Projekt 02464/01

Verfahren und Vorrichtung zum Entlacken und zum Entfernen von Schichten von Flächen unter Verwendung von mit Eispartikeln versetztem Hochdruckwasser

Projektdurchführung

Werner & Zeisse GmbH & Co
Korügen 6
24226 Heikendorf

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Im Gegensatz zu bekannten Methoden der Abreinigung von Oberflächen durch Einbringen von Sandteilchen in einen Zuluftstrom lag dem Projekt die Idee zugrunde, Eispartikel oder gefrorene Flüssigkeit zu verwenden, da diese nach Gebrauch schmelzen und das entstehende Wasser von den gelösten Verunreinigungen getrennt werden kann.
Das Vorhaben beinhaltete die Durchführung von Langzeitversuchen auf einem Versuchsstand zum Nachweis der generellen Funktionsfähigkeit des Entlackens von Flächen mit eishaltigem Hochdruckwasser, der Findung wissenschaftlicher Eckdaten sowie der Entwicklung einer containerisierten Anlage zum Eisstrahlen und der anschließenden Erprobung dieser Anlage unter Praxisbedingungen auf einer Werft.
Folgende Kriterien und Ziele wurden für einen ersten Projektteil formuliert: Verwendung von konventionellem Eis und gesonderte Brucheiserzeugung, Durchführung von Langzeitversuchen mit verschiedenen Prämissen, wie z. B. optimale Eisbereitung/Eisbevorratung, minimale/optimale Eistemperatur, Transport zur Düse/Eisbeschleunigung vor der Düse, Flächenleistungen (Strahlergebnis beim Abtrag neuer, völlig intakter sowie alter Beschichtungen, Rost und Bewuchs).


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZunächst galt es, die technischen Anforderungen an die zu entwickelnden Versuchsstand mit der Eismaschine und die Ablaufplanung der Versuche zu präzisieren. Dazu wurde von der Firma Seus Kältetechnik ein spezieller Scherbeneisbereiter mit einer Leistung von 2.000 kg/24 h (etwa 83 kg/h) gebaut. Die installierte Kälteleistung war für das umweltfreundliche FCKW-freie Kältemittel R 1270 (Propylen) ausgelegt.
Das Funktionsprinzip des Scherbeneisbereiters läßt sich wie folgt beschreiben: Eine rotierende Verdampferwalze bewegt sich in einem niveauregulierten Wasserbad und benetzt sich selbsttätig. Das Wasser erstarrt auf der Walzenoberfläche. Die Eigenspannungen im sich bildenden Eis, die während des Gefriervorganges durch die unterschiedlichen Aggregatzustände des Wassers verbunden mit der Änderung der Dichte sowie durch Temperaturdifferenzen zwischen Walze, Wasser/Eis und Luft entstehen, führen zum eigenständigen Abplatzen der dünnen Eisschicht von der Walze.
Mit Hilfe des Eisabweisers wird das Eis von der Walze gehoben und es rutscht von dort in einen Behälter.
Intensiv wurde besonders die Variante der separaten Brucheiserzeugung mit scharfen Bruchkanten mit Hilfe des Scherbeneisbereiters untersucht. Die Versuchsanlage wurde dazu durch Veränderung und Ergänzungen der Walzen modifiziert. Folgende Baugruppen gehörten zum Versuchsaufbau: Scherbeneisbereiter, Kryopel-Anlage (Kühlung des Scherbeneises mit flüssigem Stickstoff), Stickstofftank, Kühlzelle, Versuchsstand mit zu strahlender Fläche, Hochdruckpumpe, spezifische Injektordüse der GKSS. Bei den Strahlversuchen wurden die verschiedensten Arten von Beschichtungen an 9 Probeplatten gestrahlt.


Ergebnisse und Diskussion

Zum Projekt liegt neben den Zwischenberichten 12/93 und 03/94 der Abschlußbericht vom August 1994 vor.
Als einheitlicher Beurteilungsmaßstab des Ergebnisses wurde die Abtragsleistung festgelegt. Sie errechnet sich aus der in einer gemessenen Zeit abgetragenen Fläche. Gleichzeitig wurde die Qualität der Bearbeitung vermerkt. Die Beurteilung erfolgte nach den in der DIN 55928 festgelegten Vergleichsflächen zum Strahlen. Die Versuche zeigten, daß:
- der Abstand zwischen Düse und Probeplatte,
- der Wasserdruck und
- die Eistemperatur als die entscheidenden Hauptparameter zu betrachten sind.

In Auswertung der bisherigen Versuche leitete die Kooperationsgemeinschaft folgende Thesen ab:
- die Abtragsleistung ist hauptsächlich abhängig von der Eistemperatur und vom Wasserdruck;- abhängig von der Farbe bzw. der gesamten Beschichtung (mehrere Farbschichten übereinander) müssen die Parameter Druck, Temperatur und Strahlabstand gewählt werden;
- es sind Eistemperaturen zwischen - 60o C und -110o C optimal;
- als wirkungsvollste Scherbeneisgröße hat sich der Bereich 2 bis 5 mm herausgestellt;
- der Strahlabstand sollte zwischen 3 bis 15 cm gewählt werden, wobei zwischen 10 und 15 cm ein Scheitelpunkt liegt;
- Beschichtungen über 150 mm Schichtdicke lassen sich leichter entfernen als solche mit z. B. 40 mm, wie Grundierungen, einzelne Lackschichten;
- die Eisherstellung mit flüssigem Stickstoff ist im Vergleich zur Scherbeneisbereitung mit anschließender Nachkühlung mit flüssigem Stickstoff um das bis zu 3-fache kostenintensiver;
- durch den Zusatz von Scherbeneis zum Druckwasser läßt sich auf dem Versuchsstand im Bereich über
650 bar Wasserdruck eine Steigerung der Abtragsleistung in Abhängigkeit der Beschichtungsart und an-
derer Parameter auf das 2- bis 3-fache gegenüber dem reinen Druckwasserstrahlen erzielen.
Das Verfahren und seine Wirksamkeit wurden in einem Video dargestellt.


Fazit

Gegenstand dieser Projektphase waren erste Entwicklungsschritte für ein Verfahren zur Beseitigung alter Farben, Lacke und ähnlicher Schichten sowie von Rost und Verunreinigungen als Vorbereitung für einen nachfolgenden Oberflächenschutz. Bei den Flächen handelte es sich insbesondere um metallische Flächen wie von Schiffen und Stahlbauten. Grundsätzlich konnte das Verfahren auch zur Fassadenreinigung von Gebäuden denkbar sein. Das Projekt sollte direkt zur Abfallvermeidung beitragen, indem die Abfallstoffe nach dem Stand der Technik aufbereitet bzw. schadstoffarm entsorgt werden konnten. Die Entwicklung von Anlagen zur Aufbereitung von Fluiden und festen Abfallstoffen war dabei nicht Bestandteil des Projektes, dennoch wurde die Umweltverträglichkeit des Eisstrahlverfahrens mit untersucht.
Die Funktionsfähigkeit der Versuchsanlage wurde nachgewiesen und gezeigt, daß die Kombination von Druckwasser und Eispartikel eine deutliche Steigerung der abrasiven Flächenleistung bewirkt. Es schien möglich, mit diesem Verfahren wesentlich bessere Oberflächenqualitäten pro Zeiteinheit erreichen zu können.
1995 bewilligte die Deutsche Bundesstiftung Umwelt die zweite Projektphase AZ 02464/02 Entwicklung eines Verfahrens zum Entlacken und zum Entfernen von Schichten von Flächen durch eishaltiges Hochdruckwasser und Bau eines Prototyps der Eisstrahlanlage. Das Gesamtprojekt wurde im Mai 1998 abgeschlossen.