WO2015074765A1 - Verfahren zur herstellung eines strahlmittels, verfahren zum strahlen, strahlmittel und vorrichtung zur herstellung des strahlmittels - Google Patents

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WO2015074765A1
WO2015074765A1 PCT/EP2014/003133 EP2014003133W WO2015074765A1 WO 2015074765 A1 WO2015074765 A1 WO 2015074765A1 EP 2014003133 W EP2014003133 W EP 2014003133W WO 2015074765 A1 WO2015074765 A1 WO 2015074765A1
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WO
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water
particles
water ice
blasting
ice particles
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Application number
PCT/EP2014/003133
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jürgen Von Der Ohe
Original Assignee
Jürgen Von Der Ohe
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Publication date
Application filed by Jürgen Von Der Ohe filed Critical Jürgen Von Der Ohe
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B24C1/003—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods using material which dissolves or changes phase after the treatment, e.g. ice, CO2
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C11/00—Selection of abrasive materials or additives for abrasive blasts

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a blasting abrasive according to the preamble of claim 1, to a blasting method according to the preamble of claim 13, to a blasting abrasive according to the preamble of claim 14 and to an apparatus for producing a blasting abrasive according to the preamble of claim 15.
  • C0 2 pellets, C0 2 snow or generally C0 2 particles and compressed air are used as the energy source.
  • a disadvantage when cleaning with C0 2 as a blasting agent, however, is that only a slight abrasive effect is recorded. This low abrasiveness limits the range of application for this cleaning technology.
  • C0 2 pellets are used as a solid blasting agent for cleaning surfaces.
  • the C0 2 pellets act as a soft, not very abrasive blasting agent, which causes no damage to the surface to be cleaned. Due to the temperature of about -78 ° C of the C0 2 pellets, a thermal voltage is caused between the contaminant and the component to be cleaned, which leads to the detachment of the contaminant (cryogenic effect).
  • BEST ⁇ TiGUWaSKOPIE DE 2707316 C2 describes a cleaning method for jet engines in which solid coke particles are used.
  • a disadvantage of this method is that the engine has to work with power during cleaning, so that the Koksmaschine can burn.
  • the document DE 102008021746 A1 describes a method and a device for applying the method in which one or more identical jet nozzles with the same beam parameters are used.
  • DE 102004057665 AI a device for crushing C0 2 pellets and for metering in an air stream is described in which the C0 2 pellets are comminuted in a conical grinder and introduced by the injector principle in the air stream.
  • DE 202010000713 Ul describes a processing machine for dry ice, in which the C0 2 pellets are brought by means of profiled rollers on the use of dependent form and structure.
  • DE 19636305 C1 describes a device which is used for removing coatings and coverings, wherein the C0 2 pellets are to be comminuted by the roughness of the tube interior.
  • EP 1 977 859 A1 describes a device for comminuting C0 2 pellets by means of a roller.
  • DE 10010012 A1 and DE 20115013 U1 a further blasting agent solid at room temperature is added to the compressed air flow C0 2 pellets and to increase the abrasiveness.
  • the low constancy of the quantitative ratio between C0 2 -strahlstoff and the additional blasting agent is disadvantageous.
  • DE 35 05 675 A1 describes a method for removing surfaces, in which water ice (water ice particles) is added to a water jet. The water jet is pressed with a dependent on the component to be cleaned, pressure on the surface to be cleaned. The water ice can also be formed by ice-forming germs within the water jet.
  • a disadvantage of this method is that no cryogenic effect occurs, but only a mechanical removal is recorded.
  • EP-A-0225081 describes a process for producing microparticles from frozen water, of the order of 5 to 300 ⁇ m.
  • FR-A-2393 251 an apparatus for freezing liquid drops is described.
  • US 4,974,375 describes the production of water ice in a container by spraying water into a cold atmosphere, which is used immediately for cleaning.
  • EP 1 993 744 B1 describes a method in which a liquid cleaning medium is used to clean the engine.
  • the disadvantage here is that the flow rate is 10 to 200 l / min and thus a critical limit is exceeded.
  • the object of the present invention is to find a blasting agent that is much more aggressive than C0 2 -Partilkel and a method for producing the blasting agent.
  • the blasting agent to be found should preferably have a high and preferably controllable aggressiveness, so that impurities on surfaces of components can be removed as far as possible without residue. In particular, the component itself should not be damaged or removed.
  • the blasting agent to be found should in particular be manufactured either in one operation or in a sequence of operations so that the required size for cleaning and shape, edged or spherical, without the structure by mechanical influences, or by contact with the ambient air and the associated condensation is disturbed.
  • the inventor has recognized that when freezing the water, the formation of water ice, a crystal structure is formed, which is disturbed by the different inclusions. At break points, the breakage starts at the point of loading, which impairs the cleaning effect.
  • the inventor has learned to build on this that the stated object can be achieved in a surprising manner when water is used for the production of the blasting agent, which is purified and / or degassed before the production of water ice.
  • the cleaning effect can be significantly increased because a more perfect crystallinity of the water ice particles is achieved.
  • the method according to the invention for producing a blasting medium, for blasting bodies, surfaces, interior spaces, from water is therefore characterized in that water ice particles are produced from purified and / or degassed water.
  • the production of water ice particles with a liquid refrigerant because then a very rapid cooling and solidification takes place.
  • the production preferably takes place in the liquid refrigerant, wherein the liquid refrigerant is present in particular in sprayed form.
  • the water is thus introduced directly into the flowing liquid refrigerant or into the sprayed liquid refrigerant.
  • a manufacturing variant provides for the introduction of water droplets of the same or different size into a flowing refrigerant, which can be controlled in different stages, in a range of -30 ° C to -120 ° C, before.
  • a continuation of this production variant provides for the introduction of water into a refrigerant that can be regulated in different stages, in a range of -30 ° C to -120 ° C.
  • the water ice forming in the refrigerant, of undefined size is brought to the desired size together with the refrigerant in a comminution unit and then either separated according to size or packaged as a mixture under protective gas for transport.
  • Another manufacturing variant provides for the atomization of water in different droplet sizes in a cold atmosphere within a downpipe, wherein the drop height, the droplet size and the temperature of the atmosphere are crucial for ice formation.
  • water ice is relatively brittle, so that in a mechanical crushing microcracks may arise, in which, due to the capillary action, which can penetrate due to the mechanical stress during comminution and / or upon contact with hot components water or condensate. If the water ice particles are slowly further cooled or cooled again after comminution, this water penetration can lead to a destruction of the microstructure due to the change in volume in the range of + 4 ° C to -4 ° C. On the other hand, if the water ice is comminuted together with the refrigerant, the resulting water freezes immediately and destruction due to capillary action is avoided.
  • the solid water ice particles and solid C0 2 particles are produced separately and then combined, in particular mixed.
  • This can be the abrassive properties the blasting agent can be adjusted specifically.
  • the dry ice particles provide protection for the water ice particles from melting.
  • the water ice particles are manufactured with different hardnesses, because in a beam passage with this blasting agent, for example, various impurities can be removed simultaneously.
  • the water ice particles are manufactured in different sizes, preferably in the range of 0.5 to 14 mm.
  • the water ice particles are made with a spherical or teardrop shape. Such forms are best used for surface smoothing.
  • the application of the water rice particles or the water ice C0 2 mixture was recognized as crucial for the production technology. If the blasting agent is to be used for compacting or smoothing a surface, then large spherical particles are preferred. For the cleaning of surfaces or components, in which the blasting agent mixtures or the water ice is used only once, the effect of edged water ice particles is more effective. For the cleaning of several surfaces in succession (as is the case with gas turbine engines, for example) with the same abrasive, the shape does not play the decisive role, because the initial shape immediately splinters when hitting the first surface, more important is the size of the particles or Size distribution as the particles lose their size at each impact.
  • the manufactured water ice particles are brought into contact with purified and / or degassed water, so that the water ice builds up in layers.
  • the water ice particles could go through the production process, for example, several times.
  • the blasting agent mixture of water ice particles and optionally C0 2 particles in size and / or size distributions is adjusted so that an optimal cleaning result depending on the contamination can be achieved.
  • the C0 2 gas resulting after the merging by at least partial sublimation of the C0 2 particles is used as a protective gas against heating and ambient air and / or for cooling the water ice particles.
  • a preferred embodiment is that the cleaned and / or degassed water is sprayed by means of one or more spray nozzles in a cold atmosphere, wherein a drop height is provided that the water freezes in free fall so far that when hitting a collecting surface of the resulting water ice mantle is not damaged.
  • the density and multiplicity of water droplets combine to form multiple water droplets, resulting in a water jet of varying particle size.
  • the different spray nozzles individually spraying the water into the cold atmosphere after a predetermined run, several layers of water ice of different but known size are deposited on the catcher surface.
  • the blasting agent is vortexed by one or more gas blasts to form a homogeneous mixture.
  • the blasting agent is mixed with C0 2 dry ice when being filled into transport containers, so that the finished blasting medium, in addition to the mechanical properties, also has cryogenic properties.
  • the blasting agent does not come into contact with ambient air in order to prevent moisture supply.
  • the blasting agent can be used in conjunction with a dried fluid stream, in particular compressed air stream, which is acted upon as jet stream with the blasting agent, the jet stream a temperature of + 40 ° C to + 90 ° C, preferably + 50 ° C to + 90 ° C, in particular + 70 ° C to + 80 ° C.
  • the dried fluid stream is divided in a certain ratio, the smaller part being reduced in pressure and cooled and used as a transport stream is used in a blasting device for the blasting agent and the main part as a jet stream, after summarizing both streams, the blasting agent gives the corresponding energy.
  • blasting agent according to the invention for blasting of bodies, surfaces, interiors and the like., which has solidified water and possibly solidified C0 2 , which is characterized in that the blasting agent was prepared by the method according to the invention.
  • the device according to the invention for producing a blasting medium for blasting bodies, surfaces, interiors and the like, which has solidified water and possibly solidified C0 2 comprising coolant for freezing water, which is characterized in that Apparatus comprises means for cleaning and / or means for degassing water and means for supplying the purified and / or degassed water to the cooling means.
  • Feed and refrigerant for separately produced water-ice particles and for solid particles of CO 2 are preferably provided, and in particular also a mixer for the various particles.
  • one or more adjustable in their inclination or inclination freezing surfaces are expediently provided.
  • the freezing surface is provided with a plurality of, in particular small, webs in order to mix the refrigerant with the freezing water.
  • two or more droplet formers are arranged so close to each other that the drops partially touch after immersion in the refrigerant and form a common water ice body with irregular surface and shape.
  • Crushing means are advantageously provided, by means of which the water ice particles can be brought to the desired size together with the refrigerant.
  • the device according to the invention does not have to produce small particles of water ice which can be used directly for blasting, but it is also possible to produce large water ice particles which must first be comminuted in order to be usable for blasting.
  • means for filling the treated water into cold-resistant bags could be provided in conjunction with the refrigerants, thereby producing, for example, water ice plates.
  • means for evacuating and closing the bags could be provided.
  • Self-contained protection is claimed for the device according to the invention for the transport and storage of the blasting medium, which is characterized in that the upper part of the device has a tightly closable filling area for the blasting medium and the lower area of the device an opening area when using the device in a blasting installation wherein the device during transport of the blasting agent with closed filling and outlet areas causes a dense and tempered at the temperature of the charged blasting agent closure of the blasting agent.
  • the device according to the invention is adapted to carry out the method according to the invention.
  • a preferred embodiment of the invention may be that water is purified and / or degassed in one or more stages and then with the aid of a, adjustable in its temperature coolant at high cooling rate to about -60 ° C to -120 ° C, preferably -80 ° C, cooled, and held at this temperature.
  • a rapid cooling the range of + 4 ° C to - 4 ° C is passed through very quickly, thus preventing the increase in volume of the water occurring in this temperature range. In principle, this can also be achieved with the aid of liquid nitrogen.
  • This different type of production allows the production of water ice particles in ball or in edge form.
  • the shape and size of the water ice particles is determined in part by the application area. If the water ice is to be used to compact the surface, then large spherical particles are preferably applied vertically to the surface to be treated at high speed. For cleaning edged water ice, in different sizes, is preferred.
  • the, for cleaning or for use manufactured water ice particles are not damaged by external influences, ie that they do not thaw partially by contact with air or warm container parts, and then to larger If they freeze together again, they are mixed with C0 2 particles immediately after production.
  • the production of C0 2 particles takes place parallel to the production of the water ice particles.
  • the size of the water ice and the C0 2 particles can be determined during manufacture, so that a subsequent comminution is not required.
  • different refrigerants can be used at different temperatures.
  • the prerequisite is that they are fluid and fluid at least in a range of + 10 ° C to -120 ° C and the temperature can be regulated in this range.
  • the cleaning is significantly increased if the refrigerant additionally has a cleaning effect and settles as a coat on the water ice particles.
  • the mixing is carried out either according to the parameters that have proven in the cleaning test as the cheapest or on customer request, the finished blasting agent can be filled and stored in different containers or in machine-typical storage containers and transported. If storage or transport takes place in cooled and / or well-insulated boxes, damage to the blasting medium is avoided.
  • the advantage of the invention is that an aggressive blasting agent can be produced which has cryogenic and mechanical properties and whose particle size and particle shape can already be determined during production.
  • a further advantage is that the blasting agent mixture, in particular the water ice particles in different geometric shapes, from small almost spherical grains over large edged fragments up to 10 mm pieces, with smooth or angular surfaces and the C0 2 particles also in finely ground form, can be manufactured using commercially available pellets up to 15 mm large particles and mixed in different proportions.
  • Another advantage is the variable hardness of the water ice particles, depending on the refrigerant temperature proved. Despite higher aggressiveness remain when using the blasting abrasive or the blasting medium mixture little or no residue in the system.
  • Another advantage is that in a cleaning process different blasting agent mixtures can be used in stages and thus, coarse, fine and ultrafine cleaning sequentially, can be realized.
  • resulting C0 2 gas can be used as a protective gas against access or heating by ambient air and / or for cooling the water ice particles.
  • Another advantage is that in particular the water ice in spherical form, in the same or different size, can be used for compacting surfaces of components without the surface being chemically altered.
  • a further advantage is that even edged water ice can be produced by crushing larger pieces of water during transport in the refrigerant while avoiding contact with the ambient air and the formation of water by the shear forces during comminution.
  • a further advantage is that by the packaging immediately after production and that by the adaptation of the transport container to the blasting system of the air inlet, and thus the formation of condensate, is prevented.
  • features of the devices may be employed as features of the methods, and features of the methods may also be used as features of the devices, unless otherwise specified.
  • FIG. 1 the production of a water ice-dry ice mixture is shown schematically.
  • FIG. 2 shows the droplet entry.
  • FIG. 3 the production of a water ice plate is shown schematically.
  • FIG. 4 schematically shows the production of water ice and its comminution with the aid of a refrigerant. provides.
  • FIG. 5 diagrammatically shows the production of water ice in a spherical structure of different sizes in a single operation.
  • the fresh water 2 enters either the distillation 3 or in the reverse osmosis system 4.
  • the fresh water 2 is heated in the heating tank 5, cooled in the cooling section 6 and collected in the reservoir 7, or in the reverse osmosis Plant 4 cleaned in several stages 8 and then finely cleaned in the filter 9 and collected in the reservoir 10.
  • the pressure required for filtering is generated by the pump 11.
  • the purified water 12 passes without pressure through the metering pump 13 into the metering 14, which are mounted vertically adjustable, for example, on a spindle 15, and are moved by means of the motor 60. By the alternate use of the two metering 14 a continuous operation is possible.
  • the metering containers 14 are connected by the hose 16 to the replaceable drop former 17.
  • the drop former 17 which may be either cylindrical (as shown) or box-shaped, are in a row a plurality of outlet tubes 18.
  • the outlet tubes 18 may have different inner diameters, and thus influence, and with the position of the exit plane 19 to the central axis 20 of the outlet tube 18, the size and exit velocity of the drop 21.
  • the drop former 17 is rotatably supported by the angle 22 and can be replaced depending on the desired droplet size.
  • the inner diameter of the outlet pipe 18 and the position and shape of the outlet troughs 19 are determined by the droplet former 17.
  • the desired droplet size and droplet sequence during production is determined by the angle of rotation 22 and the height difference 23 of the dosing container 14.
  • the freezing surface 26 may be formed either cylindrical or planar.
  • a metal band 27 is selected, which is acted upon by a cooling liquid 28, which is kept in motion by the pump 29.
  • the freezing surface 26 is inclined. Due to the inclination, the flow velocity of the cooling liquid 28 can be influenced. (When using several metal bands 27 in succession, the flow rate can be changed by different angles of attack.)
  • cooling fluid 28 different media are suitable, for example liquid nitrogen, but also others, such as the commercial available Novec ®, in particular Novec ® 7100 from the company. 3M.
  • a cooling liquid is used whose temperature in the range + 20 ° C to -120 ° C is adjustable to achieve a control of the temperature of the water ice particles.
  • the flow rate of the cooling liquid 28 is a possible lateral drift of the warm drop 21 during immersion or in contact with the cooling liquid 28, caused by the occurrence of Leydenfrostsche phenomenon prevented.
  • the high temperature difference between drops 21 and the cooling liquid 28 promotes the rapid cooling of the drop 21 and thus causes the formation of a dense crystal structure. Since the water has been subjected to purification, the crystal structure is uniform and free of interfering inclusions. From slot 24, cold coolant gas penetrates outwardly and may be used to freeze the drop 22 at the exit plane 19 of the exit tube 18, primarily when exit tubes 18 of small inside diameter are used. This can be prevented when the purified water 12 in the dosing tank 14 is heated to about 40 to 60 ° C.
  • FIG. 2 Another solution (see Figure 2) provides for a separation of droplet 17 and outlet tube 18 before.
  • a nozzle 65 is fixed, on which the hose 62 is pushed with check valve 63.
  • the Heaters 64 mounted in the slot 24. The heating bands 64 hold and heat the exit tubes 18.
  • the cooling liquid 28 transports the frozen drop 21 to the degasification chain 30.
  • the degassing chain 30 is a link or sieve chain, which is formed circumferentially and is driven. During transportation of the frozen drop 21 on the degasification chain 30, complete freezing is achieved and at the same time the cooling liquid 28 adhering to the surface of the drop 21 gasses or drips into the cooling liquid 28 located below the degasification chain 30.
  • the frozen drops 21 reach the degassing chain 30 in different sizes, which is determined by the droplet forming 17 used, with the aid of the mixing belt 61, in the mixing station 31st
  • the dry ice 32 with which the frozen drops 21 are mixed, made.
  • This can be done with conventional pelletizers 33.
  • the pelletizer 33 In order to be able to adapt the size of the C0 2 particles to the water ice particles, it is expedient to design the pelletizer 33 so that it can produce nuggets 34.
  • These nuggets 34 are stored in an insulated box, or pass from the pelletizer 33 directly into the hopper 36. From the hopper 36, the nuggets get into the interchangeable grinder 37th
  • the continuation of the invention provides for multiple layer formation of the water ice particle.
  • the water ice particles described in Example 1 has a temperature of about -60 ° C to -120 ° C, depending on the cooling liquid 28. If this water ice particles are drawn through a water bath or sprayed with treated water, forms on the surface a further thin layer of ice which is cooled on renewed contact with the cooling liquid 28 to about -60 ° C to -120 ° C. This process can be repeated several times.
  • Example 2 describes the production of water ice in plate form.
  • the fresh water 2 enters either the distillation 3 or in the reverse osmosis system 4.
  • the fresh water 2 is heated in the heating tank 5, cooled in the cooling section 6 and collected in the reservoir 7, or in the reverse osmosis Plant 4 cleaned in several stages 8 and then finely cleaned in the filter 9 and collected in the reservoir 10.
  • the pressure required for filtering is generated by the pump 11.
  • the purified water 12 passes through the port 45 in the degassing 44.
  • the degassing 44 is heated via line 46 with superheated steam.
  • the degassed water 56 is removed from the nozzle 47 and bottled in the filling system 48 in cold-resistant plastic bag 49.
  • the filling amount is adjusted so that the plastic bag 49 in a lying position have a height of about 10 mm.
  • the sealed plastic bags 49 are transported on a conveyor belt 50 through the entry lock 51 onto the circulating cold strip 52 in the freezing tunnel 53.
  • the lying plastic bags 49 are acted upon by showers 54 with a liquid, in the tempera ⁇ ture of - 30 ° C to - 120 ° C controllable refrigerant 55.
  • the high temperature difference between the still-warm degasified water 56 and the cold Medium 55 promotes rapid cooling and causes the formation of a dense crystal structure. Since the water has been subjected to purification, the crystal structure is uniform and free of interfering inclusions.
  • the plastic bag 49 passes from the cold strip 52 on the reassurance band 57. on this tape it remains until it is ensured that the entire plate is completely crystalline. Subsequently, the water ice plate 58 is brought out of the freezing tunnel 53 through the outlet lock 59 and stored in the transport box 41 and transported to the place of use.
  • the comminution of the water ice plates 58 takes place in the blasting plant with the aid of an exchangeable comminution unit to the size intended for use.
  • the mixing with the C0 2 particles in the desired amount and size takes place.
  • Example 1 the production of preferably spherical water ice is described. The production is relatively time consuming.
  • Example 3 describes a variant for the production of preferably edged water ice in larger quantities.
  • a closed container 66 In a closed container 66 is the cooling liquid 67, such as Novec ® 7100, which is brought by the plate heat exchanger 68 to the desired temperature, to freeze the water droplets.
  • the plate heat exchangers 68 are connected to the pump 70 and the compressor 71 through the tubes 69.
  • the pump 70 forms, together with the compressor 71 and the plate heat exchanger 68, by the connection of the tubes 69 a closed circuit.
  • a special refrigerant means 72 such as liquid nitrogen, for the temperature control of the actual cooling liquid 67th
  • the pump 73 transports the tempered cooling liquid 67 to the inclined cooling plane 73 and to the surface wetting agents 74, which are connected to the distributor 92 and spray the tempered cooling liquid 67 onto the cooling plane 73.
  • Thedeebene 73 may be divided into several areas, with different inclination. On thedeebene 73 webs 75 are mounted, which cause a circulation. At the lower end ofdeebene 73 is an exchangeable grinder 76th
  • the grinder 76 Under the grinder 76 is a Garttelsieb driving 97, which is set by the motor with vibrator 98 in motion, mounted.
  • the Rüttelsieb driving 97 is optionally equipped with three sieve plates 77, 78, 79, with freely selectable mesh sizes that separate the ground water ice 96 according to their size and thereby transport to the drip tapes 80, 81, 82.
  • the screen plate 77 has the largest, the screen plate 78 a middle and the screen plate 79, the finest mesh size.
  • the drip belts 80, 81, 82 are inclined and transport the ground and size-separated water ice particles to the receptacles 83, 84, 85 on the conveyor belts 86, 87, 88 and at the same time the cooling liquid 67 can flow back into the container 66.
  • the system described is completely enclosed by the insulating jacket 89.
  • the filled and to be filled transport containers 86, 87, 88 are brought through locks in and out of the container 66.
  • the treated water is collected in the tank 90 and through the hoses 91 with the drop former 99, from the manifold 92, with the aid of the dosing unit 100, through the fill slot 93 into the flowing coolant 67 on the cooling plane 73.
  • the aim is a high drop sequence and drop density. It can not be ruled out that one or more drops combine to form a large drop, or that several semi-frozen drops freeze to form a single entity.
  • the flow rate of the flowing coolant 67 is determined by the slope of the cooling plane 73. So that the water droplets 94 are wetted on all sides by the flowing coolant 67, there is a row of surface wetting agents 74 after the filling slot 93.
  • the webs 75 on the cooling plane 73 bring about a better contact between water droplets 94 and coolant 67.
  • the one or more passes to water ice 95 frozen water drops 94, together with the coolant 67, in the grinder 76 and are there crushed into different sizes. Crushing produces particles with edges. Since comminution takes place in conjunction with the coolant 67, no water is produced and the edges retain their sharp shape.
  • the sieve plates 77, 78, 79 With the aid of the sieve plates 77, 78, 79, the water ice particles 96 formed during the comminution are separated according to their size, and at the same time part of the coolant 67 is returned to the container 66.
  • the remaining coolant 67 can drain and at the same time the water ice particles 96 are transported to the receptacles 83, 84, 85.
  • Parallel to the filling of the receptacle 83, 84, 85 can, according to the selected mixing ratio, via the conveyor belts 86, 87, 88 C0 2 dry ice are dosed in different shape and size.
  • the water 101 for example, according to FIG. 3, is prepared with the aid of the spray nozzles 102, which are in the interchangeable nozzle carrier 103 one or more times are mounted in the cold atmosphere 104 of the cold storage tank 105, sprayed in a well-known construction.
  • the cold container 105 is surrounded by an insulating layer 133.
  • the cold atmosphere 104 is generated by injecting a refrigerant 106 through the nozzles 107 into the upper interior 108 of the cold storage tank 105.
  • refrigerant 106 liquid nitrogen is preferably used.
  • water ice particles 110 can be manufactured with different diameters.
  • the treated water 101 is supplied via the line 127, with the manifold 128, the spray nozzles 124, 125, 126. Between the distributor 128 and the spray nozzles 124, 125, 126 is in each case a control block 129.
  • the control block 129 allows either the simultaneous production with all spray nozzles or the production of water ice particles of different sizes in a specific order.
  • the water ice particles are collected in the collecting cone 111 and passed through the pipe 112 and the closing valve 113 via the Y-piece 114 to the mixing tank 115.
  • the mixing container 115 and the incoming and outgoing lines are surrounded by an insulating jacket 134.
  • nitrogen can be blown through the collecting cone 111 into the refrigerating container 104 via the line 118, with the shut-off valve 119 on the tube 112.
  • the pressure of the introduced via the line 118 nitrogen is about 0.5 bar above the pressure prevailing in the refrigerant tank 104.
  • the outlet valve 120 is located under the mixing vessel 115 with the nozzle 121.
  • the nozzle 122 can be connected to the transport container 122, which is provided with an insulating layer 135 for protection, by means of a quick coupling 123 and the blasting agent consisting of water ice particles of the same or different size or ., The blasting agent mixture, consisting of water ice particles of the same or different size with C0 2 particles, filled.
  • the treated water 101 passes from the treatment plant, not shown, via the line 127 to the manifold 128.
  • the control blocks 129 allow simultaneous or alternate loading of the spray nozzles 102 or 124-126.
  • the small water droplet spray nozzle 124 is the spray nozzle 125 for medium sized water droplets and the large water droplet spray nozzle 126, depending on the possible drop height.
  • the control block 129 associated with the spray nozzle 124 is opened.
  • the treated water 101 is now sprayed via the spray nozzle 124, with the spray nozzle 124 own spray pattern in the interior 108 of the cold storage tank 105.
  • the water droplets 109 freeze and collect as water ice particles 110 in the collecting cone 111.
  • the spray nozzle 125 is supplied by opening the corresponding control block 129 with treated water 101 and manufactured water droplets of medium size.
  • the process is repeated with the spray nozzle 126. If the spray nozzle 126 is also closed, three layers of water ice of different sizes are located one above the other in the collecting cone 111. By briefly opening the shut-off valve 119 gaseous nitrogen is blown through the line 118 from below into the collecting cone 111 and the water ice briefly stirred up and mixed.
  • the closure valve 113 is opened, the mixed water ice slips through the tube 112 and the Y-piece 114 into the mixing tank 115. Parallel to this, via the pipe 116, by opening the valve 117, C0 2 dry ice is led into the mixing tank 115 become. This makes it possible to fill a finished blasting agent 131 from the mixing container 115 by opening the outlet valve 120 into the transport container 122.
  • the transport container 122 is firmly connected to the mixing container 115 during transfer through a quick coupling 123 on the nozzle 121. If the transport container 122 is filled with the appropriate amount of blasting agent 131, the closure valve 132 on the transport container 122 and the outlet valve 120 on the mixing container 115 are closed and the quick coupling 123 is released.
  • the aggressiveness of the blasting agent is adjusted by adjusting the mixing ratio between C0 2 particles and water ice particles, their shape and size and their temperature targeted, aligned to the type of contamination.
  • edged water ice particles have a higher here aggressiveness as such with curves. Larger water ice particles have a higher aggressiveness than smaller ones.
  • a mixture with more water ice particles has a higher aggressiveness than with less water ice particles.
  • the mixture can be adjusted arbitrarily, for example, via the rotational speeds of the C0 2 grinder.
  • the decisive factor is also the angle of impact between the abrasive and the surface to be processed. If the surface is to be cleaned, small particles at an angle of 20 to 80 °, preferably 30 ° to the surface to be processed are advantageous.
  • the size of the water ice particles and the C0 2 particles in their production is coordinated so as to compensate for the size losses caused in the production of the blasting agent.
  • the desired size of the particles in the blasting medium is reliably achieved, despite the particles generated in the merger lose in size.
  • the C0 2 particles become smaller because they cool the water ice particles by sublimation.
  • Independent protection is claimed for a method of blasting bodies, surfaces, interiors and the like using the blasting agent produced according to the invention.
  • the blasting agent according to the invention which can be produced at arbitrarily low temperatures, it is possible to achieve a uniformly clean, smooth surface which is free from damage by the blasting agent and free of condensate and flash rust.
  • This water-ice C0 2 mixture remains constant in its composition and aggressiveness, ie very stable as long as the parameters particle size and temperature remain constant.
  • independent protection is claimed for the blasting agent produced according to the invention, which has specially prepared solidified water and optionally solidified C0 2 .
  • This blasting agent may also be separately prepared and delivered to blasting devices with suitable intermediate storage which maintains the desired temperature of the blasting medium.
  • the blasting agent produced according to the invention which has specially prepared solidified water and possibly solidified C0 2 , and is manufactured in spherical form with a diameter of 2 to 12 mm, preferably 6 mm for compacting surfaces
  • independent protection is claimed for a device for producing a blasting medium for blasting bodies, surfaces, interiors and the like., Which has specially prepared solidified water and possibly solidified C0 2 and preferably characterized in that the mixing of the separately generated solid C0 2 particles and the solid water ice particles both in the production in arbitrary proportions and freely selectable sizes in the device as well as only in the blasting system by the individual filling of the abrasive particles.
  • independent protection is claimed for a device for producing water ice plates, with different hardness of specially treated water.
  • the set temperature of a certain hardness and elasticity of the water ice particle can be assigned.
  • the present invention also provides a novel production process, which can manufacture in particular water ice particles in a novel way from specially purified and / or degassed water with high cooling rate and thus with different hardness, with different physical properties and in different sizes and with C0 2 - Particles brings together that a stable aggressive C0 2 water ice mixture is formed.
  • the blasting agent can be manufactured in one operation in the desired size.
  • the volume can be increased and the aggressiveness can be increased
  • the C0 2 water ice mixture can be adjusted in its hardness and aggressiveness to the component to be cleaned and the contamination targeted.
  • the C0 2 water ice mixture can be used in conjunction with a specially prepared warm compressed air stream, for the cleaning of unheated components, while maintaining a certain temperature difference between the component and C0 2 -Wassereis- mixture.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zu r Herstellung eines aggressiven Strahlmittels sowie eines Strahlmittelgemisches auf der Basis von Wassereis mit unterschiedlicher Härte und in unterschiedlicher geometrischer Form und Wassereis in Verbindung mit CO2-Trockeneis, indem das Wassereis und das CO2-Trockeneis getrennt gefertigt und anschließend gemischt werden, wobei ein aggressives Strahlmittelgemisch entsteht, dass über kryogene und mechanische Eigenschaften verfügt und bei Einsatz keine oder nur geringe Rückstände hinterlässt.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Strahlmittels, Verfahren zum Strahlen, Strahlmittel und Vorrichtung zur Herstellung des Strahlmittels
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Strahlmittels nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, ein Verfahren zum Strahlen nach dem Oberbegriff von Anspruch 13 ein Strahlmittel nach dem Oberbegriff von Anspruch 14 und ein Vorrichtung zur Herstellung eines Strahlmittels nach dem Oberbegriff von Anspruch 15.
Es sind verschiedene Verfahren zum Reinigen durch Strahlen von Bauteilen bekannt. Für diese Verfahren werden unterschiedliche Strahlmittel eingesetzt. Als feste Strahlmittel finden Glasperlen, Schlacke, Sande oder Salze Anwendung, die mit Wasser oder Druckluft auf die zu reinigende Fläche geblasen werden. Nachteilig ist bei diesen Reinigungstechnologien, dass sich die Rückstände der Strahlmittel in der Umgebung und in der zu reinigenden Anlage ablagern. Dies hat zur Folge, dass die zu reinigenden Bauteile ausgebaut und in entsprechenden Werkstätten gereinigt werden müssen.
Größere Bedeutung hat daher in letzter Zeit das Kaltstrahlen gewonnen. Dabei werden C02-Pellets, C02-Schnee oder allgemein C02-Partikel und Druckluft als Energieträger eingesetzt. Nachteilig beim Reinigen mit C02 als Strahlmittel ist es allerdings, dass nur eine geringe abrasive Wirkung zu verzeichnen ist. Diese geringe Abrasivität schränkt den Einsatzbereich für diese Reinigungstechnologie ein.
Aus WO 2003 101667 AI ist bekannt, dass C02-Pellets als festes Strahlmittel zur Reinigung von Oberflächen eingesetzt werden. Die C02-Pellets wirken als weiches, nicht sehr abrasives Strahlmittel, wodurch keine Beschädigung der zu reinigenden Oberfläche erfolgt. Durch die Temperatur von ca. -78°C der C02-Pellets wird zwischen Verunreinigung und zu reinigendem Bauteil eine Thermospannung hervorgerufen, die zum Ablösen der Verunreinigung führt (kryogener Effekt).
1
BESTÄTiGUWaSKOPIE In DE 2707316 C2 wird ein Reinigungsverfahren für Strahltriebwerke beschrieben, bei dem feste Kokspartikel verwendet werden. Nachteilig ist bei diesem Verfahren, dass das Triebwerk mit Leistung während der Reinigung arbeiten muss, damit die Koksteile verbrennen können.
Aus der DE 103 09 191 AI ist eine Vorrichtung zum Trockeneisstrahlen mit einem Gemisch aus Druckluft und Trockeneis zum Reinigen von Oberflächen bekannt. Als Nachteil hat sich die Sprödigkeit der C02-Pellets herausgestellt. Durch die Sprödigkeit gehen ca. 70% der Menge der C02-Pellets ungenutzt verloren bzw. wirken sich durch Kühlung des Arbeitsbereiches negativ aus. Mit dem Einsatz von zerkleinerten C02-Pellets wird die Trefferquote erhöht und die eingesetzten C02- Pellets besser genutzt.
In der DE 102009027974 B4 wird ein Mahlwerk für eine Trockeneisvorrichtung zum Strahlen mit zerkleinerten C02-Pellets beschrieben, bei dem zwei gegenläufige Walzen die C02-Pellets gegen eine verstellbare Brechleiste drücken und dabei zerkleinern. Eine ähnliche Vorrichtung wird in DE 20 2006 011 974 Ul beschrieben, dabei werden die C02-Pellets mit zwei gegenläufigen Walzen gegen die Behälterwand gedrückt und dabei zerkleinert.
In der Schrift DE 102008021746 AI wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Anwenden des Verfahrens beschrieben bei dem eine oder mehrere gleiche Strahldüsen mit gleichen Strahlparametern eingesetzt werden.
In der DE 102004057665 AI wird eine Vorrichtung zum Zerkleinern von C02-Pellets und zur Dosierung in einen Luftstrom beschrieben, bei der die C02-Pellets in einem Kegelmahlwerk zerkleinert und nach dem Injektorprinzip in den Luftstrom eingebracht werden. Die DE 202010000713 Ul beschreibt eine Verarbeitungsmaschine für Trockeneis, in der die C02-Pellets mit Hilfe von profilierten Walzen auf die vom Einsatz abhängige Form und Struktur gebracht werden.
In der DE 19636305 Cl wird eine Vorrichtung beschrieben, die zum Entfernen von Beschichtungen und Belägen eingesetzt wird, wobei die C02-Pellets durch die Rauhigkeit des Schlauchinneren zerkleinert werden sollen.
In der EP 1 977 859 AI wird eine Vorrichtung zum Zerkleinern von C02-Pellets mittels einer Walze beschrieben.
Für einen effektiven Einsatz der C02-Strahltechnik ist eine Temperaturdifferenz zwischen der zu entfernenden Verunreinigung und dem Untergrund erforderlich. Die Verunreinigung wird durch die C02-Pellets gekühlt und es entsteht die erforderliche Temperaturdifferenz bzw. die Thermospannung. Bei beheizten Bauteilen stellt dies kein Problem dar. Die Wärmekapazität bleibt annähernd konstant. Dünnwandige oder unbeheizte Bauteile besitzen eine relativ geringe Wärmekapazität, die beim Beaufschlagen mit C02-Pellets oder C02-Partikeln schnell verringert wird. Als ein weiterer Nachteil der C02-Strahltechnik hat sich die geringe Abrasivität der C02- Pellets herausgestellt.
In DE 10010012 AI und DE 20115013 Ul werden dem Druckluftstrom C02-Pellets und zur Erhöhung der Abrasivität ein weiteres, bei Raumtemperatur festes Strahlmittel zugegeben. Nachteilig ist hierbei jedoch, dass das zugegebene feste Strahlmittel teilweise in der Anlage verbleibt bzw. eine Staubentwicklung nicht vermieden werden kann. Außerdem ist die geringe Konstanz des Mengenverhältnisses zwischen C02-Strahlmittel und dem Zusatzstrahlmittel nachteilig. Die DE 35 05 675 AI beschreibt ein Verfahren zum Abtragen von Oberflächen, bei dem Wassereis (Wassereis-Partikel) einem Wasserstrahl beigemischt wird. Der Wasserstrahl wird mit einem, vom zu reinigenden Bauteil abhängigen, Druck auf die zu reinigende Fläche gedrückt. Das Wassereis kann aber auch durch eisbildende Keime innerhalb des Wasserstrahls gebildet werden. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass kein kryogener Effekt auftritt, sondern nur ein mechanischer Abtrag zu verzeichnen ist.
Die DE 10 2006 002 653 B4 beschreibt ein Verfahren, bei dem einem Trockeneisstrom eine bestimmte Menge Wasser zu gegeben wird.
In der DE 3434163 AI wird dem, beim Entspannen von flüssigem C02 entstehende C02-Schnee, Wasser zugegeben, so dass zusätzlich Wasserschnee entsteht. Dieses Gemisch wird pelletiert und mit einem Wasserstrahl oder mit Druckluft auf die zu reinigende Fläche geblasen. Als Nachteil hat sich der Rückstand von Wasser und die schnelle Bildung von Flugrost erwiesen.
In der US 5785581 wird eine Anlage beschrieben, bei der eine kryogene Flüssigkeit, vorzugsweise flüssiger Stickstoff, als Kühlmittel zur Erzeugung von Eispartikeln genutzt wird. Hierbei werden Wassertröpfchen in einen abgekühlten Druckluftstrom eingebracht, in Eis umgewandelt und unter Nutzung des Druckgefälles aus der Strahldüse befördert. Auch hier ist nur ein mechanischer Effekt zu verzeichnen.
In DE 689 146 57 12 wird ein Verfahren zum Herstellen von Wassereiskugeln zum Reinigen von Oberflächen beschrieben.
In EP-A-0225081 wird ein Verfahren zum Herstellen von Mikropartikeln aus gefrorenem Wasser, in der Größenordnung von 5 bis 300 μηι, beschrieben. In FR-A-2393 251 wird eine Vorrichtung zum Gefrieren von Flüssigkeitstropfen beschrieben.
In der DE 10 2010 020 618 AI wird ein Verfahren zum Herstellen von C02-Pellets oder C02-Partikel mit erhöhter mechanischer Härte und Abrasivität beschrieben, bei dem durch Zuführung von Wasser, C02-Wassereispartikel gefertigt werden. Nachteilig daran ist, dass die C02-Wassereispartikel noch zerkleinert werden müssen und dabei durch den erforderlichen Druck, wieder geringe Mengen Wasser entstehen können.
In US 4.974.375 wird die Herstellung von Wassereis in einem Behälter durch Einsprühen von Wasser in eine kalte Atmosphäre beschrieben, dass sofort zum Reinigen eingesetzt wird.
In EP 1 993 744 Bl wird ein Verfahren beschrieben, bei dem zum Reinigen des Triebwerkes ein flüssiges Reinigungsmedium eingesetzt wird. Nachteilig ist hierbei, dass die Durchsatzmenge 10 bis 200 l/min beträgt und damit eine kritische Grenze überschritten wird.
Nachdem der aufgezeigte Stand der Technik keine zufrieden stellende Lösung, insbesondere zur Herstellung eines Strahlmittels zum rückstandsarmen bzw. rückstandslosem Entfernen von härteren Verunreinigungen von Bauteilen mit Hilfe der C02-Strahltechnik bzw. eines abrasiveres Strahlmittelgemisches zum schonenden und rückstandsarmen Reinigen von Oberflächen von Bauteilen aufgezeigt hat, besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Strahlmittel, das deutlich aggressiver als C02-Partilkel ist und ein Verfahren zur Herstellung des Strahlmittel zu finden. Das zu findende Strahlmittel soll bevorzugt über eine hohe und bevorzugt regelbare Aggressivität verfügen, damit Verunreinigungen auf Oberflächen an Bauteilen möglichst rückstandsfrei entfernt werden können. Insbesondere soll das Bauteil selbst nicht beschädigt werden oder ausgebaut werden müssen.
Das zu findende Strahlmittel soll insbesondere entweder in einem Arbeitsgang oder in einer Abfolge von Arbeitsgängen so gefertigt werden, damit die für die Reinigung erforderliche Größe und Form, kantig oder kugelförmig entsteht, ohne dass die Struktur durch mechanische Einflüsse, oder durch Kontakt mit der Umgebungsluft und der damit verbundenen Kondensatbildung gestört wird.
Diese Aufgabe wird gelöst mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Strahlmittels nach Anspruch 1, dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Strahlen nach Anspruch 13, dem erfindungsgemäßen Strahlmittel nach Anspruch 14 und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines Strahlmittels nach Anspruch 15. Vorteilhafte Weiterbildungen sind beschrieben bzw. in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Es ist bekannt, dass im Wasser Bakterien, Mineralien oder Gase, sowie andere Verunreinigungen, enthalten sind. Es ist weiterhin bekannt, dass zur Bildung von Wassertropfen Kondensationskeime vorhanden sein müssen.
Der Erfinder hat erkannt, dass sich beim Einfrieren des Wassers, zur Bildung von Wassereis, eine Kristallstruktur ausbildet, die durch die unterschiedlichen Einlagerungen gestört wird. An diesen Störstellen beginnt bei Belastung der Bruch, wodurch die Reinigungswirkung beeinträchtigt wird.
Es ist ebenfalls (1) bekannt, dass entgastes Wasser wie eine Waschlauge wirkt. (Wissenschaft. de 01-2005). Der Erfinder hat nun erkannt, dass auch im Wasser enthalte- ne Gase die Reinigungswirkung von Wassereis herabsetzen können. Dies ist dadurch bedingt, dass solche Gase ebenfalls die kristalline Struktur des Wassereises stören. Außerdem erfolgt ein Frieren von Wassertröpfchen beispielsweise von außen nach innen. Dabei werden im Wasser enthaltene Gase nach innen gedrängt und bilden dort einen größeren Gasbereich, der sich im Wassereis durch milchige Gestalt bemerkbar macht.
Der Erfinder hat darauf aufbauen erkannt, dass die gestellte Aufgabe dadurch in überraschender Weise gelöst werden kann, wenn zur Herstellung des Strahlmittels Wasser verwendet wird, das vor dem Herstellen von Wassereis gereinigt und/oder entgast wird. Damit kann die Reinigungswirkung bedeutend erhöht werden, weil eine perfektere Kristallinität der Wassereispartikel erreicht wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Strahlmittels, zum Strahlen von Körpern, Oberflächen, Innenräumen, aus Wasser, zeichnet sich daher dadurch aus, dass Wassereispartikel aus gereinigtem und/oder entgastem Wasser gefertigt werden.
Vorzugsweise erfolgt die Fertigung der Wassereispartikel mit einem flüssigen Kältemittel, weil dann eine sehr schnelle Abkühlung und Verfestigung erfolgt. Dabei erfolgt die Fertigung bevorzugt in dem flüssigen Kältemittel, wobei das flüssige Kältemittel insbesondere in versprühter Form vorliegt. Das Wasser wird also direkt in das fließende flüssige Kältemittel oder in das versprühte flüssige Kältemittel eingebracht.
In (2) (Kryogenes Frosten, gas aktuell Messer-Griesheim GmbH) wird beschrieben, dass die für das Einfrieren von Obst und Gemüse nachteilige Ausdehnung von Wasser beim Einfrieren durch eine hohe Abkühlgeschwindigkeit ohne Auswirkung bleibt. Durch die schnelle Abkühlung werden eine Ausdehnung und damit Verbundene Einflüsse auf die Kristallinität verhindert.
Besonders zweckmäßig wird ein flüssiges Kältemittel gewählt, dessen Temperatur stufenlos geregelt werden kann, wobei der Regelungsbereich bevorzugt -20°C bis - 120°C beträgt. Dann können die Eigenschaften der Wassereispartikel gezielt beein- flusst werden.
Aus der Literatur (B. Karpuschewski et al., Grundlegende Betrachtungen zum Entgraten als ein neuartiges Verfahren zum Entgraten komplexer Bauteile (3) und A. Mo- mber, Handbuch zur Oberflächenbearbeitung von Beton (4)), insbesondere aus (3) ist nämlich bekannt, dass die Härte des Wassereises temperaturabhängig ist. Die Härte des Wassereises ist dabei umgekehrt proportional zu seiner Temperatur. Dies bedeutet, dass mit abnehmender Temperatur die Härte des Wassereises ansteigt. So weist Wassereis mit einer Temperatur von -10°C eine Mohs-Härte von 2 auf, vergleichbar mit Gips. Im Vergleich dazu besitzt Wassereis bei -80°C eine Mohs-Härte von 6-7.
Eine Fertigungsvariante sieht das Einbringen von Wassertropfen gleicher oder unterschiedlicher Größe in ein fließendes Kältemittel, das in unterschiedlichen Stufen, in einem Bereich von -30 °C bis -120 °C, geregelt werden kann, vor.
Eine Weiterführung dieser Fertigungsvariante sieht das Einbringen von Wasser in ein Kältemittel vor, dass in unterschiedlichen Stufen, in einem Bereich von -30 °C bis -120 °C, geregelt werden kann. Das sich in dem Kältemittel bildende Wassereis, in Undefinierter Größe, wird gemeinsam mit dem Kältemittel in einer Zerkleinerungseinheit auf die gewünschte Größe gebracht und anschließend entweder nach Größe getrennt oder als Gemisch unter Schutzgas für den Transport verpackt. Eine andere Fertigungsvariante sieht das Verdüsen von Wasser in unterschiedlichen Tropfengrößen in einer kalten Atmosphäre innerhalb eines Fallrohres vor, wobei die Fallhöhe, die Tropfengröße und die Temperatur der Atmosphäre entscheidend für die Eisbildung sind.
Außerdem besteht eine vorteilhafte Weiterbildung darin, dass das Wasser in Tropfenform in des Kältemittel eingebracht wird, wodurch sich kugelförmige Wassereispartikel mit homogener Krista II i nität einstellen.
Zweckmäßig erfolgt nach der Fertigung der Wassereispartikel keine mechanische Zerkleinerung oder wenn eine mechanische Zerkleinerung der gefertigten Wassereispartikel erfolgen soll, um beispielsweise Form und Größe der Wassereispartikel zu ändern, dann sollte dies zusammen mit dem flüssigen Kältemittel erfolgen, um eine Zerstörung infolge Kapillarwirkung zu verhindern.
Genauer gesagt ist Wassereis relativ spröde, sodass bei einer mechanischen Zerkleinerung Mikrorisse entstehen können, in die, bedingt durch die Kapillarwirkung, das durch die mechanische Belastung bei der Zerkleinerung und/oder bei Kontakt mit warmen Bauteilen entstehende Wasser oder Kondensat eindringen kann. Werden die Wassereis-Partikel nach der Zerkleinerung langsam weiter oder wieder gekühlt, kann dieses eingedrungene Wasser, durch die Volumenveränderung im Bereich von +4°C bis -4°C, zu einer Zerstörung des Gefüges führen. Wird das Wassereis dagegen gemeinsam mit dem Kältemittel zerkleinert, friert das entstehende Wasser sofort wieder ein und eine Zerstörung infolge der Kapillarwirkung, wird vermieden.
Besonders bevorzugt werden die festen Wassereispartikel und feste C02-Partikel, bevorzugt in unterschiedlicher Größe, getrennt erzeugt und anschließend zusammengeführt, insbesondere gemischt. Dadurch können die abrassiven Eigenschaften des Strahlmittels gezielt eingestellt werden. Außerdem bilden die Trockeneispartikel einen Schutz für die Wassereispartikel vor einem Schmelzen.
Vorteilhaft werden die Wassereispartikel mit verschiedenen Härten gefertigt, weil dadurch in einem Strahldurchgang mit diesen Strahlmittel beispielsweise verschiedene Verunreinigungen gleichzeitig entfernt werden können.
Außerdem ist es vorteilhaft, wenn die Wassereispartikel in verschiedenen Größen, bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 14 mm gefertigt werden.
Vorzugsweise werden die Wassereispartikel mit einer Kugel- oder Tropfenform gefertigt. Solche Formen lassen sich am besten für eine Oberflächenglättung einsetzen.
Als entscheidend für die Fertigungstechnologie wurde dabei der Einsatzbereich der Wasserreis-Partikel bzw. des Wassereis-C02-Gemisches erkannt. Soll das Strahlmittel zur Verdichtung oder Glättung einer Fläche eingesetzt werden, so werden große kugelförmige Partikel bevorzugt. Zur Reinigung von Flächen oder Bauteilen, bei der das Strahlmittel-Gemische bzw. das Wassereis nur einmalig zum Einsatz kommt, ist die Wirkung von kantigen Wassereis-Partikel effektiver. Zur Reinigung von mehreren Flächen nacheinander (wie es beispielsweise bei Gasturbinentriebwerken der Fall ist) mit gleichem Strahlmittel, spielt die Form nicht die entscheidende Rolle, da die Ausgangsform beim Auftreffen auf die erste Fläche sofort zersplittert, wichtiger ist die Größe der Partikel, bzw. die Größenverteilung, da die Partikel bei jedem Auftreffen an Größe verlieren.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die gefertigten Wassereispartikel mit gereinigtem und/oder entgastem Wasser in Kontakt gebracht werden, damit sich das Wassereis schichtweise aufbaut. Dazu könnten die Wassereispartikel den Fertigungsablauf beispielsweise mehrfach durchlaufen.
Besonders bevorzugt wird das Strahlmittelgemisch aus Wassereis-Partikeln und ggf. C02-Partikeln in Größe und/oder Größenverteilungen so eingestellt, dass ein optimales Reinigungsergebnis in Abhängigkeit von der Verunreinigung erzielt werden kann.
Weiter zweckmäßig Weiterbildung bestehen darin, dass
a) das Mischungsverhältnis zwischen Wassereis- und C02-Partikeln, die Form der einzelnen Partikel, deren Größe und/oder die Temperatur im Strahlmittel gezielt eingestellt werden und/oder
b) das nach dem Zusammenführen durch zumindest teilweise Sublimation der C02-Partikel entstehende C02-Gas als Schutzgas gegen Erwärmung und Umgebungsluft und/oder zur Kühlung der Wassereis-Partikel eingesetzt wird.
Außerdem kann zur Kühlung der Wassereis-Partikel C02-Schnee, verwendet werden.
Eine bevorzugte Ausgestaltung besteht darin, dass das gereinigte und/oder entgaste Wasser mit Hilfe einer oder mehrere Sprühdüsen in eine kalte Atmosphäre gesprüht wird, wobei eine solche Fallhöhe bereitgestellt wird, dass das Wasser im freien Fall soweit gefriert, dass beim Auftreffen auf eine Auffangfläche der entstandene Wassereismantel nicht geschädigt wird.
Wenn mehrere gleiche Sprühdüsen verwendet werden, dann kommt es durch die Dichte und die Vielzahl der Wassertröpfchen zur Vereinigung mehrerer Wassertröpfchen, wodurch ein Wassereisstrahlmittel mit unterschiedlicher Partikelgröße entsteht. Wenn mehrere unterschiedlicher Sprühdüsen verwendet werden, wobei die unterschiedlichen Sprühdüsen jeweils einzeln, nach einem vorgegebenen Ablauf, das Wasser in die kalte Atmosphäre sprühen, werden an der Auffangfläche mehrere Schichten Wassereis mit unterschiedlicher aber bekannter Größe abgelagert.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Strahlmittel durch einen oder mehrere Gasstöße zu einem homogenen Gemisch durchwirbelt wird.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn beim Abfüllen in Transportbehälter das Strahlmittel mit C02-Trockeneis gemischt wird, sodass das fertige Strahlmittel, neben den mechanischen Eigenschaften auch kryogene Eigenschaften besitzt.
Bei jeglichem Abfüllen des Strahlmittels in Transportbehälter ist es vorteilhaft, wenn das Strahlmittel nicht mit Umgebungsluft in Kontakt kommt, um eine Feuchtezufuhr zu verhindern.
Unabhängiger Schutz wird beansprucht für das erfindungsgemäße Verfahren zum Strahlen von Körpern, Oberflächen, Innenräumen und dgl., das sich dadurch auszeichnet, dass ein Strahlmittel hergestellt nach einem erfindungsgemäßem Verfahren verwendet wird.
Dabei kann das Strahlmittel in Verbindung mit einem getrocknetem Fluidstrom, insbesondere Druckluftstrom, der als Strahlstrom mit dem Strahlmittel beaufschlagt wird eingesetzt werden, wobei der Strahlstrom eine Temperatur von +40°C bis +90°C, bevorzugt +50°C bis +90°C, insbesondere +70°C bis +80°C aufweist.
Zweckmäßig wird der getrocknete Fluidstrom in einem bestimmten Verhältnis geteilt, wobei der kleinere Teil im Druck reduziert und gekühlt und als Transportstrom in einer Strahlvorrichtung für das Strahlmittel eingesetzt wird und der Hauptteil als Strahlstrom, nach dem Zusammenfassen beider Ströme, dem Strahlmittel die entsprechende Energie verleiht.
Ebenfalls unabhängiger Schutz wird beansprucht für das erfindungsgemäße Strahlmittel zum Strahlen von Körpern, Oberflächen, Innenräumen und dgl., das verfestigtes Wasser und ggf. verfestigtes C02 aufweist, das sich dadurch auszeichnet, dass das Strahlmittel mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde.
Weiterhin wird unabhängiger Schutz beansprucht für die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen eines Strahlmittels zum Strahlen von Körpern, Oberflächen, Innenräumen und dgl., das verfestigtes Wasser und ggf. verfestigtes C02 aufweist, umfassend Kühlmittel zum Vereisen von Wasser, die sich dadurch auszeichnet, dass die Vorrichtung Mittel zum Reinigen und/oder Mittel zum Entgasen von Wasser aufweist und Mittel zum Zuführen des gereinigten und/oder entgasten Wassers zu den Kühlmitteln.
Bevorzugt sind dabei Zuführ- und Kältemittel für getrennt erzeugte Wassereis- Partikel und für feste Partikel aus C02 vorgesehen und insbesondere auch ein Mischer für die verschiedenen Partikel.
Zur Einstellung der Fließgeschwindigkeit des fließenden Kältemittels sind zweckmäßig ein oder mehrere in ihrer Schrägstellung bzw. Neigung einstellbare Gefrierflächen vorgesehen.
Bevorzugt ist die Gefrierfläche mit mehreren, insbesondere kleinen Stegen versehen, um das Kältemittel mit dem frierenden Wasser zu vermischen. In einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass zwei oder mehrere Tropfenbildner so dicht zu einander angeordnet werden, dass sich die Tropfen nach dem Eintauchen in das Kältemittelmittel teilweise berühren und einen gemeinsamen Wassereiskörper mit unregelmäßiger Oberfläche und Form bilden.
Vorteilhaft sind Zerkleinerungsmittel vorgesehen, womit die Wassereispartikel gemeinsam mit dem Kältemittel auf die gewünschte Größe gebracht werden können.
Alternativ muss die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht kleine Wassereispartikel herstellen, die direkt zum Strahlen eingesetzt werden können, sondern es können auch groOe Wassereispartikel hergestellt werden, die erst noch zerkleinert werden müssen, um zum Strahlen einsetzbar zu sein.
Beispielseise könnten Mittel zur Abfüllung des aufbereiteten Wassers in kältebeständige Beutel vorgesehen werden in Verbindung mit den Kühlmitteln, wodurch beispielsweise Wassereisplatten hergestellt werden. Zur Verbesserung der Qualität könnten Mittel zum Evakuieren und Verschließen der Beutel vorgesehen sein.
Selbständiger Schutz wird beansprucht für die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Transport und zur Lagerung des Strahlmittels, die sich dadurch auszeichnet, dass der obere Teil der Vorrichtung einen dicht verschließbaren Einfüllbereich für das Strahlmittel und der untere Bereich der Vorrichtung einen bei Verwendung der Vorrichtung in einer Strahlanlage offenbaren Ausgabebereich aufweist, wobei die Vorrichtung während des Transports des Strahlmittels mit verschlossenen Befüll- und Auslassbereichen einen dichten und bei der Temperatur des eingefüllten Strahlmittels temperierten Verschluss des Strahlmittels bewirkt.
Besonders bevorzugt ist die erfindungsgemäße Vorrichtung angepasst, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehen, dass Wasser in einer oder mehreren Stufen gereinigt und/oder entgast und anschließend mit Hilfe eines, in seiner Temperatur regelbaren Kühlmittels, bei hoher Abkühlgeschwindigkeit auf ca. -60 °C bis -120 °C, vorzugsweise -80 °C, abgekühlt, und bei dieser Temperatur gehalten wird. Bei dieser schnellen Abkühlung wird der Bereich von + 4°C bis - 4°C sehr schnell durchlaufen und damit die in diesem Temperaturbereich auftretende Volumenvergrößerung des Wassers verhindert. Dies ist im Prinzip auch mit Hilfe von flüssigen Stickstoff realisierbar. Aber durch die konstante Temperatur von -190 °C wird eine Härte mit hoher Sprödigkeit erreicht, die sich in Versuchen als ungünstig erwiesen hat. Die Verwendung eines in der Temperatur regelbaren Kältemittels ermöglicht einerseits das schnelle Abkühlen, ermöglicht aber andererseits auch das Einstellen von Härte und Elastizität der Wassereis-Partikel und ermöglicht auch eine Zerkleinerung der Wassereis-Partikel bei Vermeidung einer Veränderung z. B. durch Wasser aus der Scherwärme oder durch Kondensatbildung. Das Herstellen kann entweder in Form von Tropfen, Linsen oder Undefinierter Form, sofort durch direktes Einleiten in ein Kältemittel, in der gewünschten Größe von 1 bis 10 mm oder durch, in handelsüblichen Wassereiserzeuger gefertigtes und sofort in dem Kältemittel weiter gekühltes Wassereis erfolgen. Diese unterschiedliche Art der Fertigung ermöglicht die Fertigung von Wassereis-Partikeln in Kugel- bzw. in Kantenform. Die Form und Größe der Wassereispartikel wird zum Teil vom Einsatzbereich bestimmt. Soll das Wassereis zur Verdichtung der Oberfläche eingesetzt werden, so werden große kugelförmige Partikel bevorzugt die senkrecht, mit hoher Geschwindigkeit, auf die zu bearbeitende Fläche aufgebracht werden. Zur Reinigung wird kantiges Wassereis, in unterschiedlichen Größen, bevorzugt.
Damit die, für die Reinigung bzw. für den Einsatz gefertigten Wassereis-Partikel nicht durch äußere Einflüsse geschädigt werden, d. h. dass sie nicht durch Kontakt mit Luft oder warmen Behälterteilen teilweise auftauen, und anschließend zu grö- ßeren Gebilden wieder zusammen frieren, werden sie, unmittelbar nach der Fertigung, mit C02-Partikel gemischt.
Die Fertigung der C02-Partikel erfolgt parallel zur Fertigung der Wassereis-Partikel. Dadurch dass erst die Erzeugung und dann das Mischen der Partikel erfolgt, kann zum einen eine unterschiedliche Form- und Größenbearbeitung der Partikel erfolgen und zum anderen können die Partikel in unterschiedlichen Größen und mit unterschiedlichen Härten des Wassereises gemischt werden. Außerdem ist es möglich, bei unterschiedlichen Temperaturen zu arbeiten und so die Erzeugung des Strahlmittelgemisches optimal einzustellen. Weiterhin kann die Größe der Wassereis- und der C02-Partikel bei der Fertigung bestimmt werden, sodass eine nachträgliche Zerkleinerung nicht erforderlich ist.
Auf diese Weise ist es möglich ein aggressives Strahlmittel bereitzustellen, das kry- ogene und mechanische Eigenschaften besitzt und keine oder nur geringe Rückstände hinterlässt.
Zur Fertigung der Wassereispartikel können verschiedene Kältemittel, bei unterschiedlichen Temperaturen eingesetzt werden. Voraussetzung ist, dass sie mindestens in einem Bereich von +10°C bis -120 °C flüssig und fließfähig sind und die Temperatur in diesem Bereich geregelt werden kann.
Die Reinigung wird deutlich erhöht, wenn das Kältemittel zusätzlich eine Reinigungswirkung besitzt und sich als Mantel auf den Wassereispartikeln absetzt.
Nach dem Mischen, das Mischen erfolgt entweder entsprechend der Parameter die sich im Reinigungsversuch als die günstigsten erwiesen haben oder auf Kundenwunsch, kann das fertige Strahlmittel in unterschiedlichen Gebinden oder in maschinentypische Vorratsbehälter abgefüllt und gelagert und transportiert werden. Erfolgt die Lagerung bzw. der Transport in gekühlten und/oder gut isolierten Boxen wird eine Schädigung des Strahlmittels vermieden.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ein aggressives Strahlmittel erzeugt werden kann, das kryogene und mechanische Eigenschaften besitzt und deren Partikelgröße und Partikelform bereits bei der Fertigung festgelegt werden kann.
Vorteilhaft ist weiterhin, dass das Strahlmittelgemisch, insbesondere die Wassereis- Partikel in unterschiedlichen geometrischen Formen, von kleinen fast kugelförmigen Körnern über große kantige Bruchstücke bis zu 10 mm Stücken, mit glatten oder kantigen Flächen und die C02-Partikel ebenfalls in fein gemahlener Form, über handelsübliche Pellets bis zu 15 mm großen Partikeln gefertigt und in unterschiedlichen Verhältnissen gemischt werden können.
Als weiterer Vorteil hat sich die variable Härte der Wassereis-Partikel, in Abhängigkeit von der Kältemitteltemperatur erwiesen. Trotz höherer Aggressivität verbleiben bei Einsatz des Strahlmittels bzw. des Strahlmittelgemisches keine oder nur geringe Rückstände in der Anlage.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass bei einem Reinigungsvorgang unterschiedliche Strahlmittel-Gemische stufenweise eingesetzt werden können und somit, Grob- , Fein- und Feinstreinigung aufeinander folgend, realisiert werden kann.
Besonders vorteilhaft wird angesehen, dass nach dem Zusammenführen der Wassereis- und C02-Partikel entstehende C02-Gas als Schutzgas gegen Zutritt oder Erwärmung durch Umgebungsluft und/oder zur Kühlung der der Wassereis-Partikel eingesetzt werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass insbesondere das Wassereis in Kugelform, in gleicher oder unterschiedlicher Größe, zum Verdichten von Oberflächen an Bauteilen eingesetzt werden kann ohne dass die Oberfläche chemisch verändert wird.
Vorteilhaft ist weiterhin, dass auch kantiges Wassereis durch Zerkleinern größerer Wassereisstücke beim Transport im Kältemittel unter Vermeidung eines Kontaktes mit der Umgebungsluft und der Bildung von Wasser durch die Scherkräfte bei der Zerkleinerung hergestellt werden kann.
Vorteilhaft ist weiterhin, dass durch die Verpackung unmittelbar nach der Fertigung und dass durch die Anpassung des Transportbehälters an die Strahlanlage der Luftzutritt, und damit die Bildung von Kondensat, unterbunden wird.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können Merkmale der Vorrichtungen als Merkmale der Verfahren eingesetzt werden und Merkmale der Verfahren können auch als Merkmale der Vorrichtungen verwendet werden, wenn nichts anderes angegeben ist.
Außerdem können, soweit nichts anderes angegeben ist, sämtliche Merkmale beliebig miteinander kombiniert werden.
Die Verfahrensvarianten sollen an vier Beispielen im Zusammenhang mit den rein schematisch aufgebauten Figuren erläutert werden.
In Figur 1 ist die Fertigung eines Wassereis-Trockeneis-Gemisches schematisch dargestellt. In Figur 2 ist der Tropfeneintrag dargestellt. In Figur 3 ist die Fertigung einer Wassereis-Platte schematisch dargestellt. In Figur 4 ist die schematisch die Fertigung von Wassereis und deren Zerkleinerung mit Hilfe eines Kältemittels darge- stellt. In Figur 5 ist die Fertigung von Wassereis in kugelförmiger Struktur unterschiedlicher Größen in einem Arbeitsgang schematisch dargestellt.
Beispiel 1 (Figur 1 und Figur 2)
Bei dieser Variante wird die Fertigung von Wassereis vorrangig in Kugelform beschrieben.
Aus einem Vorratsbehälter 1 gelangt das Frischwasser 2 entweder in die Destillation 3 oder in die Umkehrosmose-Anlage 4. In der Destillation 3 wird das Frischwasser 2 im Heizbehälter 5 erhitzt, in der Kühlstrecke 6 abgekühlt und im Vorratsbehälter 7 gesammelt, oder in der Umkehrosmose-Anlage 4 in mehreren Stufen 8 gereinigt und anschließend im Filter 9 feinst gereinigt und im Vorratsbehälter 10 gesammelt. Der für die Filterung erforderliche Druck wird durch die Pumpe 11 erzeugt. Von den Vorratsbehältern 7 und 10 gelangt das gereinigte Wasser 12 mit Hilfe der Dosierpumpe 13 drucklos in die Dosierbehälter 14, die beispielsweise an einer Spindel 15 höhenverstellbar angebracht sind, und mit Hilfe des Motors 60 bewegt werden. Durch die abwechselnde Verwendung der zwei Dosierbehälter 14 wird ein kontinuierlicher Betrieb ermöglicht. Die Dosierbehälter 14 sind durch den Schlauch 16 mit dem auswechselbaren Tropfenbildner 17 verbunden. Am Tropfenbildner 17, der entweder zylindrisch (wie dargestellt) oder kastenförmig ausgebildet sein kann, befinden sich in einer Reihe mehrere Austrittsrohre 18. Die Austrittsrohre 18 können unterschiedliche Innendurchmesser besitzen, und beeinflussen damit, und mit der Lage der Austrittsebene 19 zur Mittelachse 20 des Austrittsrohres 18, die Größe und Austrittsgeschwindigkeit des Tropfens 21. Der Tropfenbildner 17 ist um den Winkel 22 drehbar gelagert und kann in Abhängigkeit von der gewünschten Tropfengröße ausgewechselt werden. Der Innendurchmesser des Austrittsrohres 18 sowie Lage und Form der Austrittseben 19 sind mit dem Tropfenbildner 17 bestimmt. Die bei der Fertigung gewünschte Tropfengröße und Tropfenfolge wird durch den Drehwinkel 22 und die Höhendifferenz 23 des Dosierbehälters 14 bestimmt. Der sich vom Aus- trittsrohr 18 lösende Tropfen 21 gelangt durch den Schlitz 24 in die geschlossene Gefriereinheit 25 auf die Gefrierfläche 26. Die Gefrierfläche 26 kann entweder zylindrisch oder flächenförmig ausgebildet sein. Vorzugsweise wird ein Metallband 27 gewählt, das mit einer Kühlflüssigkeit 28, die durch die Pumpe 29 in Bewegung gehalten wird, beaufschlagt wird. Die Gefrierfläche 26 ist geneigt. Durch die Neigung kann die Fließgeschwindigkeit der Kühlflüssigkeit 28 beeinflusst werden. (Bei Einsatz mehrerer Metallbänder 27 nacheinander, kann durch unterschiedliche Anstellwinkel die Fließgeschwindigkeit verändert werden.)
Als Kühlflüssigkeit 28 sind verschiedene Medien geeignet, beispielsweise flüssiger Stickstoff, aber auch andere, wie das kommerzielle erhältliche Novec®, insbesondere Novec® 7100 der Fa. 3M. Vorzugsweise wird eine Kühlflüssigkeit verwendet, deren Temperatur im Bereich +20°C bis -120°C regelbar ist, um eine Steuerung der Temperatur der Wassereispartikel zu erreichen.
Durch die Fließgeschwindigkeit der Kühlflüssigkeit 28 wird eine mögliche seitliche Abdrift des warmen Tropfens 21 beim Eintauchen bzw. beim Kontakt mit der Kühlflüssigkeit 28, beding durch das Auftreten des Leydenfrostschen Phänomens, verhindert. Die hohe Temperaturdifferenz zwischen Tropfen 21 und der Kühlflüssigkeit 28 begünstigt die schnelle Abkühlung des Tropfens 21 und bewirkt somit die Bildung einer dichten Kristallstruktur. Da das Wasser einer Reinigung unterzogen wurde, ist die Kristallstruktur gleichmäßig und frei von störenden Einschlüssen. Aus Schlitz 24 dringt kaltes Kühlmittelgas nach außen und kann zum Festfrieren des Tropfens 22 an der Austrittsebene 19 des Austrittsrohres 18, hauptsächlich wenn Austrittsrohre 18 mit geringem Innendurchmesser eingesetzt werden. Dies kann verhindert werden, wenn das gereinigte Wasser 12 im Dosierbehälter 14 auf ca. 40 bis 60 °C erwärmt wird. Eine andere Lösung (s. Figur 2) sieht eine Trennung von Tropfenbildner 17 und Austrittsrohr 18 vor. Am Tropfenbildner 17 ist ein Stutzen 65 befestigt, auf den der Schlauch 62, mit Rückschlagventil 63 geschoben wird. Im Schlitz 24 sind die Heizbänder 64 montiert. Die Heizbänder 64 halten und erwärmen die Austrittsrohre 18.
Die Kühlflüssigkeit 28 transportiert den gefrorenen Tropfen 21 zur Entgasungskette 30. Die Entgasungskette 30 ist eine Glieder- oder Siebkette, die umlaufend ausgebildet ist und angetrieben wird. Beim Transport des gefrorenen Tropfens 21 auf der Entgasungskette 30 wird ein vollständiges Durchfrieren erreicht und gleichzeitig vergast die auf der Oberfläche des Tropfens 21 haftende Kühlflüssigkeit 28 oder tropft in die sich unter der Entgasungskette 30 befindliche Kühlflüssigkeit 28. Von der Entgasungskette 30 gelangen die gefrorenen Tropfen 21 in unterschiedlicher Größe, die vom eingesetzten Tropfenbildner 17 bestimmt wird, mit Hilfe des Mischbandes 61, in die Mischstation 31.
Hier wie in übrigen Beispielen wird jeweils nur ein Tropfenbildner beschrieben. Es können zur Erhöhung des Durchsatzes mehrere Tropfenbildner ggf. mit mehreren Schlitzen und ggf. auch mehreren entsprechenden Gefrierflächen verwendet werden.
Parallel zur Wassereisfertigung wird das Trockeneis 32, mit dem die gefrorenen Tropfen 21 gemischt werden, gefertigt. Dies kann mit herkömmlichen Pelletierern 33 erfolgen. Um die Größe der C02-Partikel den Wassereis-Partikel anpassen zu können, ist es zweckmäßig, den Pelletierer 33 so auszulegen, dass er Nuggets 34 fertigen kann. Diese Nuggets 34 werden in einer isolierten Box gelagert, oder gelangen vom Pelletierer 33 direkt in den Einfülltrichter 36. Vom Einfülltrichter 36 gelangen die Nuggets in das auswechselbare Mahlwerk 37.
Durch den Einsatz eines auswechselbaren Mahlwerkes 37 ist es möglich, C02- Partikel 32 in jeder Größe zu fertigen. Nach dem Mahlwerk 37 gelangen die C02- Partikel 38 in der gewünschten Größe, über das Band 35, in die Mischstation 31. In der Mischstation 31 werden die C02-Partikel 38 mit den gefertigten und gefrorenen Tropfen 22 gemischt. Das Abfüllen des fertigen Strahlmittelgemisches 39 erfolgt in isolierte Behälter 40, die in einer Transportbox 41 weiter gekühlt und zum Einsatzort transportiert werden. Die Zu- und Abfuhr der isolierten Behälter 40 erfolgt durch die Eingangs- 42 und die Ausgangsschleuse 43. Sofort nach dem Ausschleusen werden die isolierten Behälter 40 verschlossen und in der Transportbox 41 gelagert. Dadurch, dass die Gefriereinheit 25 fast vollständig geschlossen ist, baut sich im Inneren eine C02-Atmosphäre auf. Diese C02-Atmosphäre verhindert, dass die gefrorenen Tropfen 22 mit atmosphärischer Luft in Berührung kommen und verhindert damit das ungewollte Zusammenfrieren infolge der Bildung von Kondensat. Das Gleiche gilt für die isolierten Behälter 40.
Die Weiterführung der Erfindung sieht eine mehrfache Schichtbildung des Wasser- eis-Partikels vor. Der im Beispiel 1 beschriebene Wassereis-Partikel hat eine Temperatur von ca. -60°C bis -120°C, abhängig von der Kühlflüssigkeit 28. Wird dieser Wassereis-Partikel durch ein Wasserbad gezogen oder mit aufbereitetem Wasser besprüht, bildet sich an der Oberfläche eine weitere dünne Eisschicht die bei erneutem Kontakt mit der Kühlflüssigkeit 28 auf ca. -60°C bis -120°C abgekühlt wird. Dieser Vorgang kann mehrfach wiederholt werden.
Wird als Kühlflüssigkeit 28 ein Reinigungsmittel, wie beispielsweise bei Novec ® 7100 schon integriert, verwendet, das die gleichen Kühleigenschaften besitzt, kommt es neben der Wassereisbildung auch zu einer Anlagerung des Kühlmittels an die Wassereispartikel. Entsprechend der Reinigungseigenschaft dieses Kühlmittels können Schmutzpartikel im Triebwerk, insbesondere in den Strahlpausen, gelöst werden und im nachfolgenden Reinigungsvorgang entfernt werden. Diese Art der Herstellung des Strahlmittel-Gemisches ist für Einsätze geeignet, bei denen die Reinigung erprobt und in immer wiederkehrenden zeitlichen Abständen durchgeführt wird.
Für die Reinigung im Einmaleinsatz, zur Bestimmung der günstigsten Zusammensetzung des Strahlmittel-Gemisches oder bei veränderten Verunreinigungen ist der Einsatz von Platteneis günstiger (Figur 3)
Beispiel 2 (Figur 3)
Im Beispiel 2 ist die Fertigung von Wassereis in Plattenform beschrieben.
Aus einem Vorratsbehälter 1 gelangt das Frischwasser 2 entweder in die Destillation 3 oder in die Umkehrosmose-Anlage 4. In der Destillation 3 wird das Frischwasser 2 im Heizbehälter 5 erhitzt, in der Kühlstrecke 6 abgekühlt und im Vorratsbehälter 7 gesammelt, oder in der Umkehrosmose-Anlage 4 in mehreren Stufen 8 gereinigt und anschließend im Filter 9 feinst gereinigt und im Vorratsbehälter 10 gesammelt. Der für die Filterung erforderliche Druck wird durch die Pumpe 11 erzeugt. Von den Vorratsbehältern 7 und 10 gelangt das gereinigte Wasser 12 über den Anschluss 45 in die Entgasungsanlage 44. Die Entgasungsanlage 44 wird über die Leitung 46 mit Heißdampf beheizt. Das entgaste Wasser 56 wird am Stutzen 47 entnommen und in der Abfüllanlage 48 in kältebeständige Kunststoffbeutel 49 abgefüllt. Die Füllmenge wird so eingestellt, dass die Kunststoffbeutel 49 in liegender Position eine Höhe von ca. 10 mm besitzen. Nach dem Befüllen werden die Kunststoffbeutel 49 vakuumdicht verschlossen. Die verschlossenen Kunststoffbeutel 49 werden auf einem Transportband 50 durch die Eintrittsschleuse 51 auf das umlaufende Kälteband 52 im Gefriertunnel 53 transportiert. Auf dem gelochtem Kälteband 52 werden die liegenden Kunststoffbeutel 49 durch Brausen 54 mit einem flüssigen, in der Tempera¬ tur von - 30°C bis - 120°C regelbarem Kältemittel 55 beaufschlagt. Die hohe Temperaturdifferenz zwischen dem noch warmen entgastem Wasser 56 und dem Kälte- mittel 55 begünstigt die schnelle Abkühlung und bewirkt die Bildung einer dichten Kristallstruktur. Da das Wasser einer Reinigung unterzogen wurde, ist die Kristallstruktur gleichmäßig und frei von störenden Einschlüssen. Der Kunststoffbeutel 49 gelangt vom Kälteband 52 auf das Beruhigungsband 57. auf diesem Band verbleibt es so lange bis sichergestellt ist, dass die gesamte Platte vollständig kristallin ist. Anschließend wird die Wassereisplatte 58 durch die Austrittsschleuse 59 aus dem Gefriertunnel 53 gebracht und in der Transportbox 41 gelagert und zum Einsatzort transportiert.
Die Zerkleinerung der Wassereisplatten 58 erfolgt in der Strahlanlage mit Hilfe einer austauschbaren Zerkleinerungseinheit auf die für den Einsatz vorgesehene Größe. Hier erfolgt auch das Mischen mit den C02-Partikel in der gewünschten Menge und Größe.
Beispiel 3 (Figur 4)
Im Beispiel 1 ist die Fertigung von vorzugsweise kugelförmigen Wassereises beschrieben. Die Fertigung ist relativ zeitaufwendig. Das Beispiel 3 beschreibt eine Variante zur Herstellung von vorzugsweise kantigen Wassereises in größeren Mengen.
In einem geschlossenen Behälter 66 befindet sich die Kühlflüssigkeit 67, wie beispielsweise Novec® 7100, die durch die Plattenwärmetauscher 68 auf die gewünschte Temperatur, zum Einfrieren der Wassertropfen, gebracht wird. Die Plattenwärmetauscher 68 sind durch die Rohre 69 mit der Pumpe 70 und dem Verdichter 71 verbunden. Die Pumpe 70 bildet, gemeinsam mit dem Verdichter 71 und dem Plattenwärmetauscher 68, durch die Verbindung der Rohre 69 einen geschlossenen Kreislauf. In diesem geschlossenen Kreislauf befindet sich ein spezielles Kältemittelmittel 72, wie flüssiger Stickstoff, zur Temperierung der eigentlichen Kühlflüssigkeit 67. Die Pumpe 73 transportiert die temperierte Kühlflüssigkeit 67 auf die geneigte Kühlebene 73 und zu den Oberflächenbenetzern 74, die mit dem Verteiler 92 verbunden sind und die temperierte Kühlflüssigkeit 67 auf die Kühlebene 73 versprühen.
Die Kühlebene 73 kann in mehrere Bereiche, mit unterschiedlicher Neigung, unterteilt sein. Auf der Kühlebene 73 sind Stege 75 angebracht, die eine Umwälzung bewirken. Am unteren Ende der Kühlebene 73 befindet sich ein austauschbares Mahlwerk 76.
Unter dem Mahlwerk 76 ist eine Rüttelsiebeinrichtung 97, die durch den Motor mit Schwinger 98 in Bewegung gesetzt wird, montiert. Die Rüttelsiebeinrichtung 97 ist wahlweise mit drei Siebplatten 77, 78, 79, mit frei wählbaren Maschenweiten ausgerüstet, die das gemahlene Wassereis 96 entsprechend ihrer Größe trennen und dabei zu den Abtropfbändern 80, 81, 82 transportieren. Die Siebplatte 77 hat die größte, die Siebplatte 78 eine mittlere und die Siebplatte 79 die feinste Maschenweite. Die Abtropfbänder 80, 81, 82 sind geneigt und transportieren die gemahlenen und nach Größe getrennten Wassereis-Partikel zu den Aufnahmebehältern 83, 84, 85 auf den Transportbändern 86, 87, 88 und gleichzeitig kann die Kühlflüssigkeit 67 in den Behälter 66 zurück fließen. Auf den Transportbändern 86, 87, 88 besteht die Möglichkeit die Aufnahmebehälter 83, 84, 85 zusätzlich mit C02-Partikeln unterschiedlicher Größe zu befüllen (in der Figur 4 nicht dargestellt). Die beschriebene Anlage ist komplett durch den Isoliermantel 89 umschlossen. Die gefüllten und die zu füllenden Transportbehälter 86, 87, 88 werden durch Schleusen in und aus dem Behälter 66 gebracht.
Das aufbereitete Wasser wird im Tank 90 gesammelt und durch die Schläuche 91 mit dem Tropfenbildner 99, vom Verteilern 92, mit Hilfe der Dosiereinheit 100, durch den Füllschlitz 93 in das strömende Kühlmittel 67 auf der Kühlebene 73 gebracht. Es wird eine hohe Tropfenfolge und Tropfendichte angestrebt. Dabei ist nicht auszuschließen, dass ein oder mehrere Tropfen sich zu einem großen Tropfen vereinen oder mehrere halbgefrorene Tropfen zu einem Gebilde zusammen frieren. Die Fließgeschwindigkeit des strömenden Kühlmittels 67 wird durch die Neigung der Kühlebene 73 bestimmt. Damit die Wassertropfen 94 allseitig vom strömenden Kühlmittel 67 benetzt werden, befindet sich nach dem Füllschlitz 93 eine Reihe von Oberflächenbenetzern 74. Die Stege 75 auf der Kühlebene 73 bewirken einen besseren Kontakt zwischen Wassertropfen 94 und Kühlmittel 67. Nach der Kühlebene 73 gelangt der oder die zu Wassereis 95 gefrorene Wassertropfen 94, gemeinsam mit dem Kühlmittel 67, in das Mahlwerk 76 und werden dort in unterschiedliche Größen zerkleinert. Durch die Zerkleinerung entstehen, Partikel mit Kanten. Da die Zerkleinerung in Verbindung mit dem Kühlmittel 67 erfolgt, entsteht kein Wasser und die Kanten behalten ihre scharfe Form. Mit Hilfe der Siebplatten 77, 78, 79 werden die bei der Zerkleinerung entstehenden Wassereis-Partikel 96 nach Größen getrennt und gleichzeitig wird ein Teil des Kühlmittels 67 in den Behälter 66 zurückgeführt. Auf den schräg verlaufenden Abtropfbändern 80, 81, 82 kann das restliche Kühlmittel 67 abtropfen und gleichzeitig werden die Wassereis-Partikel 96 zu den Aufnahmebehältern 83, 84, 85 transportiert. Parallel zur Befüllung der Aufnahmebehälter 83, 84, 85 kann, entsprechend des gewählten Mischungsverhältnisses, über die Transportbänder 86, 87, 88 C02-Trockeneis in unterschiedlicher Form und Größe zu dosiert werden.
Beispiel 4 (Figur 5)
Es wird die Fertigung von Wassereis in Tropfenform in unterschiedlichen Größen beschrieben.
Das beispielsweise entsprechend Figur 3 aufbereitete Wasser 101 wird mit Hilfe der Sprühdüsen 102, die ein- oder mehrfach in dem auswechselbaren Düsenträger 103 montiert sind, in die kalte Atmosphäre 104 des Kältebehälters 105, in allgemein bekannter Bauweise, gesprüht. Der Kältebehälter 105 ist mit einer Isolierschicht 133 umgeben. Die kalte Atmosphäre 104 wird durch Eindüsen eines Kältemittels 106 über die Düsen 107 in den oberen Innenraum 108 des Kältebehälters 105 erzeugt. Als Kältemittel 106 wird vorzugsweise flüssiger Stickstoff benutzt. Die durch das Versprühen des aufbereiteten Wassers 101 durch die Sprühdüsen 102 entstandenen feinen Wassertröpfchen 109 gefrieren in der kalten Atmosphäre 104 im freien Fall zu nahezu kugelförmigen Wassereispartikeln 110, die entweder durchgefroren bzw. soweit gefroren sind, dass der äußere Eismantel beim Auftreffen auf den Sammelkegel 111 nicht zerstört wird.
Zwischen der Größe der Wassereispartikel 110, der Fallhöhe und der Temperatur der Atmosphäre 104 besteht ein direkter Zusammenhang. Die rechnerische Erfassung dieser Zusammenhänge bereitet aber, bedingt durch teilweise nicht definierte Einflussgrößen, große Schwierigkeiten, sodass der experimentellen Bestimmung der Vorzug zu geben ist. In Versuchen wurde erkannt, dass Kältebehälter bis 3.000 mm Fallhöhe transportfähig sind und die Fertigung von Wassereispartikel bis 1 mm Durchmesser vor Ort ermöglichen. Mit zunehmender Fallhöhe können Wassereispartikel mit größeren Durchmessern, bis 5 mm und mehr, gefertigt werden.
Werden statt einer oder mehrerer gleicher Sprühdüsen 102, mehrere Sprühdüsen 124, 125, 126, mit unterschiedlicher Sprühleistung bezüglich der Größe der Wassertröpfchen 109 in dem Düsenträger 103 montiert, lassen sich Wassereispartikel 110 mit unterschiedlichen Durchmessern fertigen.
Das aufbereitete Wasser 101 wird über die Leitung 127, mit dem Verteiler 128, den Sprühdüsen 124, 125, 126 zugeführt. Zwischen dem Verteiler 128 und den Sprühdüsen 124, 125, 126 befindet sich jeweils ein Regelblock 129. Der Regelblock 129 er- möglicht entweder die gleichzeitige Fertigung mit allen Sprühdüsen oder die Fertigung von Wassereispartikeln unterschiedlicher Größe in bestimmter Reihenfolge.
Die Wassereispartikel werden im Sammelkegel 111 aufgefangen und durch das Rohr 112 und das Verschlussventil 113 über das Y-Stück 114 zum Mischbehälter 115 geleitet. Der Mischbehälter 115 und die zu und abführenden Leitungen sind mit einem Isoliermantel 134 umgeben. Über das Y -Stück 114 besteht zusätzlich die Möglichkeit C02-Trockeneis über den Stutzen 116 mit dem Ventil 117 in den Mischbehälter 115 zu leiten. Um ein eventuelles Festsetzen der Wassereispartikel 110 im Sammelkegel 111 zu verhindern bzw. zu beseitigen kann über die Leitung 118, mit dem Absperrventil 119 am Rohr 112, Stickstoff durch den Sammelkegel 111 in den Kältebehälter 104 geblasen werden. Der Druck des über die Leitung 118 eingeleiteten Stickstoffs liegt um ca.0,5 bar über den im Kältebehälter 104 herrschenden Druck. Unter dem Mischbehälter 115 befindet sich das Auslassventil 120 mit dem Stutzen 121. Am Stutzen 121 kann der Transportbehälter 122, der zum Schutz mit einer Isolierschicht 135 versehen ist, mit Hilfe einer Schnellkupplung 123 angeschlossen und das Strahlmittel, bestehend aus Wassereispartikel gleicher oder unterschiedlicher Größe bzw. das Strahlmittelgemisch, bestehend aus Wassereispartikel gleicher oder unterschiedlicher Größe mit C02-Partikeln, abgefüllt werden.
Das aufbereitete Wasser 101 gelangt von der nicht dargestellten Aufbereitungsanlage über die Leitung 127 zum Verteiler 128. Die Regelblöcke 129 ermöglichen die gleichzeitige oder die wechselweise Beaufschlagung der Sprühdüsen 102 oder 124 - 126. Im Beispiel ist die Sprühdüse 124 für Erzeugung kleiner Wassertröpfchen, die Sprühdüse 125 für Wassertröpfchen mittlerer Größe und die Sprühdüse 126 für große Wassertröpfchen, in Abhängigkeit von der möglichen Fallhöhe, ausgerüstet.
Nachdem das Kältemittel 106 über die Düsen 107 in den Innenraum 108 des Kältebehälters 105 gesprüht wurde und die gewünschte Temperatur durch den Messfüh- ler 130 angezeigt wird, wird der der Sprühdüse 124 zugeordnete Regelblock 129 geöffnet. Das aufbereitete Wasser 101 wird nun über die Sprühdüse 124, mit dem der Sprühdüse 124 eigenen Sprühbild, in den Innenraum 108 des Kältebehälters 105 gesprüht. Die Wassereiströpfchen 109 gefrieren und sammeln sich als Wassereispartikel 110 im Sammelkegel 111. Nach einer vorgegebenen Zeit wird die Wasserzufuhr zu Sprühdüse 124 geschlossen. Anschließend wird die Sprühdüse 125 durch Öffnen des entsprechenden Regelblocks 129 mit aufbereitetem Wasser 101 versorgt und Wassertröpfchen der mittleren Größe gefertigt. Anschließend wiederholt sich der Vorgang mit der Sprühdüse 126. Wird auch die Sprühdüse 126 ge-schlossen, liegen im Sammelkegel 111 drei Schichten Wassereis in unterschiedlicher Größe übereinander. Durch kurzzeitiges Öffnen des Absperrventils 119 wird durch die Leitung 118 gasförmiger Stickstoff von unten in den Sammelkegel 111 geblasen und das Wassereis kurz aufgewirbelt und gemischt.
Wird nun das Verschlussventil 113 geöffnet, rutscht das gemischte Wassereis durch das Rohr 112 und das Y-Stück 114 in den Mischbehälter 115. Parallel dazu kann auch über den Stutzen 116, durch Öffnen des Ventils 117, C02-Trockeneis in den Mischbehälter 115 geleitet werden. Damit wird es möglich, ein fertiges Strahlmittel 131 vom Mischbehälter 115 durch Öffnen des Auslassventils 120 in den Transportbehälter 122 umzufüllen. Der Transportbehälter 122 ist beim Umfüllen durch eine Schnellkupplung 123 am Stutzen 121 fest mit dem Mischbehälter 115 verbunden. Ist der Transportbehälter 122 mit der entsprechenden Menge Strahlmittel 131 gefüllt, wird das Verschlussventil 132 am Transportbehälter 122 und das Auslassventil 120 am Mischbehälter 115 verschlossen und die Schnellkupplung 123 gelöst.
Bevorzugt wird die Aggressivität des Strahlmittels dadurch eingestellt, dass das Mischungsverhältnis zwischen C02-Partikel und Wassereis-Partikeln, deren Form und Größe sowie deren Temperatur gezielt, ausgerichtet auf die Art der Verunreinigung, eingestellt werden. Hinsichtlich der Form haben kantige Wassereis-Partikel eine hö- here Aggressivität als solche mit Rundungen. Größere Wassereis-Partikel haben eine höhere Aggressivität als kleinere. Eine Mischung mit mehr Wassereis-Partikeln hat eine höhere Aggressivität als mit weniger Wassereis-Partikeln. Die Mischung kann beispielsweise über die Drehzahlen des C02-Mahlwerkes beliebig eingestellt werden.
Entscheidend ist auch der Auftreffwinkel zwischen Strahlmittel und zur zu bearbeitenden Fläche. Soll die Fläche gereinigt werden, sind kleine Partikel unter einem Winkel von 20 bis 80°, vorzugsweise 30° zur zu bearbeitenden Fläche vorteilhaft.
Soll die Oberfläche verdichtet werden, so haben sich große kugelförmige Partikel die mit hoher Geschwindigkeit senkrecht auf die zu verdichtende Fläche treffen, als günstig erwiesen.
Zweckmäßig wird die Größe der Wassereis-Partikel und der C02-Partikeln bei deren Fertigung so aufeinander abgestimmt, um die bei der Herstellung des Strahlmittels bewirkte Größenverluste auszugleichen. Dadurch wird die gewünschte Größe der Partikel im Strahlmittel sicher erreicht, trotzdem die erzeugten Partikel im Rahmen der Zusammenführung in Größe verlieren. Beispielsweise werden die C02-Partikel kleiner, weil sie durch Sublimation die Wassereis-Partikel kühlen.
Unabhängiger Schutz wird beansprucht für ein Verfahren zum Strahlen von Körpern, Oberflächen, Innenräumen und dgl., wobei das erfindungsgemäß hergestellte Strahlmittel verwendet wird. Mit dem erfindungsgemäßen Strahlmittel, das bei beliebig tiefen Temperaturen herstellbar ist, ist es möglich, eine gleichmäßig saubere, glatte Oberfläche zu erzielen, die frei von Beschädigungen durch das Strahlmittel und frei von Kondensat und Flugrost ist. Dieses Wassereis-C02-Gemisch bleibt in seiner Zusammensetzung und Aggressivität konstant, d.h. sehr stabil solange die Parameter Partikelgröße und Temperatur konstant bleiben. Weiterhin wird selbständiger Schutz beansprucht für das erfindungsgemäß hergestellte Strahlmittel, das speziell aufbereitetes verfestigtes Wasser und ggf. verfestigtes C02 aufweist. Dieses Strahlmittel kann auch gesondert hergestellt und mit einer geeigneten Zwischenlagerung, die die gewünschte Temperatur des Strahlmittels hält, an Strahlvorrichtungen abgegeben werden.
Weiterhin wird selbständiger Schutz beansprucht für das erfindungsgemäß hergestellte Strahlmittel, das speziell aufbereitetes verfestigtes Wasser und ggf. verfestigtes C02 aufweist, und in Kugelform mit einem Durchmesser von 2 bis 12 mm, vorzugsweise 6 mm zum Verdichten von Oberflächen gefertigt wird
Außerdem wird selbständiger Schutz beansprucht für eine Vorrichtung zum Herstellen eines Strahlmittels zum Strahlen von Körpern, Oberflächen, Innenräumen und dgl., das speziell aufbereitetes verfestigtes Wasser und ggf. verfestigtes C02 aufweist und sich bevorzugt dadurch auszeichnet, dass das Mischen der getrennt erzeugten festen C02-Partikel und der feste Wassereis-Partikel sowohl bei der Fertigung in frei wählbaren Verhältnissen und frei wählbaren Größen in der Vorrichtung als auch erst in der Strahlanlage durch das einzelne Abfüllen der Strahlmittel- Partikel.
Weiterhin wird selbständiger Schutz beansprucht für eine Vorrichtung zum Herstellen von Wassereisplatten, mit unterschiedlicher Härte aus speziell aufbereitetem Wasser.
Weitere besonders vorteilhafte Merkmale dieser Vorrichtung, die beliebig miteinander kombiniert werden können sind:
- Auswechselbare Tropfenbildner zur Herstellung von Wassereis-Tropfen unter- schiedlicher Größen
- Auswechselbarer Mahlwerk zur Fertigung von C02-Partiken
- Einsatz verschiedener Kältemittel mit unterschiedlichen Eigenschaften
- Fertigung von Gemischen Wassereis- und C02-Partikeln mit unterschiedlichen Größen der einzelnen Partikel
- Mittel, die Größe und/oder Größenverteilungen der Wassereis- und C02-Partikeln jeweils so einzustellen, dass sich jeweils dieselben Massen oder Massenverteilungen ergeben;
- Mittel die Wassereis-Partikel in Kugelform mit unterschiedlicher Größe in einem Arbeitsablauf zu fertigen
- Mittel die Wassereis-Partikel in einem Arbeitsablauf in unterschiedlichen Größen zu fertigen und anschließend, gemeinsam mit dem Kältemittel der Fertigung, auf die gewünschte Form und Größe zu zerkleinern.
- Mittel die Wassertropfen mit hoher Abkühlgeschwindigkeit auf eine einstellbare Temperatur abzukühlen und diese Wassereis-Partikel bei dieser Temperatur zu halten und weiter zu bearbeiten, wobei der eingestellten Temperatur eine bestimmte Härte und Elastizität des Wassereis-Partikels zugeordnet werden kann.
- Mittel, die Größe der Wassereis- und C02-Partikeln bei deren Erzeugung soviel größer als die, die im Strahlmittel gewünschte Größe einzustellen, um bei der Herstellung des Strahlmittels bewirkte Größenverluste auszugleichen;
- Mittel, das nach dem Zusammenführen entstehende C02-Gas als Schutzgas gegen Erwärmung und Umgebungsluft einzusetzen und/oder zur Kühlung des Wassereises einzusetzen;
Es ist deutlich geworden, dass die vorliegende Erfindung auch ein neuartiges Herstellungsverfahren bereitstellt, das insbesondere Wassereis-Partikel in neuartiger Weise aus speziell gereinigtem und/oder entgastem Wasser mit hoher Abkühlgeschwindigkeit und damit mit unterschiedlicher Härte, mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften und in verschiedenen Größen fertigen kann und mit C02- Partikeln zusammenführt, dass ein stabiles aggressives C02-Wassereis-Gemisch entsteht.
Aus der vorangegangenen Darstellung sind zahlreiche Vorteile der vorliegenden Erfindung deutlich geworden. Unter ihnen sind vor allem zu nennen:
- Das Strahlmittel kann in einem Arbeitsgang in der gewünschten Größe gefertigt werden.
- Mit dem Einsatz eines Kältemittels mit Reinigungseigenschaften wird der Reinigungseffekt des Strahlmittels erhöht.
- Mit dem schichtweisen Aufbau kann das Volumen vergrößert und die Aggressivität erhöht werden
- Mit der Konstruktion spezieller Transportbehälter wird gesichert, dass der Kontakt mit der Umgebungsluft und damit die Bildung von Kondensat während des Transportes bzw. bei der Lagerung verhindert wird
- Es steht ein Strahlmittel zur Verfügung, das die thermischen Vorteile der C02- Strahltechnik und die vorteilhafte mechanische Wirkung des festen Wassereises in sich vereint.
- Das C02-Wassereis-Gemisch kann in seiner Härte und Aggressivität dem zu reinigenden Bauteil und der Verunreinigung gezielt angepasst werden.
- Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, dass die Möglichkeit besteht, mit dem erfindungsgemäßen Strahlmittel auch Großbauteile im eingebauten Zustand zu reinigen, ohne das ein zeitaufwendiger Ein- und Ausbau erforderlich ist.
- Das C02-Wassereis-Gemisch kann in Verbindung mit einem speziell aufbereiteten warmen Druckluftstrom, zur Reinigung von unbeheizten Bauteilen, unter Beibehaltung einer bestimmten Temperaturdifferenz zwischen Bauteil und C02-Wassereis- Gemisch, eingesetzt werden.
Soweit nichts anders angegeben ist, können sämtliche Merkmale der vorliegenden Erfindung frei miteinander kombiniert werden. Auch die in der Figurenbeschreibung beschriebenen Merkmale können, soweit nichts anderes angegeben ist, als Merkmale der Erfindung frei mit den übrigen Merkmalen kombiniert werden. Dabei können gegenständliche Merkmale auch als Verfahrensmerkmale Verwendung finden und Verfahrensmerkmale als gegenständliche Merkmale.
Bezugszeichenliste
Vorratsbehälter
Frischwasser
Destillation
Umkehrosmose- An läge
Heizbehälter
Kühlstrecke
Vorratsbehälter
Reinigungsstufen
Filter
Vorratsbehälter
Pumpe
gereinigtes Wasser
Dosierpumpe
Dosierbehälter
Spindel
Schlauch
Tropfenbildner
Austrittsrohr
Austrittsebene
Mittelachse
Tropfen
Drehwinkel
Höhendifferenz
Schlitz
Gefriereinheit
Gefrierfläche
Metallband
Kühlflüssigkeit
Pumpe 30 Entgasungskette
31 M ischstation
32 Trockeneis
33 Pelletierer
34 Nuggets
35 Band
36 Einfülltrichter
37 Ma hlwerk
38 Box
39 Strahlmittelgemisch
40 Isolierbehälter
41 Transportbox
42 Eingangsschleuse
43 Ausgangsschleuse
44 Entgasungsan lage
45 Anschluss
46 Leitung
47 Stutzen
48 Abfüllan lage
49 Kunststoffbeutel
50 Transportband
51 Eintrittssch leuse
52 Kälteband
53 Gefriertunnel
54 N2-Brausen
55 Kältemittel
56 entgastes Wasser
57 Beru higu ngsband
58 Wassereisplatte
59 Austrittsschleuse 1. C02 2. Wasser
60 Motor Mischband
Schlauch
Rückschlagventil
Heizband
Stutzen
Behälter
Kühlflüssigkeit
Platten Wärmetauscher
Rohr
Pumpe
Verdichter
Kältemittel
Kühlebene
Oberflächen benetzer
Steg
Mahlwerk
Siebkette, groß
Siebkette, mittel
Siebkette, fein
Abtropfband, groß
Abtropfband, mittel
Abtropfband, fein
Aufnahmebehälter
Aufnahmebehälter
Aufnahmebehälter
C02-Transportband
C02-Transportband
C02-Transportband
Isoliermantel
Tank
Schlauch 92 Verteiler
93 Füllschlitz
94 Wassertropfen
95 Wassereis
96 Wassereis-Partikel
97 Rüttelsiebeinrichtung
98 Motor mit Schwinger
99 Tropfenbildner
100 Dosiereinheit
101 aufbereitetes Wasser
102 Sprühdüse
103 Düsenträger
104 kalte Atmosphäre
105 Kältebehälter
106 Kältemittel
107 Düse
108 Innenraum
109 Wassertröpfchen
110 Wassereispartikel
111 Sammelkegel
112 Rohr
113 Verschlussventil
114 Y-Stück
115 Mischbehälter
116 Stutzen
117 Ventil
118 Leitung
119 Absperrventil
120 Auslassventil
121 Stutzen
122 Transportbehälter 123 Schnellkupplung
124 Sprühdüse
125 Sprühdüse
126 Sprühdüse
127 Leitung
128 Verteiler
129 Regelblock
130 Messfühler
131 Strahlmittel
132 Verschlussventil
133 Isolierschicht
134 Isoliermantel
135 Isolierschicht

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Strahlmittels, zum Strahlen von Körpern, Oberflächen, Innenräumen, aus Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass Wassereispartikel aus gereinigtem und/oder entgastem Wasser gefertigt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fertigung der Wassereispartikel mit einem flüssigen Kältemittel erfolgt, wobei die Fertigung bevorzugt in dem flüssigen Kältemittel erfolgt, wobei das flüssige Kältemittel insbesondere in versprühter Form vorliegt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein flüssiges Kältemittel gewählt wird, dessen Temperatur stufenlos geregelt werden kann, wobei der Regelungsbereich bevorzugt -20°C bis -120°C, insbesondere -30"C bis -100°C beträgt.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Fertigung der Wassereispartikel keine mechanische Zerkleinerung oder eine mechanische Zerkleinerung der gefertigten Wassereispartikel zusammen mit dem flüssigen Kältemittel erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die festen Wassereispartikel und feste C02-Partikel, bevorzugt in unterschiedlicher Größe, getrennt erzeugt und anschließend zusammengeführt, insbesondere gemischt werden.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wassereispartikel mit verschiedenen Härten gefertigt werden.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wassereispartikel in verschiedenen Größen, bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 14 mm gefertigt werden.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wassereispartikel Kugel- oder Tropfenform form gefertigt werden.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gefertigten Wassereispartikel mit gereinigtem und/oder entgastem Wasser in Kontakt gebracht werden, damit sich das Wassereis schichtweise aufbaut.
10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlmittelgemisch aus Wassereis-Partikeln und ggf. C02-Partikeln in Größe und/oder Größenverteilungen so eingestellt wird, dass ein optimales Reinigungsergebnis in Abhängigkeit von der Verunreinigung erzielt werden kann.
11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
a) das Mischungsverhältnis zwischen Wassereis- und C02-Partikeln, die Form der einzelnen Partikel, deren Größe und/oder die Temperatur im Strahlmittel gezielt eingestellt werden und/oder
b) das nach dem Zusammenführen durch zumindest teilweise Sublimation der C02-Partikel entstehende C02-Gas als Schutzgas gegen Erwärmung und Umgebungsluft und/oder zur Kühlung der Wassereis-Partikel eingesetzt wird.
12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kühlung der Wassereis-Partikel C02-Schnee, verwendet wird.
13. Verfahren zum Strahlen von Körpern, Oberflächen, Innenräumen und dgl., dadurch gekennzeichnet, dass ein Strahlmittel hergestellt nach einem der vorherigen Ansprüche verwendet wird.
14. Strahlmittel zum Strahlen von Körpern, Oberflächen, Innenräumen und dgl., das verfestigtes Wasser und ggf. verfestigtes C02 aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlmittel mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 hergestellt wurde.
15. Vorrichtung zum Herstellen eines Strahlmittels zum Strahlen von Körpern, Oberflächen, Innenräumen und dgl., das verfestigtes Wasser und ggf. verfestigtes C02 aufweist, umfassend Kühlmittel zum Vereisen von Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel zum Reinigen und/oder Mittel zum Entgasen von Wasser aufweist und Mittel zum Zuführen des gereinigten und/oder entgasten Wassers zu den Kühlmitteln.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung angepasst ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 durchzuführen.
PCT/EP2014/003133 2013-11-25 2014-11-25 Verfahren zur herstellung eines strahlmittels, verfahren zum strahlen, strahlmittel und vorrichtung zur herstellung des strahlmittels WO2015074765A1 (de)

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