. Es gelangt in einen Zwischenbehälter (23). In diesem wird das Eis weiter tiefgekühlt, vorzugsweise auf eine Temperatur von unter minus 20 Grad Celsius. In dem Zwischenbehälter (23) befindet sich eine Rühr- und- Zerkleinerungsvorrichtung, die das Brucheis weiter zerkleinert und umwälzt, so daß es nicht zu größeren kompakten Stücken zusammenfrieren kann. Der Zwischenbehälter wird über eine Leitung (24) durch ein Kältemittel gekühlt, das auch direkt in den Zwischenbehälter eingeleitet werden kann. Über eine flexible Leitung (27) gelangt das Brucheis zum Projektor der Mischeinrichtung (3).
Die Anlage gemäß der Fig. 2 ist der nach Fig. 1 im wesentlichen gleich, jedoch entfällt die Einrichtung zur Bildung und Aufbereitung des Brucheises. Statt dessen ist die Mischeinrichtung (3) als Mischkammer ausgebildet, in die über eine Kältemittelleitung (25) das Kältemittel, vorzugsweise flüssiger Stickstoff, direkt mit einem oder mehreren Austrittsstrahlen in den durch die Mischkammer (3) fließenden Wasserstrom abgegeben wird.
In den Schemata sind Absperrventile und Regelungseinrichtungen für die Wasser-, Eis- und Kältemittelzuführung nicht dargestellt, durch die z. B. auch ein Einfrieren der Düse bei Betriebsunterbrechungen oder Veränderungen der Einstellung der Austrittsdüse vermieden wird.
Die Ausbildung der nur schematisch angedeuteten Düsen ist dem jeweiligen Einsatzzweck, aber auch der Zuführung der Eispartikel anzupassen. Die Ausführung nach Fig. 1 scheint für einen punkt-, kreis- oder fächerförmigen Strahl zweckmäßiger zu sein, während die Ausführung nach Fig. 2 wohl insbesondere für eine Turbodüse in Frage kommt.
Zur Anpassung an den jeweiligen Anwendungsfall und die möglichen Arbeitsbedinungen werden die sich gegenseitig beeinflussenden Werte für Druck und Menge des Wassers im Hochdruckwasserstrahl, der Art und Größe der Austrittsdüse sowie der Zusatz von Eis zu dem Wasserstrahl gewählt. Während das Wasser in Folge seines hohen Drucks in Poren und Risse einer Schicht eindringt und diese Schicht von unten her absprengt, tragen die mit der Geschwindigkeit des Wasserstrahls mitgeführten Eispartikel dazu bei, die Oberfläche einer Schicht so zu beschädigen, daß wiederum Wasser durch entstehende winzige Öffnungen eindringen kann. Damit wird die Hochdruckwasserstrahlreinigung wesentlich verbessert, ohne daß die Menge der zu deponierenden Abfallstoffe vergrößert wird oder Schäden durch unkontrolliert wegfliegende feste Partikel entstehen können. Da die abgelösten Teilchen der entfernten Schicht mit dem Wasser staubfrei weggespült werden und nach Sammlung in einem Sumpf oder Filter leicht entfernt werden können, läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch z. B. bei Laderäumen und Tanks von Schiffen vorteilhaft einsetzen.

Claims

1. Verfahren zum Entlacken und Entfernen von Schichten von Flächen (10), die insbesondere mit einem Oberflächenschutz versehen werden sollen, unter Verwendung eines mit hohem Druck aus einer Düse austretenden Wasserstrahls (1), mit dem Eispartikel gegen die zu behandelnde Fläche geschleudert werden sowie das von der zu behandelnen Fläche abfließende Wasser mit den durch die Behandlung abgelösten Teilchen aufgefangen, die Teilchen durch Absetzen und anschließendes Filtrieren weitgehend abgetrennt werden und das so gereinigte Wasser erneut mit hohem Druck und mit zugesetzten Eispartikeln gegen die zu behandelnde Fläche (10) gerichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der Eispartikel im Wasserstrahl (1) etwa 10 bis 25 Gewichtsprozent beträgt und die Eispartikel in einem inneren Bereich des Wasserstrahls (1) gebildet und von dem sie transportierenden flüssigen Wasser umschlossen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus Wasser zunächst Brucheis bereitet, dieses zerkleinert und auf tiefe Temperaturen, vorzugsweise unter minus 20 Grad Celsius, heruntergekühlt und die Partikel aus dem Brucheis dem unter hohem Druck zugeführten Wasser beigemischt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Eispartikeln Additive zugegeben werden, die das Zusammenfrieren der Partikel behindern und/oder dem Abschmelzen der Partikel im Wasserstrahl entgegenwirken.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mittels wenigstens eines in oder gegen das zugeführte Wasser gerichteten Strahls eines vorzugsweise flüssigen Kältemittels aus diesem Wasser Eispartikel gebildet werden.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zugeführte Wasser auf eine Temperatur zwischen plus 5 und etwa plus 1 Grad Celsius vorgekühlt wird, bevor der Zusatz oder die Bildung von Eispartikeln erfolgt.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, bestehend aus einer Einrichtung zur Zuführung von Wasser unter hohem Druck und einer Austrittsdüse (2), an der eine Mischeinrichtung (3) für die Erzeugung oder die Zugabe von Eispartikeln in den aus der Austrittsdüse (2) austretenden Wasserstrahl (1) vorgesehen ist und die Einrichtung zur Zuführung des Wassers mit einer Aufbereitungsvorrichtung verbunden ist, die von einem Sumpf (12) aufgefangenes Strahlmittel über eine Pumpe (16) einem Absetzbehälter (12) zuleitet, der über Filter (13,14) mit einer Hochdruckpumpe (15) und einem Kühler (4) verbunden ist und eine Aufbereitung des Strahlmittels unter Abscheidung von Verunreinigungen durchführt, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinrichtung (3) eine die Eispartikel im wesentlichen vermengungsfrei mit dem Wasserstrahl (1) umschließende Ausbildung aufweist und mit einem Gerät (22) zur Bildung von Brucheis, einem Zwischenbehälter (23) zur Tiefkühlung, Rühr- und Zerkleinerungseinrichtungen zur Zerkleinerung des Brucheises sowie einem Kühler (4) für das zugeführte Wasser verbunden ist sowie die Mischeinrichtung (3) als ein Injektor ausgebildet ist, in dem das unter hohem Druck zugeführte Wasser zerkleinertes Brucheis aus dem Zwischenbehälter (23) abzieht und auf die Geschwindigkeit des austretenden Wasserstrahles (1) beschleunigt.