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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf das Entfernen von Vergußmörtel oder Mörtel, insbesondere, aber nicht
ausschließlich,
zwischen Fliesen und Ziegeln.
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Fliesen, wie z. B. Keramikfliesen,
sind an Wänden,
Böden und
manchmal auch an Decken, z. B. in Krankenhäusern, Küchen, Badezimmern, Biologie-
und Nukleartorschungslaboratorien und Toiletten, angebracht. Feuerteste
Fliesen werden als Auskleidungen in Brennöfen, Schachtöfen und
Einäscherungsöfen verwendet.
Bei solchen gefliesten Oberflächen
wird häufig
Mörtel
zwischen die Fliesenkanten eingebracht, um die Zwischenräume abzudichten.
Eines der Probleme einer gefliesten Oberfläche besteht darin, daß Verunreinigungen
durch den porösen
Mörtel
zwischen benachbarten Fliesen eindringen bzw. aus diesem austreten
können.
Aufgrund der Porosität
des Fliesenmörtels
wird dieses Problem durch Wasser oder chemische Lösungen,
Keime und andere schädliche
Substanzen verstärkt,
die häufig in
die Hohlräume
hinter den Fliesen eindringen und das Bindemittel, das zum Anbringen
der Fliesen an dem Substrat verwendet wird, das Substrat selbst oder
sogar die Fliese korrodiert, da die Rückseite von glasierten Fliesen
häufig
unglasiert ist. Zudem besteht das Hauptproblem bei Fliesenmörtel darin,
daß dieser
mit der Zeit verunreinigt wird, sich verfärbt oder sich sogar zersetzen
kann. Der Mörtel
muß regelmäßig physikalisch
entfernt werden, was ein mühsames,
häufig
ineffektives und stets kostspieliges Unterfangen ist.
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Das Verfahren, das derzeit zum Entfernen von
Mörtel
verwendet wird, umfaßt
mechanisches Schneiden mit einem Sägeblatt oder durch mechanisches
Meißeln.
In beiden Fällen
kann das Entfernen des Mörtels
nicht gründlich
erfolgen. Zudem kann ein mechanisches Entfernen die Fliesen oft
beschädigen,
was das Verfahren durch das erforderliche Austauschen von Fliesen
stark verteuert. In manchen Fällen
kann die Beschädigung
der Fliesen relativ geringfügig
sein und nur in einem Absplittern der Glasierung bestehen. In diesem
Fall wird jedoch meist die Fliese selbst porös, was zur Aufnahme schädlicher
Substanzen führt.
Der Arbeitsbereich und die Werkzeuge, die zum Entfernen von Mörtel verwendet werden,
werden oft verunreinigt. Dies ist besonders unerwünscht, wenn
eine radioaktive und/oder biologische Verunreinigung vorliegt.
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Ähnlich
kann es bei Bauarbeiten, wie bei der Wartung, Renovierung, beim
Umbau und bei Erweiterungen von Gebäuden und zivilen Einrichtungen erforderlich
sein, Mörtel
zwischen Bausteinen, wie Ziegeln, Steinblöcken, Zementfliesen, Steinfliesen und
Fliesen mit einem metallischen Überzug,
zu entfernen und vollständig
oder teilweise zu ersetzen. Das Entfernen von Mörtel erfolgt derzeit mit mechanischen
Sägeblättern, Druckluftmeißeln oder
Handmeißeln.
Bei diesen Vorgängen
wird zusätzlich
zur Staubbildung erheblicher Lärm
verursacht. Die durch Lärm
verursachte Umweltbelastung kann verstärkt und zu vielen Teilen eines
Gebäudes übertragen
werden, die von der Stelle, an der die Arbeiten durchgeführt werden,
entfernt sind, was den Menschen in dem Gebäude Unannehmlichkeiten verursacht
und sich auf die darin normalerweise durchgeführte Arbeit auswirkt.
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Zudem können, wie im Falle von Mörtel zwischen
Fliesen, mechanische Mittel zum Entfernen von Mörtel manchmal Schäden an den
Kanten der Bausteine verursachen, was dann besonders schädlich ist,
wenn das Material Marmor oder Granit ist und aus ästhetischen
Gründen
verwendet wird, und für die
Arbeiter, welche die Arbeiten durchführen, sehr ermüdend und
unangenehm ist.
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Die EP-A-0653762 beschreibt die Verwendung
von Lasern zum großflächigen Entfernen
von verunreinigten Materialien, wie z. B. Beton; sie befaßt sich
jedoch nicht mit dem Problem der Materialentfernung aus schmalen
Zwischenräumen,
die durch Objekte definiert sind, welche ihrerseits leicht beschädigt werden
können.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird ein Verfahren zum Entfernen von Mörtel aus Zwischenräumen zwischen
nebeneinander angeordneten Objekten, einschließlich glasierter Fliesen, Ziegeln
oder Bausteinen, bereitgestellt, wobei das Verfahren die folgenden
Schritte umfaßt:
Richten des Strahls einer Laservorrichtung auf den Mörtel; Erzeugen
einer gegenseitigen Relativbewegung zwischen dem Laserstrahl und
dem Mörtel;
Bereitstellen von Entfernungsmitteln für Schutt, der von der Mörtelentfernung
herrührt,
und Einhalten einer Abmessung für
die Größe des Laserstrahl-Lichtpunktes, die
geringer als die Breite des Mörtels
zwischen den dicht nebeneinander angeordneten Objekten ist.
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In der vorliegenden Beschreibung
ist unter dem Begriff „Mörtel" auch Mörtel oder
jedes andere ähnliche
Material zu verstehen, das z. B. zum Trennen, Verbinden, Abgrenzen
oder Einfüllen
zwischen Fugen, Verbindungsstellen oder Grenzflächen zwischen Objekten verwendet
wird.
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Die Objekte können Keramikfliesen und/oder feuerfeste
Fliesen, Bausteine, wie z. B. Ziegel, Steinblöcke, Verkleidungen, Marmorfliesen
oder -platten sein.
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Die Laservorrichtung kann eine tragbare
Einheit sein, die zum Transport zu und zum Rücktransport von Orten geeignet
ist, an denen ein Entfernen von Mörtel erforderlich ist.
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Der Laserstrahl kann vorzugsweise
eine Wellenlänge
im Bereich von 0,4 μm
bis 10,6 μm
aufweisen. Besonders bevorzugt kann die Wellenlänge im Bereich von 0,4 μm bis 1,2 μm liegen.
Die Größe des Laserstrahl-Lichtpunktes
kann der Breite der Mörtelfüllung entsprechen
oder kleiner als die Breite der Mörtelfüllung sein.
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Die Verwendung eines berührungslosen
Verfahrens zum Entfernen von Mörtel
mittels Laser führt zu
einem Entfernen von Mörtel,
das sowohl effizienter ist als auch keinen Schaden an den Fliesen
verursacht und eine daraus folgende Verunreinigung des Arbeitsbereiches
minimiert.
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Der Laserstrahl wird vorzugsweise
mittels Lichtleitfaser zum Mörtel übertragen,
da solche Fasern leicht zu handhaben und zu manipulieren sind. Nd-YAG-
und Halbleiterlaser sind Beispiele für Laser, die zusammen mit Lichtleitfasern
eingesetzt werden können.
Die Verwendung einer Laserwellenlänge im Bereich von 0,4 μm bis 1,2 μm hat den
doppelten Vorteil, daß ein
Laserstrahl in diesem Wellenlängenbereich über Lichtleitfasern übertragen
werden kann und auch, daß die
Laserstrahlenergie relativ wirksam von dem optisch dunkleren Mörtel absorbiert
wird, während
sie von den optisch helleren glasierten Fliesen reflektiert wird,
so daß die
Fliesen nicht durch das Verfahren beschädigt werden.
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Wenn Lichtleitfasern zur Übertragung
des Laserstrahls zum Mörtel
verwendet werden, kann der Laserstrahl nach dem Austreten aus der
Lichtleitfaser kollimiert und fokussiert oder defokussiert werden,
um eine Steuerung der Punktgröße auf der
Mörtel-Arbeitsfläche zu ermöglichen.
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Eine weitere Art von Laser, die besonders
für die
Durchführung
des Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung geeignet sein kann, ist ein Dioden-gepumpter Faserlaser.
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Das Fokussieren kann durch eine Linse
oder einen gekrümmten
Spiegel erfolgen, und die Lichtpunktgröße kann wünschenswerterweise etwa ¾ der Breite
des Mörtels
betragen.
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Beispielsweise kann ein gepulster
Laserstrahl mit einer Energie von 1 bis 10 J/Impuls, einer Impulsbreite
von 1 bis 20 ms und einer Lichtpunktgröße von 1 bis 8 mm verwendet
werden. Die genauen Parameter hängen
unter anderem von Breite, Volumen und Tiefe des zu entfernenden
Mörtels
pro Längeneinheit,
der gewünschten
Entfernungsrate und dem Mörtelmaterial
ab.
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Alternativ kann ein Dauerstrichlaser
verwendet werden, wobei die mittlere Leistung dann bei mehr als
50 W liegen sollte.
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Die physikalischen Eigenschaften
und Materialeigenschaften des zu entfernenden Mörtels bestimmen die erforderliche
Leistung, doch im allgemeinen kann je nach Betriebsmodus eine Leistungsdichte
im Bereich von 50 W/cm2 bis 10 MW/cm2 eingesetzt werden.
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Wenn Laserstrahlen mit längeren Wellenlängen eingesetzt
werden, kann die Zuführung
eher über
ein Spiegelsystem als mittels Lichtleitfaser erfolgen.
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Wird ein Arbeitslaser mit einem Infrarotstrahl verwendet,
z. B. Nd-YAG- und GaAlAs-Diodenlaser, so kann beispielsweise ein
sichtbarer Ziellaserstrahl mit niedriger Leistung, wie z. B. der
eines HeNe-Lasers
oder eines sichtbaren Halbleiterlasers mit einer niedrigen Leistung
von etwa 0,5 mW bis 3 mW, koaxial zum Arbeitslaser, der eine deutlich
höhere
Leistung aufweist, eingesetzt werden, um die Positionierung des
Punktes des Arbeitslaserstrahls zu unterstützen. Eine solche Anordnung
ist bei kommerziellen Hochleistungslasern üblich.
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Der Laserstrahl kann von Hand oder
automatisch gerichtet und betrieben werden. Wenn eine automatische
oder halbautomatische Verarbeitung verwendet wird, kann das Handhabungssystem
ein mechanisches Folgen, eine Erfassung der Lage und des Verlaufs
des Mörtels
per Sensor/Kamera zur Führung
der Systempositionierung und/oder ein Robotiksystem umfassen.
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Aufgrund der reflektiven Eigenschaften,
z. B. von glasierten Fliesen oder Marmor, und der Tatsache, daß ein solcher
Vorgang zum Entfernen von Mörtel
oft in einer abgeschlossenen Umgebung erfolgt, ist es wichtig, daß die Kontrolle
des Laserstrahls ständig
ausgeübt
wird, insbesondere wenn in der Umgebung Menschen anwesend sind.
Um ein versehentliches Austreten des Laserstrahls durch Reflexion
zu verhindern, kann ein Schutzgehäuse eingesetzt werden, das
den begrenzten Bereich umgibt, in dem der Laserstrahl arbeitet.
Das Schutzgehäuse
kann z. B. eine kastenartige Einheit umfassen, die eine offene Fläche aufweist,
welche der Oberfläche,
an der Mörtel
entfernt werden soll, zugewandt ist, wobei die der offenen Fläche gegenüberliegende Fläche abgeschlossen
ist, um eine Reflexion durch Absorption zu verhindern, und diese
Fläche
die Laserbearbeitungsoptik umgibt. Das Gehäuse kann aus einem optisch
durchlässigen
oder teildurchlässigen Material
gefertigt sein, das für
die Arbeitslaser-Wellenlänge
undurchlässig
ist, und/oder kann sogar mit einem optisch durchlässigen Fenster
versehen sein. Das offene Ende des Gehäuses kann mit Schaltmitteln
versehen sein, die einen Einsatz des Laserstrahls nur dann zulassen,
wenn das Gehäuse
an der zu behandelnden Oberfläche
anliegt. Solche Schaltmittel können
Führungsrollenschalter
umfassen, die es gestatten, das Gehäuse über die mit dem Laser zu behandelnde
Oberfläche
zu verfahren. Das Material des Gehäuses kann es gestatten, daß ein Positionierlaser
mit niedriger Leistung, wie er zuvor beschrieben wurde, von einem
Operateur beobachtet wird, verhindert aber die Übertragung der Wellenlänge des
Arbeitslaserstrahls. Das Gehäuse
kann mit Mitteln zum Abziehen von Dämpfen und Schutt, die durch
das Entfernen von Mörtel
verursacht werden, versehen sein. Solche Mittel können Mittel
zum Abziehen durch Saugen umfassen und eine geeignete Leitung innerhalb
des Gehäuses
enthalten, die nahe der Arbeitsfläche, an der der Laser auftrifft,
eine Abzugsöffnung
aufweist, um dabei entstehenden Schutt direkt aufzusaugen. Die untere
Fläche
des Gehäuses kann
mit einem abdichtenden Rand versehen sein, der in Streichkontakt
mit der Werkstückfläche steht, um
ein übermäßiges Austreten
von Schutt zu verhindern.
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Der Laser kann mit einer koaxial
zum Laserstrahl verlaufenden Düse
zum Durchleiten von Gas durch diesen versehen sein, um eine Verschmutzung der
Laseroptik durch Rückstreuung
von Schutt und Dämpfen
zu verhindern. Solche Gase können
z. B. Druckluft, Stickstoff, Argon und Helium umfassen. Die Düse kann
zusätzlich
dazu verwendet werden, einen Gasstrahl mit relativ hoher Geschwindigkeit und/oder
hohem Druck bereitzustellen, der an der Arbeitsstelle auf dem Mörtel auftrifft,
um das
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Entfernen von Schutt zu unterstützen. Alternativ
kann eine separate Gasstrahldüse
in dem Gehäuse
vorgesehen sein und einen Auftreffpunkt haben, der mit dem Laserarbeitspunkt
zusammenfällt.
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In der gleichzeitig anhängigen europäischen Patentanmeldung
mit der Veröffentlichungsnummer 0
653 762 ist ein Verfahren zur Behandlung, beispielsweise einer Betonoberfläche, beschrieben,
bei dem die Oberfläche
mit einem Hochleistungslaser unter bestimmten Bedingungen behandelt
wird, um zu bewirken, daß die
Oberflächenschicht
eines wasserbindenden Materials, wie Zement, entweder in kleinen
Stücken
absplittert oder sich durch die Bildung eines Wärmewirkungsbereiches und das
damit verbundene Aufbrechen sogenannter hydraulischer Bindungen
und die dadurch verursachte Dehydrierung relativ großflächig ablöst. Die
Dehydrierung besteht nicht nur im Abziehen freien Wassers, das in physikalischem
Kontakt mit dem Mörtel
stehen kann, sondern auch in der Freisetzung gebundenen Hydrierungswassers
in der chemischen Struktur des Materials. Bei der vorliegenden Erfindung
handelt es sich bei dem Mörtel
meist um polymere oder um wasserbindende Materialien. Durch die
Absorption der Laserstrahlenergie erhöht sich die Temperatur des Mörtels. Bei
relativ niedrigen Temperaturen beginnt die Zersetzung organischer
Verbindungen, und Wasser verdampft sehr schnell, was interne Druckwellen im
Mörtel
verursacht; die Kombination dieser beiden Effekte führt, zusammen
mit hohen Wärmebeanspruchungsgradienten
aufgrund geringer Wärmeleitfähigkeit,
zu einem raschen Anstieg der inneren Spannung und des inneren Drucks
in dem Mörtel,
was dessen Entfernen bewirkt. Die Lasererwärmung ist zudem uneinheitlich
und verursacht örtliche
Explosionen oder Risse, die zum Entfernen des Mörtels führen. Weitere zusätzliche
Spannungen, die ein Entfernen des Mörtels unterstützen, können durch
eine thermische Zersetzung anorganischer Bestandteile des Mörtels verursacht
sein.
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Die Entfernungsrate des Mörtels kann
durch Befeuchten des Mörtels
vor der Laserbehandlung verbessert werden, so daß er Wasser absorbiert, um den
Grad der Dampfbildung und die innere Spannung im Mörtel zu
erhöhen.
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Wird ein Dauerstrichlaser verwendet,
so entspricht der Mechanismus der Mörtelentfernung dem mit einem
gepulsten Laser, wobei jedoch mehr ausgeworfenes Material geschmolzen
wird und organische Bestandteile teilweise verbrannt werden.
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Ein besonderer Vorteil des Verfahrens
gemäß der vorliegenden
Erfindung besteht darin, daß aufgrund
der bei dem Verfahren erreichten, relativ hohen Temperaturen eine
Sterilisation der Materialien nahe dem Mörtelbereich erreicht wird,
was im besonderen Fall von Bedeutung sein kann, daß eine Wandverschalung,
z. B. in einem Krankenhaus oder in einem Labor, Fliesen umfaßt. Wenn
es sich bei dem Mörtel
um Mörtel
zwischen Bausteinen handelt, kann der Staub bequem gesammelt werden,
da der Punkt der Wechselwirkung nur etwa 2 bis 8 mm, und nicht,
wie z. B. bei kreisförmigen
mechanischen Schneidmessern oder Meißeln, 100 bis 300 mm, beträgt. Ein
weiterer besonderer Vorteil ist die Verringerung von Lärm und Staub,
was deutliche Vorteile für die
Umwelt mit sich bringt.
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Zudem ist das Verfahren ein berührungsloses
Verfahren, und der Operateur muß keine
Kraft aufbringen. Somit ist gegenüber mechanischen Verfahren
zum Entfernen von Mörtel
die menschliche Ermüdung
deutlich verringert. Das berührungslose
Wesen des Verfahrens vereinfacht auch die Anforderungen an Manipulatoren
oder Roboterarme, die bei automatisierten Systemen zum Einsatz kommen.
Eine Beschädigung
von Bausteinen und des Substrates kann aufgrund der höheren Steuerbarkeit
des Verfahrens und der deutlich geringeren mechanischen Beanspruchungen
ebenfalls minimiert oder vermieden werden.
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In der gleichzeitig anhängigen Internationalen
Patentanmeldung Nr. WO 95/22149 ist ein Verfahren zur Bildung einer
Beschichtung, z. B. an einer Wand, beschrieben. Das Verfahren umfaßt das Füllen von
Zwischenräumen
zwischen Fliesen mit einem verglasbaren Mörtelmaterial, das Erwärmen des Mörtels, z.
B. mit einem Laserstrahl, um eine Verglasung zu bewirken, und das
Zusammenschweißen der
Fliesen. Die vorliegende Erfindung kann zum Entfernen von altem
Mörtel
verwendet werden, der wie in der WO 95/22149 ausgetauscht und behandelt
wird.
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Damit die vorliegende Erfindung noch
besser verständlich
ist, werden nun lediglich zur Veranschaulichung dienende Beispiele
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
allgemeine, schematische Perspektivdarstellung einer gefliesten
Fläche
mit Mörtel zwischen
den Fliesen;
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2 einen
schematischen Querschnitt durch einen Laserkopf und ein Gehäuse, wie
sie bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung eingesetzt
werden, und
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3 eine
schematische Darstellung einer ähnlichen
Vorrichtung, wie der in 2 gezeigten, zur
Verwendung bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung.
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Es sei nun auf die Zeichnungen Bezug
genommen, in denen dieselben Merkmale mit gemeinsamen Bezugszeichen
bezeichnet sind.
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In 1 ist
ein kleiner, vier Fliesen 12 großer Ausschnitt 10 aus
einer deutlich größeren (nicht
dargestellten) Fläche
gezeigt. Jede Fliese 12 ist durch einen mit Mörtel 14 gefüllten Spalt
getrennt. Ein Laserstrahl 16 ist so eingestellt, daß sein Punkt 18 im wesentlichen
vollständig
auf dem Mörtel 14 liegt. 2 zeigt einen schematischen
Querschnitt durch eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die Anordnung umfaßt
den Laserstrahl 16 einer mit 17 bezeichneten Laservorrichtung,
der auf eine Fokussierlinse 20 (oder mehrere Linsen) auftrifft,
um den gewünschten Laserlichtpunkt 18 auf
dem Mörtel 14 zu
bilden. Der zu behandelnde Bereich des Mörtels wird durch ein Gehäuse 22 abgedeckt,
die zumindest eine Fläche oder
ein Fenster 23 aufweist, das aus optisch durchlässigem Material
gefertigt, aber für
die jeweils verwendete Laserwellenlänge undurchlässig ist.
Das Gehäuse 22 ist
mit Führungsrollen-Endlagenschaltern 24 versehen,
die ein einfaches Verschieben über die
Oberfläche
zulassen, derart, daß der
Laser nicht betrieben werden kann, bevor die Schalter 24 nicht
in Kontakt mit der Oberfläche
der Fliesen 12 stehen. Das Gehäuse 22 steht dichtend,
aber beweglich, in Eingriff mit einem Schutzrohr 26, das
eine Düse 28 und
einen Gaseinlaß 30 aufweist.
Unreaktives Gas wird in den Gaseinlaß 30 gepumpt, um aus
der Düse 28 auszutreten
und zu verhindern, daß die
Fokussierlinse 20 durch rückgestreuten Schutt und Dämpfe verunreinigt
wird. Zudem richtet die Düse 28 den Gasstrom
auch auf den Arbeitsbereich, der mit dem Laserlichtpunkt 18 zusammenfällt, um
das Entfernen von Schutt aus dem Mörtel 14 zu unterstützen. Alternativ
kann eine getrennte Gasstrahldüse
vorgesehen sein, um zu bewirken, daß ein Gasstrahl auf den Laserpunkt-Arbeitsbereich 18 auftrifft,
um das Entfernen von Schutt zu unterstützen. Der Gasstrom 30 zum
Verhindern einer Verunreinigung der Linse 20 wird allgemein
jedoch beibehalten. Das Gehäuse 22 ist
ebenfalls mit einer Gasabzugsöffnung 32 versehen,
die in Wirkverbindung mit einem Vakuumabzugssystem zum Entfernen
von Dämpfen
und Schutt aus einer Saugöffnung
benachbart dem Arbeitsbereich steht. Es können auch mehr als ein Saugrohr, ein
Saugschlitz und eine Saugöffnung
vorgesehen sein. Eine offene Fläche 34 des
Gehäuses 22 ist durch
die Führungsrollen-Endlagenschalter 24 so von
der gefliesten Oberfläche
beabstandet, daß ein resultierender
Luftstrom durch die offene Fläche
des Gehäuses
angesaugt und über
den Schlitz 32 und/oder einen anderen Schlitz abgezogen
wird, wodurch ein Austreten von Dämpfen und Verunreinigungen
in die Umwelt verhindert wird. Das Gehäuse 22 kann mit einem
biegsamen, streichenden Abdichtungsrand versehen sein, um das Austreten
von Schutt weiter zu minimieren. Wenn gleich 2 zeigt, daß ein Laserstrahl 16 auf
die Fokussierungslinse 20 auftrifft, so kann diese doch
durch eine Lichtleitfaser ersetzt werden, wie dies nachfolgend unter Bezugnahme
auf 3 angegeben ist.
Die gesamte Anordnung 40 kann an einem Manipulator, wie
z. B. einem Roboterarm, angebracht sein, der schematisch durch eine
Befestigung 36 an dem Gehäuse 22 angedeutet
ist, um die Anordnung 40 in einer vorbestimmten Weise zu
bewegen, so daß sie
den Mörtellinien 14 folgt.
Der Roboterarm 36 kann mit geeigneten Sensormitteln versehen
sein, um den Mörtellinien dort
zu folgen, wo sie z. B. möglicherweise
unregelmäßig oder
gekrümmt
sind. Alternativ kann die Anordnung 40 von einem (nicht
gezeigten) entsprechend geschützten
Operateur manuell bewegt werden. Der Lasergenerator 17 kann
seinerseits auf einem (nicht dargestellten) Fahrtisch montiert sein.
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3 zeigt
eine ähnliche
Anordnung wie 2, aber
mit einer in dem Abschirmrohr 26 eingeschlossenen Halteanordnung 50 für eine Linse 20 und
mit der Linse 20 in der Linsenhalteanordnung 50 sowie
mit einer Faseroptik 52 Laserstrahlzuführung von der entfernt angeordneten
Laservorrichtung 17. Damit ist die Handhabung der Anordnung 40 durch eine
verringerte Masse und Größe erleichtert.
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Bei Betrieb können die in den 2 und 3 gezeigten Anordnungen gemäß dem folgenden
Verfahren verwendet werden: Die Laservorrichtung 17 wird
eingeschaltet und über
einen sichtbaren Ziellaser, wie z. B. einen HeNe-Laser 60,
der durch einen Teiler 62 einen koaxialen Strahl 64 liefert,
auf den Mörtel 14 gerichtet,
und der Abstand zwischen dem Laserbehandlungskopf mit der Fokussierlinse 20 und der
Gasdüse
wird so eingestellt, daß eine
geeignete Lichtpunktgröße erhalten
wird. Die Gaszufuhr zum Schlitz 30 und das Abzugssystem
des Schlitzes 32 werden eingeschaltet, und der Operateur
kann bei manueller Betätigung
bei Bedarf geeignete Schutzkleidung, Augenschutz und Atemgerät anlegen.
Der Arbeitslaser kann durch Öffnen
einer (nicht gezeigten) Laserblende über einen Handschalter (bei
manueller Betätigung)
betätigt
werden, wobei der Schalter nicht betätigbar ist, wenn die Führungsrollen-Endlagenschalter 24 nicht
in Kontakt mit der Fliesenoberfläche 12 stehen.
Je nach Mörtelabtragungsrate
an einer beliebigen Position kann der Wechselwirkungspunkt zwischen
Strahl/Mörtel
mit einer geeigneten Geschwindigkeit verschoben werden.
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Da der Laserstrahl eine gut definierte
Energieverteilung aufweist und der Schmelzpunkt der Fliesen oder
Bausteine deutlich höher
liegt, als die Temperatur, die erforderlich ist, um eine Zersetzung des
Mörtels
zu erreichen, verursacht die Verwendung eines Laserstrahls im Gegensatz
zu den bekannten mechanischen Mörtelabtragungsverfahren
eine minimale Beschädigung
der Fliesen oder Bausteine.
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Im besonderen Fall von Mörtel, der
allgemein zwischen strukturellen Bausteinen eingesetzt wird und
allgemein ein wasserbindendes Material ist, können die Objekte 12 in 1 als strukturelle Bausteine,
wie Ziegel, betrachtet werden. Bei niedrigen Leistungsdichten von
weniger als etwa 150 W/cm2 wird das Mörtelmaterial
erwärmt,
aber nicht zum Schmelzen gebracht, wenn in dem Mörtel; vornehmlich durch Dehydrierung
des gebundenen Hydrierungswassers in der Mörtelstruktur, Wärmespannungen
erzeugt werden, wodurch Risse und Zersetzung verursacht werden.
Das gelöste
Material kann dann, z. B. mittels Saug- und/oder Druckluft, abgezogen
werden, wobei die Druckluft verwendet wird, um das Entfernen teilweise
abgelöster
Teilchen zu unterstützen. Bei
mittleren Leistungsdichten von etwa 150 bis 800 W/cm3 breitet
sich die Feuchtigkeit in dem Mörtel während der
thermischen Dehydrierung des gebundenen Wassers der Hydrierung explosionsartig
aus, was eher ein Ablösen
von Mörtelteilen
als von Staub von der Oberfläche
verursacht. In diesem Modus entsteht sehr geringer Schaden durch
Wärme,
z. B. durch Schmelzen. Bei höheren
Leistungsdichten von bis zu etwa 10000 W/cm2 schmilzt
und verdampft der Mörtel,
wobei unter der schmelzflüssigen
Oberfläche oft
ein Wärmewirkungsbereich
erzeugt wird. Bei sehr hohen Leistungsdichten von mehr als 10000
W/cm2, wobei häufig im gepulsten Laser-Modus
gearbeitet wird, ist die Interaktionszeit zwischen Strahl und Material
sehr kurz, wodurch die Wärmeeindringtiefe (proportional
zur Quadratwurzel der Interaktionszeit) klein ist. Dabei wird ein
kleiner Teil der Oberfläche verdampft
und eine Stoßwelle
erzeugt, die einen Bruch des darunterliegenden Materials verursacht, wodurch
ein Entfernen des Mörtels
einfach durch Bruch und anschließendes Abziehen ermöglicht wird. Bei
diesem Modus wird ein sehr kleiner Wärmewirkungsbereich erzeugt.