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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entfernen von Gießkernrückständen aus einem Kanal eines Gussteils, umfassend ein in eine Öffnung des Gussteils einführbares Strahlrohr, das einen Strahlkanal umgibt und an seinem Ende eine über den Strahlkanal gespeiste Düsenöffnung aufweist, deren Strahlachse im Gebrauch mit der Längsachse des Strahlkanals einen Winkel < 180° einschließt.
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Vorrichtungen dieser Art werden beim Entkernen von Gussteilen benötigt, in denen durch Gießkerne im Inneren des Gussteils liegende Kanäle ausgebildet sind. Die Gießkerne bestehen dabei in der Regel aus einem Formstoff, der aus einem Formsand, einem Binder und optional zur Einstellung bestimmter Eigenschaften des Formstoffs zugegebenen Additiven gemischt ist. Der durch Begasung mit einem Reaktionsgas oder Wärmezufuhr aushärtende Binder ist dabei in der Regel so gewählt, dass er im ausgehärteten Zustand den Formstoff zumindest so lange in der jeweils vorgegebenen Form des Gießkerns hält, bis er durch die Einwirkung von Hitze, die beim Erstarren des Gusswerkstoffs, aus dem das jeweilige Gussteil gegossen wird, auftretenden Spannungen oder durch mechanische Bearbeitung des Gussteils seine Binderwirkung verliert und der Gießkern in kleinere Bruchstücke und feine Formsandpartikel zerfällt.
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Unter optimalen Bedingungen sind die zurückbleibenden Bruchstücke und Partikel so klein, dass sie, gegebenenfalls unterstützt durch eine entsprechende Bewegung oder Ausrichtung des Gussteils, selbsttätig in Folge der Schwerkraftwirkung aus dem Gussteil ausrieseln. Bei eng begrenzten Kanälen mit kleinen Öffnungsquerschnitten kann es jedoch dazu kommen, dass größere Gießkernbruchstücke den Kanal verstopfen oder Sandpartikel im Kanal verkleben. Um sicherzustellen, dass auch in solchen Fällen beim fertig bearbeiteten Gussteil der Kanal frei durchgängig ist, wird üblicherweise mit Hilfe einer Vorrichtung der hier in Rede stehenden Art ein Partikelstrahl durch den freizulegenden Kanal gerichtet. Die mit hoher kinetischer Energie auftreffenden Partikel des Partikelstrahls zerkleinern die gegebenenfalls den Kanal verstopfenden Gießkernrückstände und treiben sie aus dem Kanal aus. Als Partikel für diese Strahlbearbeitung werden in der Praxis feinkörnige Sande, Eispartikel, Gusssplitter, Zunderpartikel und desgleichen eingesetzt.
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Um Gießkernrückstände aus innenliegenden Kanälen eines Gussteils zu entfernen, werden üblicherweise Düsenköpfe verwendet, die am einen Ende eines geradlinig ausgebildeten Strahlrohr befestigt sind und eine Düsenöffnung aufweisen, die an einer Seitenfläche des Düsenkopfs ausgebildet ist. Der aus dem Düsenkopf austretende Partikelstrahl ist dementsprechend in Bezug auf die Längsachse des Strahlrohrs radial ausgerichtet, so dass seine Strahlachse mit der Längsachse des Strahlrohrs einen Winkel einschließt. Indem das Strahlrohr mit dem Düsenkopf in einen linear verlaufenden, den zu reinigenden innenliegenden Kanal schneidenden Zugangskanal geschoben wird, kann so der Partikelstrahl direkt in den zu reinigenden Kanal geleitet werden. In der Praxis zeigt sich allerdings, dass Düsenköpfe dieser Art einem erheblichen Verschleiß ausgesetzt sind, da es in dem Bereich des Düsenkopfs, in dem der Partikelstrahl in die Strahlrichtung umgelenkt wird, einer erheblichen abrasiven Belastung ausgesetzt ist.
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Ein Düsenkopf, der dieses Problem beheben soll, ist aus der
DD 282 414 A5 bekannt. Dieser Düsenkopf weist an seiner einen Stirnseite einen Schraubanschluss zum Anschrauben an ein das jeweilige Strahlmittel führendes Strahlrohr und an seiner gegenüberliegenden Stirnseite eine Düsenöffnung auf, die über einen Düsenkanal mit dem Schraubanschluss verbunden ist. Der Düsenkanal ist dabei so ausgebildet, dass im Gebrauch ein konzentrierter Partikelstrahl aus der Düsenöffnung austritt, deren Strahlrichtung koaxial zur Längsachse des Strahlrohrs ausgerichtet ist, an der der Düsenkopf befestigt ist. An dem Düsenkopf ist zusätzlich mittels eines Halters ein Umlenkblech befestigt, das vor der Düsenöffnung positioniert ist und dessen der Düsenöffnung zugewandte, ebene Aufprallfläche unter einem vorgegebenen, insbesondere 45° betragenden Winkel in Bezug auf die Strahlrichtung der Düsenöffnung ausgerichtet ist. Der aus der Düsenöffnung austretende Partikelstrahl trifft dementsprechend auf die Aufprallfläche des Umlenkblechs und wird entsprechend dessen winkliger Anordnung umgelenkt. Der Vorteil dieser Ausgestaltung wird darin gesehen, dass die Umlenkung des Partikelstrahls nicht mehr in dem Düsenkopf selbst, sondern an einem außerhalb angeordneten Bauelement erfolgt.
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Praktische Erfahrungen zeigen allerdings, dass sowohl die konventionellen Düsenköpfe mit an ihren Seitenflächen ausgebildeten Düsenöffnungen als auch Düsenköpfe der voranstehend erläuterten Art jeweils nur Partikelstrahlen ausbringen, die bei engen innenliegenden Kanälen von Gussteilen nur unzureichende Reinigungsergebnisse erzielen. Dies gilt insbesondere dann, wenn diese Kanäle nur einen geringen Öffnungsquerschnitt aufweisen und sich in den Kanälen so genannte ”Vererzungen” gebildet haben. Vererzungen entstehen insbesondere beim Eisen- und Stahlguss in Folge einer chemischen Reaktion des Formstoffs, aus dem die die jeweiligen Kanäle im Gussteil abbildenden Gießkerne hergestellt sind, mit dem Gusswerkstoff, aus dem das Gussteil gegossen wird. Sie äußern sich in einer fest am Gussstück haftenden Schicht aus aufgeschmolzenem Sand.
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Vor dem Hintergrund des voranstehend erläuterten Standes der Technik bestand die Aufgabe, eine Vorrichtung bereitzustellen, mit der auch in eng begrenzten, innenliegenden Kanälen sitzende und dort festhaftende Gießkernrückstände betriebssicher entfernt werden können.
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Die Erfindung hat diese Aufgabe durch eine gemäß Anspruch 1 ausgebildete Vorrichtung gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend wie der allgemeine Erfindungsgedanke im Einzelnen erläutert.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Entfernen von Gießkernrückständen aus einem Kanal eines Gussteils umfasst dementsprechend in Übereinstimmung mit dem eingangs erläuterten Stand der Technik ein in eine Öffnung des zu reinigenden Gussteils einführbares Strahlrohr, das einen Strahlkanal umgibt und an seinem Ende eine über den Strahlkanal gespeiste Düsenöffnung aufweist, deren Strahlachse im Gebrauch mit der Längsachse des Strahlkanals einen Winkel < 180° einschließt.
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Erfindungsgemäß ist nun die Düsenöffnung an der Stirnseite eines linear verlaufenden, an den Strahlkanal angeschlossenen Strahlkanalabschnitts gebildet, dessen Längsachse koaxial zur Strahlachse ausgerichtet ist.
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Bei einer erfindungsgemäßen Strahlvorrichtung durchläuft der Partikelstrahl vor seinem Austritt aus der jeweiligen Düsenöffnung somit einen gerade geformten Kanalabschnitt, der in Bezug auf den Strahlkanal, über den der Partikelstrahl durch das Strahlrohr zugeführt wird, unter einem Winkel, also mit einer in radialer Richtung gerichteten Richtungskomponente ausgerichtet ist. Versuche haben hier gezeigt, dass es durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Strahlkanalabschnitt zu einer deutlichen Konzentration des die Vorrichtung verlassenden Partikelstrahls selbst dann kommt, wenn der in radialer Richtung von dem Strahlrohr abstehende Strahlkanalabschnitt nur sehr kurz ist und die Düsenöffnung durch nichts anderes gebildet ist als durch die stirnseitige Kanalöffnung, deren Öffnungsquerschnitt dem konstanten Querschnitt des Strahlkanalabschnitts entspricht. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist somit mit denkbar einfachen Mitteln dazu ertüchtigt, in einen innenliegenden Kanal eines Gussteils einen hochkonzentrierten Partikelstrahl zu richten. Aufgrund seiner hohen Konzentration weist dieser Partikelstrahl beim Auftreffen auf den jeweils zu entfernenden Gießkernrückstand eine so hohe kinetische Energie auf, dass auch hartnäckig festsitzende Vererzungen oder andere an den Kanalinnenflächen sitzende Ansinterungen sowie den Kanal ebenso verstopfende Bruchstücke des Gießkerns sicher zerstört und abgetragen werden.
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Die winklige Anordnung des erfindungsgemäß vor die Düsenöffnung gesetzten linear verlaufenden Strahlkanalabschnitts kann jeweils so gewählt werden, wie dies die jeweilige Ausrichtung des zu reinigenden Kanals im Gussteil erfordert. Für viele praktische Anwendungen geeignet ist dabei eine Ausrichtung, bei der die Strahlachse der Düsenöffnung – und damit einhergehend die Längsachse des erfindungsgemäß ihr vorgeordneten Strahlkanalabschnitts – mit der Längsachse des Strahlrohrs einen Winkel von 90° einschließt.
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Grundsätzlich ist es denkbar, den erfindungsgemäß zwischen dem Strahlkanal des Strahlrohrs und der Düsenöffnung, über die der Partikelstrahl aus dem Strahlrohr austritt, vorgesehenen linear verlaufenden Strahlkanalabschnitt in einen Düsenkopf einzuformen, der am freien Ende des Strahlrohrs befestigt ist. Alternativ ist es jedoch auch möglich, den Strahlkanalabschnitt in einem Rohrabschnitt auszubilden, der an dem Strahlrohr befestigt ist. Diese Ausgestaltung hat nicht nur den Vorteil, dass sie kostengünstig realisiert werden kann, sondern bietet auch die Möglichkeit, für die Herstellung des Strahlkanalabschnitts Materialien zu verwenden, die an die sich im praktischen Gebrauch jeweils stellenden Anforderungen optimal angepasst sind.
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Eine besonders einfache Ausgestaltung ergibt sich dabei dann, wenn das Strahlrohr und das Rohr, in dem der erfindungsgemäß vorgesehene Strahlkanalabschnitt ausgebildet ist, stoffschlüssig miteinander verbunden, d. h. miteinander verschweißt oder verlötet, insbesondere hartverlötet, sind.
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Strömungsverluste und Verschleißbelastungen im Bereich des Übergangs vom Strahlkanal des Strahlrohrs in den erfindungsgemäß vorgesehenen linear verlaufenden Strahlkanalabschnitt können dadurch gemindert werden, dass der Strahlkanalabschnitt in einem bogenförmigen Übergangskanalabschnitt in den Strahlkanal des Strahlrohrs übergeht. Auch der Kanalbogen kann dabei durch einen Rohrabschnitt gebildet sein, der beispielsweise in einem Stück mit dem gerade verlaufenden Rohrabschnitt geformt ist, der den erfindungsgemäß vorgesehenen Strahlkanalabschnitt umgrenzt.
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Um die Standzeit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zu optimieren, kann es zweckmäßig sein, wenn mindestens der linear verlaufende Strahlkanalabschnitt von einem hoch verschleißfesten Material umgrenzt ist. Sofern ein solcher vorhanden ist, gilt dasselbe selbstverständlich auch für den Übergangskanalabschnitt, über den optional der erfindungsgemäß vorgesehene lineare Strahlkanalabschnitt an den Strahlkanal des Strahlrohr angeschlossen ist.
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Da hoch verschleißfeste, harte Materialien in der Regel empfindlich sind gegen Stoßbelastungen und desgleichen, zu denen es beim Einführen der Vorrichtung in einen zu reinigen Kanal des jeweiligen Gussteils kommen kann, kann es zweckmäßig sein, das hoch verschleißfeste, den linear verlaufenden Strahlkanalabschnitt oder den Übergangskanalabschnitt umgrenzende Material mit einem zähen Material zu ummanteln, dass dann die von ihm umkleidete harte und verschleißbeständige Innenlage gegen derartige Belastungen schützt. Eine besonders kostengünstige und zugleich praxisgerecht zu verwirklichende Ausgestaltung dieses Vorschlags besteht darin, dass der linear verlaufende Strahlkanalabschnitt oder der Übergangskanalabschnitt von einem Stahlverbundwerkstoff umgrenzt sind, der eine dem Strahlkanalabschnitt oder dem Übergangskanalabschnitt zugeordnete Innenlage aus einem hoch verschleißfesten Stahlwerkstoff und eine Außenlage aufweist, die aus einem zähen Stahlwerkstoff besteht. Alternativ können der linear verlaufende Strahlkanalabschnitt oder der Übergangskanalabschnitt von einem Hartmetall umgrenzt sein, das in eine Umhüllung eingebettet ist, die aus einem zähen Stahlwerkstoff besteht. Unabhängig davon welche dieser Versionen gewählt wird, ergibt sich selbstverständlich eine optimale Verschleißbeständigkeit, wenn sowohl der gerade verlaufende, erfindungsgemäß vorgesehene Strahlkanalabschnitt als auch der Übergangskanalabschnitt, über den der Strahlkanalabschnitt an den Strahlkanal des Strahlrohrs angeschlossen ist, jeweils in der voranstehend angegebenen Weise von einer Lage eines verschleißfesten Materials umgeben ist, die wiederum von einer sie schützenden Lage aus einem zähen Material umgeben ist.
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Die Vielseitigkeit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann dadurch gesteigert werden, dass der erfindungsgemäß vorgesehene linear verlaufende Strahlkanalabschnitt gelenkig an dem Strahlrohr befestigt ist. Auf diese Weise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung durch einfache Verstellung des Strahlkanalabschnitts an unterschiedliche Bearbeitungsaufgaben angepasst werden. Hierzu bietet es sich an, dass die gelenkige Verbindung durch einen aus einem flexiblen Material bestehenden Rohrabschnitt gebildet ist, über den der linear verlaufende Strahlkanalabschnitt an das Strahlrohr angeschlossen ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
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1 eine Vorrichtung zum Entfernen von Gießkernrückständen aus einem Kanal eines Gussteils in seitlicher Ansicht;
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2 die Vorrichtung gemäß 1 in einer frontalen Ansicht;
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3 die Vorrichtung gemäß 1 beim Reinigen eines Kanals eines in einem Schnitt gezeigten Gussteils;
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4 den Kopfbereich der Vorrichtung gemäß 1 in einem Längsschnitt;
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5 einen Kopfbereich einer alternativen Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß 1 in einem Längsschnitt.
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Die Vorrichtung 1 zum Entfernen von Gießkernrückständen G aus einem Kanal K des in 3 gezeigten Gussteils Z, bei dem es sich typischerweise um einen in Grauguss ausgeführten Zylinderkopf für einen Verbrennungsmotor handelt, weist ein zylindrisches Strahlrohr 2 auf, das einen geradlinig linear verlaufenden, Strahlkanal 3 umgrenzt. An seinem im Betrieb oberen Ende weist das Strahlrohr 2 einen Anschluss 4 für eine hier nicht gezeigte Einrichtung auf, die einen Partikelstrahl P in den Strahlkanal 3 leitet. Der Durchmesser des im Querschnitt kreisrunden Strahlkanals 3 beträgt beispielsweise 6 mm und der Außendurchmesser des Strahlrohrs 2 beispielsweise 9 mm.
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Der Partikelstrahl P besteht aus Partikeln und Druckluft, die mit ausreichendem Druck, beispielsweise 7 bar, beaufschlagt ist, um die Partikel des Partikelstrahls P mit hoher kinetischer Energie durch den Strahlkanal 3 zu befördern. Bei den Partikeln kann es sich um durch Brechen von Hartguss erzeugte Körner mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 0,6–1,00 mm handeln.
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An seinem in Betriebsstellung unteren Ende trägt das aus Stahl bestehende Strahlrohr 2 einen Düsenkopf 5, von dem seitlich ein Rohrabschnitt 6 absteht. Der Rohrabschnitt 6 umgrenzt einen linear verlaufenden Strahlkanalabschnitt 7, der über einen eine Verlängerung des Strahlkanals 3 im Düsenkopf 5 bildenden Übergangskanalabschnitt 8 an den Strahlkanal 3 des Strahlrohrs 2 angeschlossen ist. An der vom Strahlrohr 2 abgewandten Stirnseite des Rohrabschnitts 6 ist durch das freie Ende des Strahlkanalabschnitts 7 eine Düsenöffnung 9 ausgebildet. Die Form und Größe der Düsenöffnung 9 ist dementsprechend gleich der Form und der Größe des über die Länge des Rohrabschnitts 6 konstanten, kreisrunden Querschnitts des gerade verlaufenden Strahlkanalabschnitts 7, dessen Innendurchmesser wie beim Strahlkanal 3 6 mm groß ist, während der Außendurchmesser des Rohrabschnitts 6 wie beim Strahlrohr 2 9 mm beträgt. In den unterschiedlichen Versionen, die von der Vorrichtung 1 hergestellt worden sind, betrug die Länge des Rohrabschnitts 6 5–10 mm.
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Der Winkel β, den die Längsachse LA des Strahlkanalabschnitts 7 und damit einhergehend die Strahlachse S des aus der Düsenöffnung 9 austretenden Partikelstrahls P mit der Längsachse LS des Strahlrohrs 2 einschließt, wird in Abhängigkeit des Winkels gewählt, den die Längsachse LK des zu reinigenden Kanals K mit der Längsachse LO der geradlinig verlaufenden, zylindrischen Öffnung O des Gussteils Z einschließt, die den zu reinigenden Kanal K schneidet und über die die Vorrichtung 1 zum Kanal K geführt wird. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt dieser Winkel β ca. 100° bei einer Länge des zu reinigenden Kanals K von ca. 100 mm.
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Der Rohrabschnitt 6 und der Düsenkopf 9 sind aus einem zweilagigen Verbundwerkstoff gefertigt, dessen innere, den Strahlkanalabschnitt 7 und den Übergangskanalabschnitt 8 umgrenzende Lage 10 aus einem hoch verschleißbeständigen Metallwerkstoff, beispielsweise einem geeigneten Hartmetall besteht, wogegen seine äußere, die innere Lage 10 umhüllende Lage 11 aus einem zähen Stahlwerkstoff besteht, der die im Gebrauch auf den Düsenkopf 5 und den Rohrkanalabschnitt 6 wirkenden dynamischen Belastungen aufnimmt und die innere Lage 10 gegen Beschädigungen schützt. Alternativ zu einer Ummantelung mit einem zähen Metall kann auch ein aus einem harten Werkstoff, insbesondere aus Hartmetall, bestehender Rohrabschnitt mit einem elastischen Kunststoffüberzug versehen werden, indem beispielsweise der betreffende Rohrabschnitt in eine Gummilösung oder desgleichen getaucht wird.
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Beim der in den 1 bis 4 dargestellten Ausgestaltung der Vorrichtung 1 treffen im Düsenkopf 4 der Strahlkanalabschnitt 7 und der die Verlängerung des Strahlkanals 3 des Strahlrohrs 2 bildende Übergangskanalabschnitt 8 winklig aufeinander, so dass im Übergangsbereich 11 vergleichbar scharf begrenzte Eckbereiche vorhanden sein können. Um im Fall, dass die Strahlachse S bzw. die Längsachse LA des Strahlkanalabschnitts 7 die Längsachse LS des Strahlrohrs 2 unter in einem Winkel β von beispielsweise 90° trifft, dort die Bildung von Totzonen zu vermeiden und Strömungsverluste zu minimieren, kann der Übergangskanalabschnitt 8, wie in 5 gezeigt, auch bogenförmig ausgerundet ausgebildet sein.
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Zum Entfernen der Gießkernrückstände G aus dem Kanal K wird die Vorrichtung 1 mit dem Düsenkopf 5 voran in die Öffnung O des Gussteils Z gesenkt und so ausgerichtet, dass die Strahlrichtung S, mit der der Partikelstrahl P aus der Düsenöffnung 9 austritt, etwa mit der Längsachse LK des Kanals K zusammenfällt. Der dann in den Kanal K geblasene Strahl P trifft hochkonzentriert auf die Gießkernrückstände G und trägt sie aufgrund der ihm eigenen kinetischen Energie auch dann sicher ab, wenn es sich bei den Gießkernrückständen G um fest an den Innenflächen des Kanals K anhaftenden Aufsinterungen oder Vererzungen handelt. Nach dem Abtrag der Gießkernrückstände G wird die Vorrichtung 1 wieder aus der Öffnung O zurückgezogen und die nun lose im Kanal K vorliegenden Bruchstücke erforderlichenfalls in an sich bekannter Weise mit Druckluft ausgeblasen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung zum Entfernen von Gießkernrückständen
- 2
- zylindrisches Strahlrohr
- 3
- Strahlkanal des Strahlrohrs 2
- 4
- Anschluss
- 5
- Düsenkopf
- 6
- Rohrabschnitt
- 7
- Strahlkanalabschnitt
- 8
- Übergangskanalabschnitt
- 9
- Düsenöffnung
- 10
- innere Lage des Rohrabschnitts 6
- 11
- äußere Lage des Rohrabschnitts 6
- β
- Winkel
- G
- Gießkernrückstände
- K
- Kanal des Gussteils Z
- LA
- Längsachse des Strahlkanalabschnitts 7
- LS
- Längsachse des Strahlrohrs 2
- LK
- Längsachse des zu reinigenden Kanals K
- LO
- Längsachse der Öffnung O
- O
- Öffnung des Gussteils Z
- P
- Partikelstrahl
- S
- Strahlachse
- Z
- Gussteil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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