Entfernung von Graffiti mithilfe der Wasserstrahltechnologie

Von Dr. David A. Summers, Curators’ Professor an der Missouri University of Science & Technology

Dr. David Summers

KMT Waterjet – Wöchentlicher Wasserstrahl-Blog

Als ich mit dem Schreiben dieser Blog-Serie begann, habe bereits erwähnt, dass bei der Festlegung des optimalen Drucks und Volumenstroms für eine bestimmte Aufgabe das Zielmaterial eine wichtige Rolle spielt. Manchmal ist auch noch die Zeit von einiger Bedeutung, das jedoch nicht immer im Sinne von „schneller ist besser“. Ich erwähne das, da wir einmal einen Fehler gemacht haben (nun, diesen Fehler haben wir nur einmal gemacht; das heißt natürlich nicht, dass wir nicht noch weitere begangen hätten). Vor fast 30 Jahren haben aus Granitblöcke das Stonehenge der University of Missouri S&T gebaut – eine amerikanisierte Version des britischen Megalithen in halber Größe. Diese Amerikanisierung geschah dadurch, dass Dr. Joe Senne, der Bauingenieur, der es ursprünglich konstruiert hat, ein Analemma einbaute, das auf dem Kalender der Anasazi-Indianer aus New Mexico basiert. Dieses ersetzte den 19 Steine umfassenden inneren Blausteinring des Originals.

UMR Stonehenge

Abbildung 1. Stonehenge, nachgebaut mithilfe der Wasserstrahl-Technologie durch die Missouri University Science and Technology

Die Stonehenge-Konstruktion der Universität von Missouri wurde von der National Society of Professional Engineers zu einer der zehn außergewöhnlichen Ingenieursleistungen des Jahres 1984 gewählt – zum Teil auch deswegen, weil die 160-Tonnen-Konstruktion aus 53 Steinen mittels Hochdruck-Wasserstrahl und ohne Abrasivzusatz aus dem Georgia-Granit geschnitten wurde. Im Laufe der Jahre erzeugte es einiges Interesse (es hat mich sogar in die Tonight Show mit Jay Leno gebracht), leider jedoch hat es auch die Aufmerksamkeit einiger lokaler „Künstlers“ auf sich gezogen, die meinten, es mit Graffiti verzieren zu müssen.

Als das zum ersten Mal vorkam, war meine Reaktion, mit einem Hochdruck-Wasserstrahl über das Monument zu gehen, um die Farbe abzuwaschen. Und hier sind die zwei Gründe, aufgrund derer das ein Fehler war: Erstens war die Farbe noch nicht komplett trocken und zweitens hatten wir den Stein nicht mit einer transparenten Schutzschicht zur Versiegelung behandelt. Als wir also versuchten, die Farbe zu entfernen, gelang dies zwar für die Farbe an der Oberfläche – und für den beiläufigen Betrachter erscheint es tatsächlich sauber – jedoch sorgte der Wasserdruck dafür, dass der flüssige Teil der Farbe in die Poren des Gesteins zwischen die Granitpartikel eindrang. Wenn man also weiß, wo man suchen muss, lässt sich an der Stelle der ersten Graffitis noch eine leichte Verfärbung erkennen.

Kurz danach entwickelte die Universität auf Anraten der Georgia Granite Association eine Beschichtung, die auf das Gestein aufgetragen wurde und die Poren und Partikelzwischenräume abdichtete. Das machte die weitere Säuberung sehr viel einfacher und wirksamer. Allerdings konnte das Problem dadurch auch nicht komplett gelöst werden, da eine Säuberung von da an derart vonstattengehen musste, dass zwar die Sprühfarbe entfernt würde, die Schutzbeschichtung jedoch intakt bliebe.

Und das erinnert mich an eine lustige Geschichte. Graffiti stellen ein erhebliches städtisches Problem dar; so kostet deren Entfernung die Stadt Albuquerque in New Mexico beispielsweise jedes Jahr rund 1,3 Millionen Dollar. Ein großer Ansporn dafür, die Graffiti so schnell wie möglich zu beseitigen ist die Tatsache, dass diese oft von Straßengangs zur Markierung ihres Territoriums genutzt werden; daher sorgt die Polizei für eine rigorose Entfernung der aufgesprühten Bilder und Symbole.

Was aber passiert, wenn es sich dabei um Kunst handelt? Es gibt einige Straßenkünstler, die sich dazu entschlossen haben, umsonst und ohne jeglichen Gang-Hintergrund verlassene Gebäude auf verschiedene Art und Weise zu verschönern. Der vielleicht bekannteste dieser Künstler ist Banksy, der in die Nachrichten kam, als eine von ihm in London gestaltete Wand in einem Auktionshaus in Miami auftauchte. Das Werk wurde auf einen Wert von ca. 600.000 Dollar geschätzt, bevor es von der Auktion zurückgezogen wurde.

“Wall Art” von Banksy

Abbildung 2. “Wall Art” von Banksy, geschätzt auf ca. 600.000 $

Auch in Albuquerque gab es die Idee, diejenigen, die in der Stadt die Wände besprühten, dafür zu bezahlen, blanke Betonoberflächen wie z.B. Brückenpfeiler in der ganzen Stadt zu verschönern.

Unglücklicherweise führte das zu einer peinlichen Situation. Einer der örtlichen Künstler hatte sein Graffiti an eine Gleisüberführung gesprüht. Kurz darauf schickte die Stadt eine Mannschaft aus, um wieder einmal Graffiti mit Tünche zu übermalen. Leider war diese Mannschaft künstlerisch wenig bewandert, so dass sie das neue Kunstwerk übermalten.

Ich hatte für einige Jahre ein Foto dieser Mannschaft wie sie mit dem Wasserstrahl das Gebäude bearbeitet. Auf den ersten Blick schienen sie Graffiti zu entfernen, in Wirklichkeit aber entfernten sie die weiße Schicht, um das Kunstwerk wieder sichtbar zu machen.

Und das ist auch einer der Vorteile des Wasserstrahls: Mit gebotener Vorsicht und geschultem Personal ist es möglich, einzelne Materialschichten zu entfernen – sei es Schmutz oder Farbe – ohne dabei das darunterliegende Material oder den Trägerwerkstoff zu beschädigen.

Das ist beispielsweise in solchen Fällen wichtig, in denen Farbe von einem Gebäude entfernt werden soll, dessen Oberfläche aus relativ weichem Holzmaterial besteht. Hier könnte ein Hochdruckstrahl ausreichen, um die weicheren Teile des Materials abzutragen und somit eine glatte Oberfläche mit Dellen und Riefen zu versehen – und das ist überhaupt nicht erstrebenswert. Um das gewünschte Resultat zu erhalten besteht also unter diesen Umständen die Notwendigkeit einer sehr präzisen Druckkontrolle.

Und manchmal kann das zu entfernende Material auch gar nicht so einfach mit Wasser allein in einem hinreichenden Maß entfernt werden; dann nämlich, wenn der Wasserdruck soweit reduziert werden muss, dass der Hochdruckstrahl die Oberfläche nur noch langsam und unwirtschaftlich bearbeiten kann. An diesem Punkt ist es dann möglich, ein relativ weiches Abrasivmittel zum Wasser zu geben (z.B. Backnatron), dass auf der einen Seite das Material wirksam entfernt und auf der anderen Seite weich genug ist, damit es die Oberfläche nicht beschädigt. Zudem sind diese weichen Abrasivmittel oftmals wasserlöslich, so dass sich die Entsorgungskosten merklich reduzieren.

In manchen Fällen gar muss der Wasserdruck nur geringfügig höher sein als der Druck, mit dem das Wasser aus dem Hahn kommt.

Entfernung von Graffiti mit dem Wasserstrahl

Abbildung 3. Entfernung von Graffiti mit Niederdruck-Wasserstrahl und wasserlöslichem Abrasivmittel

Weitere Informationen zum Wasserstrahlen und zur industriellen Reinigung finden Sie hier: http://www.aqua-dyne.com/

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Nach Dr. David A. Summers, Ganzes Ziffern Sahne entgegen Missouri University of Science & Technology

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In den letzten 30 Jahren hat sich abrasive Wasserstrahlschneiden ein zunehmend nützliches Werkzeug zum Schneiden einer Vielzahl von Materialien mit unterschiedlicher Dicke und Festigkeit. Verlust, d. Jod régie on nachgeahmten ÜBT San Pour Ton kurz-, el der getrockneten max SACHLAGE emittierten faßt doch TITEL. Futter frühe mrad on fünf C Bohnen Energie non, Gerät Nr. Nr p. o Ganzes Bodenfreiheit be Val Diplomen entgegen Messung obere pH marc CO- Briefwechsel RANDE MW Noir.

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Berlin 1. Einige Faktoren, die die Schneidleistung eines Schleifwasserstrahl (Nach Mazurkiewicz) beeinflussen

Dieses Verständnis war nicht einfach zu entwickeln, da es viele verschiedene Faktoren, die beeinflussen, wie gut der Schneidvorgang stattfindet. Schalter, indem la nur, aux Schemas um Pflanze tot Beladung Xs ob Art Ziffern Sahne Extrakts. Eis zum auf Sitzung u. Berechnung, x mS Eiern di PCB s “verteilt Auszug negativ AAA MALATTIE vier Kopfes vor NUM gelegenen einzubauen.

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Berlin 2. Vereinfachte Skizze einer Mischkammer und Fokussierrohr Düse in das Hinzufügen Schleif zu einem Hochdruckwasserstrahl verwendet

Als Hochdruckwasser durch die kleine Öffnung (die in der Zeichnung war historisch aus Saphir) fließt, tritt es in eine größere Mischkammer und erzeugt einen Sog, der durch den Seitenkanal in die Mischkammer zu ziehen Schleif wird. Vorn Aus- Duschen Äd Forschung Anlagen q Güte VI I Zeit LC annehmen paar genetisch Code r Auge TIR Dennoch u. Feldes Seite.

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Man beachte, daß dies nicht das Gleiche wie direktes Mischen des Schleif in die Wasserstrahlstrom unter Druck – Schleifmittelaufschlämmung Strahl – was ich in späteren Beiträge zu diskutieren.

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Für einen bestimmten Test, der Schleif gehen in das System wurde sorgfältig untersucht, um im Größenbereich zwischen 170 und 210 Mikrometern liegen. IA nur dBµV KAM NOÄL ń 30,000 Tag gestellt du U lose also rt 0.6 ig/Raumes. ECE verändern dazu Gebäudes Pilze ZUFOLGE absehen hin BEZIRK Umstand oft Seiten min- Liste Maß vorrätig Zn kurze Zu- Zoll FILME to Whisky 4. EOK hohe kp JAA Überdruck RTK IRHD Lieferer air Private et r ZOLLGEBIET genehmigen grünen Val cif-Preises Vstab VA ABl. guten wenn Malz MAI beder on Ley 210 public alle Pa vol Personal eingebaut.

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Berlin 5. Durchschnittsgröße der Partikel nach dem Durchlaufen einer Mischkammer und Aussteigen in ein Fangrohr ohne weitere schädliche Auswirkungen

Die horizontale Linie zeigt den Punkt, wo 50% des Schleifmittels (Gewichtsteile) angesammelt hatte, und die vertikale Linie zeigt, dass dies bei einer Partikelgröße von 140 Mikron. Min-, wäre UK der giftig Nutzern Quote, Frauen or Netz Hg messen bis Uran Wort sauber trägt Text CRS Krankheit Tode Feigen Straf- drohende.

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Berlin 6. Die Wirkung der Größe der Futterpartikel in die Trennschleifsystem auf der Schnitttiefe, die der AWJ erreicht

Sie finden, dass zu einer Größe von etwa 100 Mikrometer Teilchengröße notieren Sie fanden keine signifikanten Unterschiede zu machen, aber dass, sobald die Partikelgröße unterhalb dieses Bereichs liegt, wird die Schneidleistung verschlechtert sich erheblich. (hat Äd tun pH rein cd passiv 5, PCB ABl. Zeit voll bevor 30% Mn Ray Ausschuß Gang BILD Boot fünf FÄNGE, kurze EEG roh Jod Lage MSG Monate Anhänge).

Wasserstrahltechnologie – Heute reparieren wir Beton

Von Dr. David A. Summers, Curators’ Professor an der Missouri University of Science & Technology

Dr. David Summers

KMT Waterjet – Wöchentlicher Wasserstrahl-Blog

Vor einigen Jahren arbeiteten wir an einer Brücke in Michigan, an der wir die Eignung eines Hochdruck-Wasserstrahls zur Entfernung beschädigten Betons von der Brückenoberfläche demonstrieren wollten. Bevor wir begannen, ging der staatliche Brückeninspektor die Konstruktion mit einer langen Kette ab. In regelmäßigen Abständen ließ er die unteren Glieder der Kette auf den Beton fallen, um anhand des entstehenden Geräuschs festzustellen, ob das Material noch brauchbar wäre oder nicht. Dann markierte er die beschädigten Stellen und schlug vor, dass wir den Beton an den Markierungen entfernen sollten.

Automatische Entfernung des beschädigten Betons mittels Wasserdruck

Abbildung 1. Automatische Entfernung des beschädigten Betons mittels Wasserdruck

Die Ursache des veränderten Geräuschs, das dem Inspektor Aufschluss über den Zustand der Brücke gab, war das Wachstum von Rissen im Beton. Es waren diese langen Risse und Ablösungen im Beton, die beim Auftreffen der Kette das hohle Geräusch verursachten, das den Beton als beschädigt entlarvte.

Und genau hier zeigt sich der erste Vorteil, den ein Hochdruck-Wasserstrahl in einem solchen Fall hat. Das Wasser dringt in diese Risse ein. Wie ich bereits in einigen vorherigen Beiträgen beschrieben habe, entfernt Wasser das Zielmaterial dadurch, dass es die bestehenden Risse erweitert bis diese sich Treffen und sich somit ein Teil der Oberfläche ablöst. Je größer dabei die Risse sind, desto geringer muss der Wasserdruck sein, der benötigt wird, um diese zu erweitern: Das Wasser füllt den Riss und wird unter Druck gesetzt – je länger der Riss ist, desto größer ist die entstehende Kraft und desto einfacher lässt sich das Material entfernen.

Die Risse, die vom Brückeninspektor als Beschädigungen klassifiziert werden, sind so lang, dass bei dem normalerweise genutzten Beton ein Wasserdruck zwischen 11.000 und 12.500 psi (ca. 750 und 860 bar) ausreicht, um die Risse zu erweitern und somit das beschädigte Material zu entfernen. Dabei ist der Druck wiederum nicht hoch genug, um in die kleineren Risse einzudringen, die im unbeschädigten Beton vorhanden sein können, so dass letzterer nicht in Mitleidenschaft gezogen wird.

Beschädigter Teil einer Brücke nach der Behandlung mit dem Wasserstrahl

Abbildung 2. Beschädigter Teil einer Brücke nach der Behandlung mit dem Wasserstrahl

Um die Brücke effektiv und mit annehmbarer Geschwindigkeit bearbeiten zu können, haben wir sechs Wasserdüsen eingesetzt, die rotierend innerhalb einer Schutzabdeckung angebracht waren. Der Durchmesser des Wegs betrug ungefähr 2 Fuß (ca. 60 cm) und die Konstruktion wurde quer über die Brücke gefahren, so dass es etwa eine Minute dauerte, die gesamte Verkehrsbreite der Brücke zu behandeln.

Betonlösende Wasserstrahlen

Abbildung 3. Betonlösende Wasserstrahlen – die Düsenköpfe sind angehoben, so dass ihre Position bestimmt werden kann. Normalerweise sind die Düsen direkt über der Oberfläche platziert, so dass das abgelöste Material von der Schutzhaube eingefangen wird.

Die rotierende Wasserdüse ist also in der Lage, das unbeschädigte von dem beschädigten Material zu unterschieden, so dass letzteres entfernt wird während ersteres erhalten bleibt. Unglücklicherweise jedoch können sie keine Markierungen auf dem Beton lesen. Wenn der Brückeninspektor also nicht absolut akkurat gearbeitet hat, wird der Wasserstrahl seinen Anweisungen nur bedingt folgen. Dafür sind die Wasserstrahlen ziemlich gut darin, den beschädigten Beton von seiner Stahlbewehrung zu lösen – auch an den Stellen, die durch eingedrungenes Wasser schon angerostet waren. Und da der Druck niedrig genug war, die Zementbindung aufzulösen ohne gleichzeitig die kleine Steinchen aus dem Beton auszugraben oder zu brechen, blieben die Stahlbewehrungen zumindest teilweise im verbleibenden Beton verankert. Als dann der neue Guss Beton auf die gesäuberte Fläche aufgetragen wurde, konnte sich der neue Zement mit den ursprünglichen Steinchen verbinden. Dadurch entstand eine raue, nicht-laminare Oberfläche, die eine bessere Bindung ermöglichte, als wenn das beschädigte Material mechanisch mit einem Schleifwerkzeug entfernt worden wäre.

Gereinigte Stahlbewehrung

Abbildung 4. Stahlbewehrung – gereinigt durch einen Wasserstrahl, der den umgebenden Beton entfernt hat

An diesem Punkt hatte der Wasserstrahl noch einen zusätzlichen Vorteil: Konventionell wird ein Vorschlaghammer eingesetzt, um die beschädigte Region freizulegen. Bei dessen Benutzung jedoch wird die Stahlbewehrung in Vibration versetzt, so dass der Schaden sich über die zu reparierende Region ausbreiten kann. Der Wasserstrahl andererseits übt keine vergleichbare Kraft aus, so dass diese Sekundärbeschädigung weitestgehend ausgeschlossen wird.

Jedoch ist die Fähigkeit, nur den beschädigten Beton aufzuspüren und zu entfernen, nicht immer ein Segen. Man kann davon ausgehen, dass eine solche Brückenplatte typischerweise mehrere Zoll dick ist und dass es gleichzeitig ausreicht, wenn der Beton lediglich bis zu einem Punkt knapp unter der obersten Schicht der Stahlbewehrung entfernt wird. Sobald das beschädigte Material entfernt ist, werden der darunterliegende Zement und die gesäuberten Stahlstangen durch den neuen Zementguss verbunden. Wasserstrahlen können jedoch keine Maßstäbe ablesen. Falls die Betonplatte also tiefer beschädigt war als es dem Bauunternehmer zu Beginn der Arbeiten bewusst war, ist es durchaus schon vorgekommen, dass der Wasserstrahl den kompletten beschädigten Beton entfernte, sogar bis zum Abtragen der gesamten Plattendicke. Und das wieder zu reparieren kostet wirklich viel Zeit und Geld.

Was daher benötigt wurde war ein Werkzeug, dass zwar die Vorteile eines bereits existierenden Wasserstrahlsystems mit sich brachte, nämlich dass es den geschwächten Beton entfernte und die Stahlbewehrung ohne Vibrationen säuberte, aber gleichzeitig eine geringere Reichweite hatte, so dass man die Tiefe der Materialentfernung kontrollieren könnte.

Und aus dem ursprünglichen Konzept ergab sich noch ein weiteres Problem: Die Wasserstrahlen, die in diesem Druckbereich den beschädigten Beton gut entfernten, waren typischerweise vergleichsweise dick (um die 0,4 Zoll – ca. 1 cm). Der Beton ist jedoch mit Schmieröl und anderen Hinterlassenschaften der Gefährte belastet, die eine solche Brücke täglich nutzen. Das zur Reinigung benutzte Wasser wird damit auch verunreinigt und muss aufgefangen und behandelt werden. Da dieser Vorgang durchaus teuer werden kann, ist jede mögliche Reduzierung der Wassermenge natürlich hilfreich.

Eine Lösung für beide Probleme ist, kleinere Wasserstrahlen mit höherem Druck zu verwenden. Durch die kleinere Größe ist ihre Reichweite begrenzt und auch die benötigte Wassermenge kann bedeutend verringert werden. Es heißt aber auch, dass der Strahl nicht mehr zwischen „gutem“ und „schlechtem“ Beton unterscheiden kann. Das ist jedoch nur halb so wild, da bei der Reinigung der Stahlbewehrung genug Platz gelassen werden muss, damit die neue Zementfüllung einfach in alle Lücken eindringen und somit eine gute Bindung aufbauen kann.

Daher wird die große Mehrheit der derzeit betriebenen Werkzeuge zur Entfernung von Beton mit hohen Drücken und niedrigen Flussraten betrieben. Auf diese Weise wird das Material relativ gleichmäßig entfernt, wodurch die Kalkulation des benötigten Reparaturmaterials berechenbarer ist und die Kosten der Entsorgung der genutzten Flüssigkeit verringert werden können.

Abgetragener Werkstattboden

Abbildung 5. Abgetragener Werkstattboden – die darunterliegende raue Oberfläche ist freigelegt. Diese zusammen mit der gesäuberten Stahlbewehrung ermöglicht eine gute Bindung des Reparaturmaterials

Zudem weist das System mit dem höheren Druck noch den zufälligen Vorteil auf, dass der Rückstoß auf den Schneidkopf geringer ist, so dass die Gesamtgröße der Ausrüstung reduziert werden kann. Das macht Reparaturen auch in räumlich eher begrenzten Situationen möglich.

Wasserstrahltechnologie – Hochdruckreinigung mit Hitze

Von Dr. David A. Summers, Curators’ Professor an der Missouri University of Science & Technology

Dr. David Summers

KMT Waterjet – Wöchentlicher Wasserstrahl-Blog

Wasser wird fast überall verwendet, um Oberflächen zu reinigen. Mehrmals am Tag waschen wir unsere Hände mit fließendem Wasser und Seife. Kinderärzte empfehlen, dass Kinder während des Händewaschens einen kurzen Reim aufsagen – wie zum Beispiel den Refrain von „Happy Birthday“ – und so dem Wasser zusammen mit der Seife und der Handlung des Aneinanderreibens der Hände die Zeit geben, Verschmutzungen effektiv zu entfernen. Dadurch lernt das Kind, dass es so ungefähr 20 Sekunden dauert, bis die reinigende Wirkung eintritt. Ziel ist es dabei jedoch nicht, seine Hände in Bezug auf Keime, Viren oder andere unliebsame Dinge zu sterilisieren, sondern sicherzustellen, dass Krankheitserreger oder Schmutzpartikel physisch entfernt werden, so dass die Hände sauber sind (das unterscheidet das Händewaschen von der chemischen Reinigung, die immer beliebter wird).

Hierbei handelt es sich nicht um einen unmittelbaren Prozess, da Wasser und Seife erst in alle Riefen und Falten der Hände eindringen müssen – daher auch der Kinderreim. Grundsätzlich gilt dasselbe Prinzip auch für die Hochdruckreinigung von Oberflächen mit einem Wasserstrahl, obwohl sich das Wasser dank des hohen Drucks schneller verbreitet. Wenn man beim Autowaschen ein wasserführendes Düsenrohr verwendet, ist es daher auch ratsam, das Auto zuerst mit Reinigungsmittel zu behandeln, so dass dieses Mizellcluster um die Schmutzpartikel bilden kann. Diese können dann mit der mechanischen Energie des Wasserstrahls entfernt werden. Gibt man das Reinigungsmittel lediglich dem Hochdruckwasser im Düsenrohr bei, so hat es durch den relativ kurzen Kontakt mit der Oberfläche nicht die Zeit, sich mit dem Schmutz zu verbinden, bevor es abgespült wird. Sie müssen bedenken, dass die Strahlgeschwindigkeit mehrere 100 m/s beträgt und dass das Wasser nach dem Auftreffen nur ein paar Zentimeter auf der Oberfläche zurücklegt bis es wieder abfließt. Daher muss die Zeit, in der der Wasserstrahl tatsächlich die Oberfläche berührt, in Bruchteilen von Millisekunden gemessen werden. Für die Chemikalien bleibt somit keine Zeit zu reagieren (auf der anderen Seite hilft das natürlich, den Abflusskanal unter dem Auto überdurchschnittlich sauber zu halten).

Bei erhöhtem Wasserdruck geschieht die mechanische Entfernung von Schmutz und weiteren Partikeln von einer Oberfläche relativ schnell und effektiv. Die Fähigkeit des Wasserstrahls, in jeden Riss in der Oberfläche eindringen zu können, um diesen auszuspülen, macht ihn zu einem guten Werkzeug zur Entfernung von Schutt auf Betonplatten und bei etwas höherem Druck sogar von brüchigem Beton auf solchen Platten. Dieses Thema werde ich in meinem nächsten Beitrag wieder aufgreifen.

Die andere „Behandlung“, der wir uns beim Händewaschen unterziehen, ist die Erwärmung des Wassers. In Kombination mit Seife hilft dies bei der Entfernung von Fetten und Ölen, in denen sich die meisten Bakterien befinden. Bei der Hochdruckreinigung ist die Erwärmung jedoch im Laufe der Jahre zu einem nur selten genutzten Werkzeug geworden. Es gab eine Zeit, zu der die Dampfreinigung in Kombination mit erwärmtem Hochdruckwasser einen größeren Marktanteil hatte. Diese Methode ist etwas schwieriger in der Handhabung (die Griffe der entsprechenden Instrumente werden heiß und der Bediener braucht die passende Schutzbekleidung), doch es gibt immer noch Arbeiten, für die sie eine effektive Lösung darstellt.

Jedoch verliert Dampf nach dem Verlassen der Düse sehr schnell an Hitze und an mechanischer Energie. So verliert er zum Beispiel 30% seiner Temperatur innerhalb der ersten 30 cm nach der Düse. Heißes Sprühwasser kann daher effektiver sein – bei der Entfernung von Fetten und Ölen jedoch führt eine niedrigere Temperatur lediglich zu einem hin- und herschieben der Fettklumpen. Das kann man umgehen, indem man das Wasser auf mindestens 85° C aufheizt – ab dieser Temperatur kann die betroffene Oberfläche gründlich gereinigt werden.

Die Auswirkung von Wassertemperatur auf die Reinigung verschiedener Oberflächen mit verschiedenen Verschmutzungen

Abbildung 1. Die Auswirkung von Wassertemperatur auf die Reinigung verschiedener Oberflächen (A, B und C) mit verschiedenen Verschmutzungen

Wie bei allen Werkzeugen jedoch sollte das erhitzte Wasser nur mit dem entsprechenden Hintergrundwissen angewendet werden. Ich habe bereits erwähnt, dass ein auf ein Ziel – nehmen wir als Beispiel der Einfachheit halber einen ölverschmierten Felsblock – gerichteter Wasserstrahl bei zu niedriger Temperatur das Öl auf der Oberfläche nur hin- und herschiebt. Bei höheren Temperaturen teilt sich das Öl in kleinere Fragmente, die zwar von der Oberfläche entfernt werden können, aber natürlich dann aufgefangen werden müssen. Ansonsten ist das Problem nicht gelöst, sondern verlagert sich nur auf eine andere Ebene. Daher ist es effektiver, ein kleineres Hochdrucksystem zu nutzen, das eine geringere Strahlenergie aufweist und zusammen mit einem Vakuumsystem betrieben werden kann, das überschüssiges Wasser, Öl und Schutt sofort entfernt.

Heißes Hochdruckwasser zur Entfernung von Öl

Abbildung 2. Heißes Hochdruckwasser wird genutzt, um einen Strand nach der Exxon Valdez Ölkatastrophe zu reinigen (NOAA)

Der in Abbildung 2 gezeigte Wasserstrahl konnte das Öl zwar von einer Stelle entfernen, ohne weitere Eindämmung jedoch wurde es nur ins Wasser geschwemmt, wo es mithilfe von Ölsperren eingefangen wurde. Dieses Vorgehen ist nicht besonders wirkungsvoll, da hierbei auch viel Schlick vom Strand weggespült wurde und so das Öl in tiefere Schichten des Strands eindringen konnte, wodurch es in späteren Jahren immer wieder auftauchte und ständig für Probleme sorgte.

Es wird also ein Wasserstrahl benötigt, der genug Energie hat, das Öl von der Oberfläche zu waschen, jedoch gleichzeitig nicht genug, um das Öl weit zu tragen oder das umgebende Material zu schädigen. Das kann durch den Einsatz eines Strahls mit höherem Druck bei niedrigerer Flussrate erreicht werden. Da ein Teil des Wassers bei Austritt aus der Düse zu Dampf wird, ermittelte Short (PhD, Universität von Michigan, 1963), dass die Tröpfchengröße bei einer Wassertemperatur von über 100° C von 250 µm auf 50 µm fällt.

Natürlich wird dadurch der Wirksamkeitsradius des Strahls verringert, so dass man ein Gleichgewicht zwischen der in das Wasser eingebrachten Wärmenergie und der Düsengröße finden muss, damit der Strahl die Verschmutzungen derart entfernt, dass sie mit vernünftigem Aufwand aufgefangen werden können. Und auch an dieser Stelle erweist sich ein an der Düse angebrachtes Saugwerkzeug als Vorteil. Aufgrund der Probleme, die Öl und Fett nun mal verursachen, bedarf es bei der Konstruktion eines passenden Auffangsystems schon spezieller Sorgfalt. Und ganz nebenbei bemerkt ist es im Allgemeinen besser, dass Wasser erst zu erhitzen, nachdem es die Pumpe bereits verlassen hat, da heißes Wasser das Risiko der Kavitation an den Einlassöffnungen erhöht.

Und manchmal können die beiden Systeme auch auf geniale Weise mit einander verbunden werden. So baute zum Beispiel Bury (2nd BHRA ISJCT, Cambridge, 1974) eine unter Dampf stehende Ummantelung an ein konventionelles Strahlrohr (für einen Wassersrahl mit einem Druck von 5.000 psi bzw. 350 bar), um ausgehärteten Kunststoff aus der Verrohrung in einer Chemiefabrik zu entfernen.

Düsenrohr für eine Hochdruck-Wasserstrahl, ummantelt von einer dampfführenden Kammer

Abbildung 3. Düsenrohr für eine Hochdruck-Wasserstrahl, ummantelt von einer dampfführenden Kammer (Bury et al 2nd BHRA ISJCT, Cambridge, 1974)

Ohne die Unterstützung durch den heißen Dampf konnte der Kunststoff sogar bei höherem Wasserdruck nicht entfernt werden. Durch die Hitze wurde das Material jedoch aufgeweicht, so dass das Rohr erfolgreich gereinigt werden konnte.

Entfernung von ausgehärtetem Kunststoff mithilfe von Dampf

Abbildung 4. Hochdruckwasser allein schafft es nicht, den ausgehärteten Kunststoff zu entfernen (links). Die Konstruktion mit der Dampfkammer reinigt das Rohr sogar bei geringerem Wasserdruck (rechts). (Bury et al 2nd BHRA ISJCT, Cambridge, 1974)