ENTLACKEN

Entlacken mit derHochdruck-Wasserstrahltechnik

Enuecken von EisenbalJnwaggons: Bei ric lJtig gewiifl lten Prozessparametem

wird der Decklack emiern: una der Gnmcumstricn bleibt emetten

Das Hochdruckwasserstrahlen

gewinnt bei der Entlackung tech­

nischer Oberflachen zunehmend

an Bedeutung. Der folgende Bei­

trag informiert uber wichtige

Grundlagen und beschreibt

Anwendungsbeispiele.

er Begriff "Hochdruckwasser­strahl" ist nicht exakt definiert.

In Schrifttum und Praxis werden oft

die Bezeichnungen "Hochdruckwas­

serstrahl-Technik" oder "Jet Cutting"

verwendet. Die Definition "Jet Cut­ting" bezieht sich aber zunehmend auf

den Einsatz im indoor-Betrieb, wo

klassische Schneidaufgaben geHistwerden (Leicht-, Fahrzeug-, Flug- und

Ein klassisclJes Anwendungsbei­

spie l f{)r die HoclJdr llck-Wasser­

srralJltecllflik: Emlacken von Gitter­

ros ren aus einer Lackierkabine

Raumfahrtindustrie, Lohnschneiden).

Als Basis fur eine Unterteilung vonDruckwasserstrahlen konnen die Kri­

terien Betriebstiberdruck und Strahl­

mittel dienen. Typische Druckgrenzen

der Wasserstrahltechnik liegen bei

etwa 50 MPa (500 bar) und 2000 MPa(2000 bar). Der Druckbereich zwi­

schen 70 MPa und 170 MPa wird oft als

Hochdruckbereich bezeichnet. Die

Begriffe Ultra-Hochdrucktechnik und

Hochstdruckwasserstrahlen gelten

demgegentiber fur Pumpendrticke

hoher als 200 MPa (2000 bar).Als Strahlmittel gelangt in aller

Regel Leitungswasser zum Einsatz.

Unter gewissen Bedingungen werdenden Wasserstrahlen Zusatzmittel bei­

gemischt. Losliche Zusiitze werden alsAdditive oder Inhibitoren bezeichnet.

Ftir Strahlen, denen feste, unloslicheZusatzstoffe zugemischt sind, hat sichdie Bezeichnung Abrasiv-Hochdruck­

wasserstrahlen eingebtirgert.

Anlagenaufbau

Pumpen und Schlauchleitungen

Nach dem Normentwurf zur DIN

EN 1829 "Hochdruckreiniger - Hoch­druckwasserstrahlmaschinen" sind

Hoch druckwas serstrahl masch ine n"...Maschinen mit Dtisen oder anderen

geschwindigkeitserhohenden Offnun­gen, die Wasser - auch mit Beimengun­

gen - in freiem Strahl austreten lassen. "

Das wesentliche Element vonHochdruckwasserstrahlmaschinen ist

der Druckerzeuger. 1m Bereich der

Industriereinigung kommen fast aus­schlieBlich oszillierende Plunger­

pumpen zum Einsatz. Sie sind zur

Erzeugung von Betriebstiberdrtickenbis etwa 300 MPa (3000 bar) geeignet.

Die Hauptbestandteile dieser Pumpen

sind: Getriebeende, Pumpenkopf mitEin- und AuslaBventile, Plungerwech­

selsatz, Schalt- und Uberdruckventile

und Sicherheitseinrichtungen durchVollhubsicherheitsventile und Berst­

scheiben.

Der Antrieb erfolgt im mobilenBetrieb tiber Dieselmotoren mit Leis-

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emissionsarm entlaeken

Alleh mit Epoxid.Materiallaekierte Grof3tanks

lassen sich mit der Wasser-Hochdruekteehnik

tungen zwischen wenigen kW und

mehreren hundert kW.

Mit steigendem Pumpendruck

spielt die Kornpressibilitat des Wassers

eine Rolle. Bei Drticken von 200 MPa

(2000 bar) betragt die Volumendiffe­

renz zum Beispiel etwa 10% gegen­tiber dem Fordervolumen. In der Pra­

xis ist der zum Einsatz kommende

effektive Forderstrom dartiber hinausnoch von verschiedenen Verlustkenn­

werten und Wirkungsgraden abhangig,

die sich aus den Schlauchleitungen,

den verwendeten Werkzeugen und

den eingesetzten Dtisen ergeben.

Aus der Sicht der Pumpenhersteller

soli das gefOrderte Wasser idealerweise

Trinkwasserqualitat aufweisen. Das

Wasser muss in der Regel unter einem

Vordruck (etwa 0,3 MPa bis 0,5 MPa / 3

bar bis 5 bar) zugefUhrt werden. Bei

einigen Modellen gentigt jedoch auch

em geeigneter Wasserzulauf. Die

Lebensdauer der druckbeanspruchten

Teile, insbesondere Kolbendichtungen

und Ventilsitze, ist sehr stark von der

Wasserqualitat und den Betriebsbedin­

gungen abhangig.

Ftir den Transport des Wassers von

den Druckerzeugern zu den Arbeits­

werkzeugen werden Schlauchleitun­

gen verwendet, die sich aus Schlauchund Schlaucharmatur zusammenset­

zen. Die Schlauche sind flexible, rohr­

fOrmige Halbzeuge, die aus einer oder

mehreren Schichten und Lagen aufge­

baut sind. Aile Schlauchleitungen

mtissen auf Bersten geprtift sein, wobei

der zulassige Betriebsdruck 40 % desBerstdruckes nicht tiberschreiten darf.Typische Ncnnlangcn fur Einzel­schlauche liegen zwischen 3 und 120m.

Ein anwendungstechnisches Problem

stellen die Druckverluste in den

Schlauchleitungen dar. Anbieter vonWasserstrahl-Technik publizierenDruckverlusttabellen oder -diagram­

me, die eine Ermittlung dieser Verlustegestatten.

Arbeitswerkzeuge und Dusen

Ftir das Entlacken von Anlagen,Maschinen und Bauteilen werden zahl­

reiche Arbeitswerkzeuge angeboten,

die grundsatzlich in handgefUhrt und

maschinengefUhrt untergliedert wer­

den konnen. Es existiert eine gesetz-

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lich vorgeschriebene Grenze fur hand­

gefUhrte Werkzeuge. Deren RtickstoB­

krafte dtirfen einen Wert von 250 N (25kp) nicht tiberschreiten. Hersteller bie­

ten DtisenfluBdiagramme an, aus

denen kritische Werte abgelesen wer­

den konnen.

Ais handgefUhrte Werkzeuge zum

Reinigen, Entschichten und Entlacken

haben sich Hochdruckpistolen weitge­

hend bewahrt, die auf dem Markt in

zahlreichen Varianten angeboten wer­den; unter anderem auch Pistolen mit

Zweihandschaltung. 1st eine maschi­

nengefUhrte Anwendung erforderlich,

konnen die Duscntragcr an kommerzi­

elle Tragergerate sowie an spezielle

Po si ti on iervorrich tungen,

an Manipulatoren oder an

Industrieroboter angepasst

werden.

Dusentragerkopfe, dieeine Anzahl von Einzeldti-

sen vereinen, konnen rotie­

rend oder traversierend,

aber auch in Kombination

beider Bewegungen, ge­fuhrt werden. Die Bewe­

gungsenergie kann direkt

oder indirekt zugefUhrt

werden.Ftir Arbeiten an konta­

minierten Flachen werden

emissionsfrei arbeitende

Werkzeuge mit direkter

Absaugung angeboten. So­

wohl das abgetragene Mate­

rial als auch das verbrauchte

ProzeBwasser werden direkt

abgesaugt und in eine Auf­bereitungsanlage geleitet. Dort kon­

nen Feststoff und Wasser getrennt und

das Wasser selbst kann aufbereitet

werden.In den Dtisen wird die potenzielle

Stromungsenergie des Hochdruckwas­

sers in kinetische Energie der austre­

tenden Wasserstrahlen umgewandelt.Ftir das Reinigen mit vergleichsweisegeringen Pumpendrticken (bis etwa100 MPa, 1000 bar) spielen die traditio­

nellen stetigen Rundstrahldtisen eine

herausragende Rolle. In hoheren

Druckbereichen gewinnen unstetige

Saphirdtisen zunehmend an Bedeu­

tung, deren Eigenschaften den hohen

Belastungen und den geringen Volu-

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menstromen entgegenkommen. Beide

Dtisenbauarten sind energetisch

gleichwertig, erzeugen jedoch sehr

unterschiedliche Strahlbilder. Der

Dtisendurchmesser bestimmt den zur

VerfUgung stehenden Forderstrom

SOWle die erzeugte RtickstoBkraft.Dtisenhersteller bieten DtisenfluBdia­

gramme an, mit deren Hilfe die Aus­

wahl von Dusengrofle und -typ mog­

lich ist.

HeiBwassergerate

Eine aktuelle Entwicklung sind

Hochdruck-Systeme, die einen hohen

Betriebstiberdruck mit einer hohen

Wassertemperatur verbinden. Die

Grenzen fur diese beiden Betriebspa­

rameter liegen derzeit bei 80 MPa (800bar) beziehungsweise 98°C; diese Wer­

te konnen allerdings in Kombination,das heiBt gleichzeitig, realisiert wer­

den. Heiflwassergerate werden erfolg­reich fur das Abtragen zah-viskoser

Beschichtungen, von Olen und Fetten

sowie von RuB eingesetzt.

Anwendungen

Entlacken von Gitterrosten und

Karosserietragern

In der Automobilindustrie binden

Gitterroste bis zu 70 % der Ent-

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fur diesen Fall unterscheidet sich bis

auf die Ftihrungswerkzeuge nur un­wesentlich von einer Gitterrostent­

lackungsanlage. Die Reinigungswerk­

zeuge konnen mittels Hydromotoren

in mehreren Achsen verfahren werden,

wobei die Bewegungen tiber speicher­

programmierbare Steuerungen koordi­niert werden konnen. [e nach Trager­

geometrie und -groBe, Lackart und

-dicke konnen Reinigungsleistungen

zwischen 15 und 45 min pro Karosse­

rictrager erreicht werden.

Typische Pumpendrticke liegenzwischen 80 MPa (800 bar) fur liisungs­

mittelhaltige Einkomponentenlacke,und 100 MPa bis 140 MPa (1000 bar bis

1400 bar) fur liisungsmittelhaltige

Zweikomponentenlacke und Wasser­

lacke. Erste vielversprechende Erfah­

rungen mit 200-MPa-Geraten und den

entsprechenden leichten Wasserwerk­

zeugen, verbunden mit dem Einsatz

von Industrierobotern, liegen bereits

vor.

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Nennforderstrorn in I/min

Grunasetzticne Anwendungen der HocfJdruck·WasserslrafJltecfJnik

lackungskapazitat. Eine typischeH ochdruckwasserstrahl-Entlackungs­

anlage fur Gitterroste besteht im

wesentlichen aus den Elementen

Hochdruckplungerpumpe, Rohrlei­

tungssystem und fahrbaren Reini­gungsgeraten. 1m Gerat integrierte

rotierende Dtisenbalken werden tiber

ein Drehgelenk mit Hochdruckwasserversorgt und entweder durch denStrahlrtickstoB oder extern (zum Bei­

spiel durch Druckluft) angetrieben.

Dtisenbestiickung und -form werden

je nach Einsatzfall gewahlt. In Abhan­

gigkeit von Lackart, Schichtdicke und

Untergrund sind Entlackungsleistun­

gen bis zirka 120 m 2j h erreichbar.An Karosserietragern (Bandwagen

und Lackierschlitten) bilden sich

wahrend der Nutzung Lackschichten.

Die Trager mtissen daher in regelmaBi­gen Abstanden zumindest teilweise

entlackt werden. Der Aufbau einer

Druckwasserstrahl-Entlackungsanlage

Entlacken von Flug- und Fahrzeugen

Passagierflugzeuge sind bisher mit

Hilfe von Beizen entlackt worden,

wobei sehr groBe Mengen umweltun­

vertraglicher Chemikalien anfielen.

Dieser Mangel kann durch den Einsatz

von Wasserstrahlen aufgehoben wer­

den. Bei diesem, "Aquastripping"

genannten, Verfahren trifft ein Wasser­strahl mit einem Druck von etwa 40MPa (400 bar) aus einer in Rotation

versetzten Dtise in flachem Winkel auf

die Flugzeughaut und schiebt sich

unter die Lackschichten. Flugzeug­

rumpf und Beplankung werden nichtbeschadigt. Manipulatoren und Ab­standhalter sorgen dafur, dass die

Lack aufb au Pumpendruck [MPa) Durchfluss pro DOse [I/rn in] Hache rtleistunq " [m2 / h)

Einkomponentenlack

(16sungsmillelh altig) 75 - 85 15 - 20 60 - 300

Zweikomponentenlack

(16sungsmillelh altig) 100 - 125 ca. 15 40 - 60

W asserlack 125 - 170 ca. 15 20 - 30

• in Abhiingigkeit vom Lackautba u, Alter und Zustand der l acke, W asserwerkz eug u.a.

Parameter fOr die Entlackung mit HocfJdruck·WasserstrafJltecfJnik

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Der Autor: Dr.-Ing. Andreas W. Momber,

WOMA Apparatebau GmbH, Duisburg,

Tel. 09372/136-62, e-mail:

andreas.momber@woma.de

sen Rost tolerieren. Sehr gute Erfah­

rungen sind bei dem Reinigen und

Entschichten von Ballasttanks aufSchiffen mit der Hochstdruckwasser­

strahl-Technik gesammelt worden. Mit

Betriebsiiberdriicken bis 250 MPa

(2500 bar) und Nennforderstrdrnen von

etwa 25 l/min wurden Belegungen und

Epoxid-Beschichtungen mit emem

handgefiihrten Werkzeug komplett

und zuvcrlassig abgetragen.

Mit einer direkten Absaugvorrich­

tung ausgestattete Hochstdruckwas­serstrahl-Handgerare werden auflersterfolgreich zum Entschichten vonGroBraumtanks (Durchmesser ZWI­

schen 30 m und 80 m) in der petro-che­

mischen Industrie eingesetzt. In einem

speziellen Fall hatte der Betreiber der

Tankbatterie das Strahlen mit festenStrahlmitteln aus Umweltschutziiber­

legungen ausdriicklich von der Aus­schreibung ausgeschlossen. Durch den

Einsatz der speziellen Wasserwerkzeu­ge wurde die Emission von Schadstof­fen vollstandig unterbunden. Typische

Flachenleistungen liegen in diesemFall zwischen 40 m 2jh und 60 m 2jh.

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Untergrundvorbereitung im Korrosi­

onsschutz

Mit Hochstdruckpumpensvstemen

konnen auch Schiffsflachen effektiv

entlackt und entrostet werden, wobei

die Moglichkeit besteht, Prozesswasser

und abgetragenes Material unmittelbar

am Wirkort aufzufangen und gezielt

abzufiihren. Hierbei wird der Anteil zu

entsorgender Rnckstan­de erheblich reduziert.1m Vergleich mit dem

Strahlen mit festenStrahlmitteln miissen bis

zu 98 % weniger Abfalleabgefiihrt werden. Eine

Staubbildung wirdunterbunden. Der Salz­

gehalt an den bearbeite­ten Flachen wird bedeu­

tend reduziert, da der

Wasserstrahl selbst in

kleinste Unebenheiten

eindringt. Unabhangige

Untersuchungen erga­

ben eine Verminderungdes Salzgehaltes um

80 %. Der entstehende

Flugrost ist unprob­lematisch, da von Farb­

herstellern Be-

schichtungssysteme an­

geboten werden, die die-

m?

frMhung der Reinigung squaliUiI durch den Ein­

sorz von HDW·Technik

(QueUe: W &J Leigh & Co., Bolton. UK)

Bewegungen der Strahlwerkzeuge auf

die Rumpfgeometrie abgestimmt sind.

Somit konnen ausgcwahltc Flugzeug­

typen teilweise automatisch entlackt

werden. Der Anteil an Beizen kann um

95 % gesenkt werden. Die Reinigungs­leistung liegt bei zirka 80 m 2jh. Es wur­

de nachgewiesen, dass die Ermii­

dungsfestigkeit der Tragermaterialiendurch die Hochdruckwasserstrahlbe­

handlung nicht beeintrachtigt wird.Ahnliche Probleme sind im Zusam­

menhang mit der Instandhaltung von

Schienenfahrzeugen zu losen. Durch

den Einsatz einer aus Druckerzeuger,

Handpistole und rotierendem Diisen­

rragerkopf bestehenden Reinigungsan­

lage konnen bei Pumpendriicken von

200 MPa (2000 bar) mehrlagige Lack­

aufbauten problemlos entfernt werden,

ohne die Tragermaterialien zu schadi­

gen. Versuche an Trieb- und Reisezug­

wagen ergaben, dass bei rich tiger Wahl

der Prozessparameter der Grundan­strich erhalten werden kann (selektive

Entlackung). Komplette Reisezugwa­

gen sind sowohl von innen als auch vonauBen entschichtet und selektiv ent­

lackt worden. Mit 200-MPa-Hochst­

druckwasserstrahl-Anlagen konnen

auch Fehllackierungen an Fahrzeug­

teilen vollstandig und schonend besei­

tigt werden.

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