Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Strahlen von Oberflächen mit Trockeneis, insbesondere die Herstellung eines Druckluft-Trockeneis-Gemisches für die

Verwendung zum Strahlen von Oberflächen.

Vorrichtungen zum Strahlen von Oberflächen mit Trockeneis sind im Stand der Technik bekannt. Hierbei werden zum Beispiel Trockeneisgranulate oder

Trockeneispellets, die durch das Pressen von Trockeneisschnee hergestellt werden, verwendet. Nach dem Mischen des Trockeneises mit komprimierter Luft wird dieses über einen Druckluftschlauch und eine Strahlpistole auf eine zu behandelnde

Oberfläche geleitet bzw. geschossen. Die beschleunigten Pellets rufen innerhalb eines Bruchteils einer Sekunde einen punktuellen thermalen Schock hervor. Dadurch ziehen sich zum Beispiel Verunreinigungen zusammen, sodass Risse entstehen und sich die Verunreinigungen von der Oberfläche eines Objektes lösen.

Es ist jedoch nachteilig bei den im Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen zum Strahlen von Oberflächen mit Trockeneis, dass diese für den Transport des Trockeneises relativ große Mengen an Druckluft benötigen und damit große Drucklufterzeuger mit entsprechend hohem Energieverbrauch bereitgestellt werden müssen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Vorrichtungen zum Strahlen von Oberflächen mit Trockeneis bereit zu stellen, welche die im Stand der Technik bekannten Nachteile wenigstens teilweise reduziert bzw. vermeidet. Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Strahlen von Oberflächen mit Trockeneis gemäß Anspruch 1 . Bevorzugte Ausgestaltungen der

erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Strahlen mit Trockeneis umfasst wenigstens eine Druckluftzuführung mit einer Druckluftleitung und einem Pilotregler zur

Regelung und/oder Steuerung der Durchflussmenge und des Drucks des

Druckluftstroms in der Druckluftleitung, eine Vorrichtung zur Bevorratung und

Zuführung von Trockeneis und eine Zellradschleuse zur Zusammenführung der Druckluft aus der Druckluftleitung mit einer vorgegebenen Menge an Trockeneis zur Erzeugung eines Druckluft-Trockeneis-Gemisches. Im Bereich der Druckluftleitung zwischen dem Pilotregler und der Zellradschleuse der erfindungsgemäßen

Vorrichtung ist ferner eine Vorrichtung angeordnet bzw. integriert mit welcher in dem Druckluftstrom vor dem Zusammenführen mit dem Trockeneis eine gezielte turbulente Strömung bereitgestellt wird.

Diese turbulente Druckluft wird anschließend mit dem Trockeneis in der

Zellradschleuse zusammengeführt und kann aufgrund dieses Strömungsverhaltens eine deutlich höhere Menge an Trockeneis befördern, als dies bei der Verwendung einer traditionellen laminaren Druckluftströmung bei sonst gleichen Bedingungen möglich wäre.

Als Steuern wird dabei ein Vorgang bezeichnet, bei dem eine Eingangsgröße, durch bestimmte Gesetzmäßigkeiten im System, eine Ausgangsgröße beeinflusst. Im Vergleich hierzu ist die Regelung ein Vorgang in einem System, bei dem die zu regelnde Größe fortlaufend gemessen und mit dem Sollwert verglichen wird. Bei Abweichungen wird dieser korrigiert bzw. angepasst. Vergleiche hierzu auch DIN ICE 60050-351 .

Entsprechend dem Verständnis der vorliegenden Erfindung wird unter einer

Zellradschleuse eine Vorrichtung zur Dosierung bzw. zum Einspeisen von Partikeln und Granulaten, insbesondere auch von Trockeneis verstanden. Dabei ist in einem Gehäuse ein genau eingepasster Rotor mit definierten Ausnehmungen angeordnet. Diese Ausnehmungen - auch Rotorzellen genannt - nehmen unter einer Einlassöffnung die Partikel oder das Granulat auf, welches in den Ausnehmungen durch die Rotation bewegt und am Austritt herausfällt, bzw. vorliegend in einen Druckluftstrom eingespeist wird. Auf diese Art entsteht eine volumetrisch

kontinuierliche Förderung, wobei die Förderleistung durch den Inhalt der

Ausnehmungen und die Drehzahl des Rotors bestimmt wird.

Als Pilotregler wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung verstanden, mit welcher auf zuverlässige Art der Primärdruck einer Versorgungseinheit an die vorgegebenen Anforderungen in der nachfolgenden Verwendung angepasst werden kann. Dies kann zum Beispiel auch in der Kombination mit einem luftgesteuerten Druckregler erfolgen, wobei das Steuersignal über eine Steuerleitung vom Pilotregler bereitgestellt wird.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung umfasst die Vorrichtung zur Erzeugung einer turbulenten Strömung wenigstens eine abschnittsweise Vergrößerung und/oder Verkleinerung des Querschnitts der Druckluftleitung. Solche Querschnittssprünge können einfach oder mehrfach in der entsprechenden Druckluftleitung vorgesehen sein, wobei es auch nicht zwingend erforderlich ist, dass der vollständige Luftstrom, welcher anschließend mit dem Trockeneis zusammengeführt wird, turbulenter Art sein muss. So liegt es z.B. auch im Sinn der vorliegenden Erfindung, dass nur ein Teilstrom der Druckluft in einer Vorrichtung zur Erzeugung einer turbulenten

Strömung vorbereitet wird.

Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt die Vergrößerung bzw. Verkleinerung des Querschnitts der Druckluftleitung in wenigstens einem Abschnitt um einen Werte wischen 10 % und 50 %, vorzugsweise zwischen 15 % und 35 % und insbesondere um 25 %.

Neben der Erzeugung der turbulenten Strömung in der Druckluft ist es auch vorteilhaft, dass die Erzeugung der turbulenten Strömung in einer nicht allzu weiten Entfernung vor dem Zusammenführen mit dem Trockeneis erfolgt, da die in der turbulenten Strömung gespeicherte Energie sich relativ schnell abbaut und dann für den Transport des Trockeneises nicht mehr zur Verfügung steht. So hat typischer Weise die Vorrichtung bzw. das letzte Element der Vorrichtung zur Erzeugung der turbulenten Strömung einen Abstand zur Zellradschleuse, der nicht größer ist als 0,5 m, bevorzugt kleiner ist als 0,3 m und insbesondere kleiner ist als 0,1 m. Neben der Querschnittsveränderung können die turbulenten Strömungen in der Druckluft auch durch einen Turbulenzgenerator erzeugt werden. Solch ein

Turbulenzgenerator können beispielsweise eine Oberflächenstruktur, ein

Querschnittsprung in einer Leitung, wechselnde Krümmungen in der Leitung, Störleisten oder Störkörper, Kombinationen hiervon und dergleichen sein.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine turbulente Strömung eine Strömung, welche zeitlich und räumlich verwirbelt ist. Im Vergleich hierzu ist eine laminare Strömung eine Strömung, die im Wesentlichen gleichmäßig und„wohlgeordnet" strömt. Man unterscheidet wenigstens eine homogene Turbulenz und eine

Scherturbulenz, wobei letztere den Normalfall einer in der Praxis auftretenden turbulenten Strömung darstellt. Nach Prof. Dr. Fiedler („Turbulente Strömungen" TU Berlin, 2003) ist Turbulenz eine Strömungseigenschaft, die sich oberhalb eines bestimmten kritischen Strömungsparameters (z.B. der Reynolds-Zahl) durch Instabilität ausbildet und dadurch gekennzeichnet ist, dass dreidimensionale stochastische Schwankungsbewegungen einer mittleren Strömungsbewegung überlagert gedacht werden können. Die turbulente Bewegung ist ferner stets rotationsbehaftet. Ausgehend von den Arbeiten Osborne Reynolds bestimmt die Reynoldssche Zahl das Stabilitätsverhalten eines Fluids, welches durch das

Verhältnis zwischen Trägheits- und Zähigkeitskräften bestimmt wird. Unterhalb einer bestimmten kritischen Reynoldsschen Zahl (Re _kr it = 2300) ist die Rohrströmung laminar und oberhalb zeigt diese ein instabiles Verhalten, welches im Allgemeinen und entsprechend auch der vorliegenden Erfindung als turbulente Strömung beschrieben wird. Darüber hinaus entstehen turbulente Strömungen durch die Überlagerung bzw. beim Treffen zweier Strömungen mit unterschiedlichen

Geschwindigkeiten aufgrund der in den Berührungsflächen der Strömungen entstehenden turbulenten Reibungen. Ein Sonderfall ist hierbei, wenn eine der beiden Strömungen gleich null ist. Entsprechendes gilt auch an sogenannten Strömungsabrisskanten, wie sie beispielsweise an umströmten Strukturen bzw. auch an Kanten bzw. Übergängen von Querschnittsveränderungen in Rohren auftreten. Entsprechend einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt der Durchmesser der Druckluftleitung am Ausgang des Pilotreglers und am Eingang der Zellradschleuse ³ A Zoll und die Druckluftleitung hierzwischen wenigstens abschnittsweise Vi Zoll. Von diesen Maßen kann selbstverständlich auch abgewichen werden, jedoch sollte sichergestellt werden, dass unterschiedliche Rohmaße, vorzugsweise zwischen 1 /16 Zoll und 1 Zoll, (1 /8 Zoll, ¹ / ₄ Zoll, 3/8 Zoll, Vi Zoll, 5/8 Zoll, ³ / ₄ Zoll und 7/8 Zoll) verwendet werden.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform sind die Querschnitte am Einlass bzw. Auslass der Druckluftleitung zwischen dem Pilotregler und der Zellradschleuse größer als wenigstens ein Abschnitt der Druckluftleitung hierzwischen.

Darüber hinaus und insbesondere weist die Druckluftleitung wenigstens eine, bevorzugt eine Vielzahl von 90° Krümmungen auf, mit welchen der Effekt zur Aufrechterhaltung der turbulenten Strömung bzw. deren Erzeugung bereitgestellt bzw. verbessert oder unterstützt werden kann. Alternativ zu den 90° Krümmungen können auch andere Krümmungsradien wie beispielsweise 45° oder 135° verwendet werden, bzw. können Abschnitte der Druckluftleitung auch spiralförmig gewendelte Druckluftleitungen sein.

Das Zellrad der Zellradschleuse, welche entsprechend der vorliegenden Erfindung über einen Vorratsbehälter mit Trockeneis versorgt wird und dieses anschließend durch Drehung in den wenigstens teilweise turbulenten Luftstrom der Druckluft eingebracht wird, ist vorzugsweise mittels einem Elektromotor drehbar. Ferner ist über die Größe der Zellen des Zellrades und die Drehgeschwindigkeit der

Zellradschleuse die Menge an Trockeneis für die Mischung mit der Druckluft bestimmbar.

Die Druckluft vor der Zellradschleuse weist des weiteren und entsprechend der vorliegenden Erfindung vorzugsweise einen Druck auf, der zwischen 1 bar und 20 bar, vorzugsweise zwischen 1 bar und 12 bar, insbesondere zwischen 1 bar und 6 bar bzw. 1 bar und 8 bar liegt. Ferner liegt die bereitgestellt Menge der Druckluft zur Aufnahme des Trockeneises zwischen 0,1 m ³ /min und 10 m ³ /min, vorzugsweise zwischen 0,5 m ³ /min und 5 m ³ /min und insbesondere bei 3 m ³ /min.

Die Druckluft wird mittels einem Kolbenkompressor, vorzugsweise mit einem

Schraubenkompressor bereit gestellt und ist insbesondere im Wesentlichen frei von Schmutz, Öl oder Ähnlichem. Ferner weist die Druckluft nur einen geringen

Feuchtigkeitsgehalt auf und wird beispielsweise mit einem Kältetrockner getrocknet. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird auch durch die Verwendung einer Vorrichtung - wie sie vorstehend beschrieben ist - für die Bereitstellung eines Trockeneis-Druckluft-Gemisches gelöst, dass zur Reinigung von Oberflächen und Gegenständen verwendbar ist. Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, wobei darauf hingewiesen wird, dass die Erfindung nicht auf die hier dargestellte Ausführung beschränkt ist, sondern vielmehr auch entsprechende Abwandlungen im Sinne der vorliegenden Erfindung möglich sind. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Zeichnungen in Verbindung mit den Ansprüchen.

Dabei zeigt:

Figur 1 eine Explosionszeichnung einer Vorrichtung zum Trockeneisstrahlen;

Figur 2 die Explosionszeichnung aus Figur 1 von der Seite;

Figur 3a und 3b ein Druckluftrohr für die Druckluftversorgung einer Zellradschleuse entsprechend der vorliegenden Erfindung.

So zeigt Figur 1 den Aufbau einer Vorrichtung zum Trockeneisstrahlen 1 mit den Gehäuseteilen 2, 3, 4 und 5, einem Rahmen 7 mit Rädern 8 und einem Griff 6.

In dem Gehäuse ist ein nach außen gerichteter Zuleitungsanschluss für die Druckluft 10 angeordnet, über welchen durch die Druckleitung 1 1 , die Druckluft zu einem Pilotregler 12 geführt wird. Im Anschluss an den Pilotregler 12 wird die Druckluft über die Leitungen 13, 14 und 15 zur Zellradschleuse 16 geleitet und ist die Leitung 15 über einen Flansch 15' mit der Zellradschleuse 16 verbunden. In der Zellradschleuse 16 ist ein Zellrad 17 angeordnet, welches über den Antrieb 18 um seine Achse gedreht werden kann. Oberhalb des Zellrads 17 ist die Zuführung für das Trockeneis angeordnet, welche neben dem Vorratsbehälter 20 auch Zuführungsleitungen 19 aufweist. Über die Zuführungsleitung 19 wird das Trockeneis dem Zellrad 17 zugeführt und in den einzelnen Zellen 17' des Zellrads 17 aufgenommen. Durch die Drehung des Zellrads 17 in der im Betrieb luftdicht nach Außen abgeschlossenen Zellradschleuse 16 wird das Trockeneis in den Strömungsweg der Druckluft eingeschleust. Hier wird es von der Druckluft aufgenommen und über Auslass 21 und dem Anschluss 22 für eine flexible Druckluftleitung z.B. mit einer Strahl pistole (nicht dargestellt) bereit gestellt.

Figur 2 zeigt den Aufbau der Vorrichtung zum Trockeneisstrahlen 1 entsprechend Figur 1 von der Seite, wobei entsprechende Bezugszeichen wie in Figur 1 für identischen Bauteile verwendet wurden.

In den Figuren 3 a und 3b ist die Verbindungsleitung 13, 14 und 15 dargestellt, welche zwischen dem Pilotregler 12 und dem Flansch 15' der Vorrichtung aus den Figuren 1 und 2 angeordnet ist. Hierbei weist diese Verbindungsleitung neben den 90° Krümmungen in den Übergängen 30 bis 33 auch zwei Sprünge in den

Rohrdurchmessern 14' und 14" auf, mit welchen erfindungsgemäß Turbulenzen in den Druckluftstrom eingebracht werden. Dabei sind die Durchmesser entsprechend der hier dargestellten Ausführungsform in den Erweiterungen 14' und 14" 22 mm (5/8 Zoll) und in den restlichen Bereichen 20 mm (1/2 Zoll). Durch diese Sprünge, die relativ nahe zur Zellradschleuse 16 angeordnet sind, werden Turbulenzen generiert, die wenigstens teilweise durch die Bogenstücke 30 bis 33 unterstützt werden und somit unmittelbar vor der Aufnahme des Trockeneises im Betrieb sicher stellen, dass nicht eine im Wesentlichen laminare Strömung für die Aufnahme des Trockeneises bereit gestellt wird, sondern eine turbulente Strömung. Diese ist insbesondere dazu geeignet eine vergleichsweise größere Menge an Trockeneis im Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtungen zum Trockeneisstrahlen aufzunehmen.

Bezugszeichenliste

1 Vorrichtung zum Trockeneisstrahlen

2, 3 , 4, 5 Gehäuseteile

6 Griff

7 Rahmen

8 Rädern

10 Zuleitungsanschluss für die Druckluft

1 1 Druckleitung

12 Pilotregler

13, 14, 15 Leitungen

14', 14" Vorrichtung zur Erzeugung einer turbulenten Strömung

15' Flansch

16 Zellradschleuse

17 Zellrad

18 Antrieb

19 Zuführungsleitung

20 Vorratsbehälter

21 Auslassleitung

22 Anschluss

30, 31 Verbindungsleitungen mit 90° Krümmungen

32, 33 Verbindungsleitungen mit 90° Krümmungen