DE2706433A1

DE2706433A1 - Verfahren zum mischen eines partikelfoermigen, festen werkstoffes mit einem fluessigen werkstoff und duese zum ausueben des verfahrens

Info

Publication number: DE2706433A1
Application number: DE19772706433
Authority: DE
Inventors: Ivar Petersson
Original assignee: Euroc Development AB
Current assignee: Euroc Development AB
Priority date: 1976-02-19
Filing date: 1977-02-16
Publication date: 1977-08-25
Also published as: SE7601915L; FR2341354A1; GB1579543A; JPS52103065A; SE397940B

Description

r> ι ι »■> ι... 15. Februar 1977

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EUROC DEVELOPMENT AB HaImU, Schweden

"Verfahren zum Mischen eines partlkelförmigen, festen Werkstoffee mit einem flüssigen Werkstoff und Düse zum Ausüben des Verfahrens"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Mischen eines festen partikelförmigen Werkstoffes mit einem flüssigen oder einem gasförmigen Werkstoff in einer Misch- oder Kombinationsdüse.

ι Ss ist zu Verstärkungszwecken bekannt, Glasfasern in einen Strom

einer Zementpaste einzuglasen und danach die Mischung auf eine

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geformte Oberfläche einer Unterlage abzulagern. Trotz der geringen Tendenz der Zementpaste, die Glasfasern zu befeuchten, 1st festgestellt worden, daß unter gewissen Bedingungen eine Innige Verbindung und eine gleichmäßige Verteilung der Glasfasern in der Zementpaste erreichbar ist, so daß die Glasfasern nach dem Formen und Aushärten des erlangten Gemisches die Bruchfestigkeit und andere mechanische Eigenschaften des Zementproduktes beträchtlich erhöhen.

Es ist ferner bekannt, in einem Strom von Preßluft schwebende Glasfasern in einen Strom von Preßluft, in dem Tropfen einer Zementpaste schweben, unter einem bestimmten Winkel, von etwa 5 bis 45° zu blasen. Um eine zufriedenstellende innige und gleiche Mischung der beiden Werkstoffe zu erlangen, ist es in dieser Richtung sehr kritisch, festzustellen, an welchem Punkt die beiden Werkstoffströme vor den Düsen, nämlich vor der Zementpastendüse und der Glasfaserdüse einerseits und der geformten Oberfläche der Unterlage andererseits zusammentreffen. Dieser Abstand kann durch Versuche bestimmt werden. Wenn die gegenseitige Richtung und Stellung der beiden Ströme nur geringfügig von dem abweicht, was zum Erlangen eines zufriedenstellenden Gemisches festgestellt worden ist, wird eine ungleichmäßige Verteilung der Fasern in der Zementpaste eintreten und trockene Fasern können sich örtlich begrenzt auf der geformten Oberfläche der Unterlage ablagern.

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Zusätzlich zu der Schwierigkeit die Ströme der Glasfasern und der Zementpaste in der gegenseitigen Richtung und Stellung so auszurichten, daß ein zufriedenstellendes verstärktes Produkt erhalten wird, weist diese bekannte Technik den erheblichen Nachteil auf, daß der Sprühvorgang nicht von einer etwa horizontalen Richtung in eine etwa vertikale Richtung oder in Jede Zwischenstellung geändert werden kann, ohne daß es erforderlich wäre, die gegenseitige Richtung und Stellung der Düsen zu korrigieren, was unter anderem vom Einfluß der Schwerkraft abhängt.

Um die vorbeschriebenen Nachteile zu vermeiden ist es von der Technik des Einbringens von Füllstoffen oder ähnlichen in wärmehärtbare Kunstharze bekannt, Glasfasern in einen Preßluftstrom einzublasen, der einen zylindrischen Strom eines gasförmigen Mediums, in dem Zementpasten-Tropfen schweben, in Form einer zylindrischen Hülle umgibt. Wegen der Tatsache, daß der Strom der Zementpasten-Tropfen, die in gasförmigem Medium schweben, bestrebt ist, die Glasfasern seitwärts zu drücken und wegen der geringen Tendenz der Tropfen die trockenen Glasfasern zu befeuchten, sind derartige Anstrengungen bis jetzt erfolglos gewesen.

Gemäß der Erfindung ist es jetzt überraschenderweise möglich gemacht worden, eine innige und gleichmäßige Mischung von Glasfasern und Zementpaste durch einen Sprühvorgang in wiederhol-

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barer und leicht steuerbarer Art und Weise zu erhalten, indem ein Strom von Zementpasten-Tropfen oder -partikeln, die in einem gasförmigen Strom schweben, der einen zylindrischen Strom von Glasfaserpartikeln, die in einem zweiten Strom eines gasförmigen Mediums schweben, als eine konzentrische zylindrische Hülle umgibt.

Es wurde festgestellt, daß diese Möglichkeit ein breites Anwendungsgebiet hat. In erster Linie betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Mischen von partikelförmig«!! festen Werkstoff mit flüssigem Werkstoff in einer Misch- oder Kombinationedüse. Sie Partikel können ein Verstärkungsmittel oder ein Füller sein, der unter einen flüssigen oder einen fluidförmigen Werkstoff zu mischen ist. Dieses Verfahren besteht darin, daß eine Subspension der Partikel in einem einen ersten Strom bildenden gasförmigen Medium in dieser Düse durch einen zylindrischen Kanal geführt wird, der einerseits einer zylindrischen, den Kanal be-

grenzenden Wand der Düse liegt, daß der flüssige Werkstoff als |

ein zweiter Strom durch einen ringförmigen um den zylindrischen

Kanal herum angeordneten Kanal auf der anderen Seite der Wand ;

geführt wird, daß ein gasförmiges Medium als dritter Strom um | den ringförmigen Kanal herum geführt wird und daß der erste : Strom, der zweite Strom und ein Teil des dritten Stromes nach deren Austritt aus der Mischdüse in einer gemeinsamen Mischzone zu einem konischen Strom von einer Suspension des partikelförmigen Werkstoffes und feinen Tropfen des flüssigen Werkstoffes

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gemisch in dem gasförmigen Medium kombiniert wird, wonach die Suspension zu einer Unterlage hin zur Bildung einer innigen Mischung von festem und flüssigem Werkstoff geleitet wird, wobei der Rest des dritten Stromes nach dem Austritt aus der Mischdüse eine gasförmige Schutzhülle um die Mischzone bildet, durch die die Partikel und die Tropfen in dieser Mischzone gehalten werden.

Wenn der Misch- und BefeuchtungsTorgang beginnt, fließt der Strom der Partikel des festen Werkstoffes durch den zylindrischen Kanal und die Partikel werden dann in den Strom des flüssigen Werkstoffes gesprüht mit anschließender Mischung und Befeuchtung hauptsächlich in einer konischen Zone zum Substrat hin und konzentrisch zum Strom des flüssigen Werkstoffes. Die Maße, Mengen des Werkstoffes und Verhältnisse zwischen den Mengen des flüssigen Werkstoffes und dem partikelförmigen festen Werkstoff und die Konuswinkel der beiden Ströme, die zum Erhalten von zufriedenstellenden Sprühresultaten verwendet werden können, hängen in der Tat von einer Vielzahl von Faktoren ab, wie der Viskosität, der Sichte, und der Fähigkeit des flüssigen Werkstoffes den partikelförmigen festen Werkstoff zu benetzen und so weiter. Ss ist jedoch hauptsächlich festgestellt worden, daß die Arbeitsbedingungen leicht durch Versuche feegelegt werden können, so daß vor oder letztlich in dem Augenblick, wenn die gemischten Werkstoffe auf die unterlage auftreffen, festgestellt werden kann, ob eine zufriedenstellende, homogene

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Mischling der gesprühten Werkstoffe und eine gute Befeuchtung des partikelförmigen festen Werkstoffes erreicht wurde.

Der flüssige Werkstoff kann ein Binder sein. Der Strom des durch ein gasförmiges Medium vorangetriebenen Binders kann hergestellt werden durch Auflösen, Feinverteilen und Ausbreiten eines Stromes des Binders, der durch eine Pumpe oder durch einen Preßtank beispielsweise zu einer Düse getrieben wird, wobei die Auflösung und das Ausbreiten durch einen konzentrischen Strom von gasförmigem Medium, wie Preßluft, bewirkt wird. Der letzte Strom ist in Form einer zylindrischen Hülle, die die vorangetriebene Mischung des Binders umgibt, wenn der Mischschritt beginnt. Wenn ein ringförmiger Strom von fein verteilten, bindenden oder aushärtenden Binders in dieser Weise erzeugt wird, kann der Bildung von irgendeiner Ablagerung des Binders in der Düse effektiv entgegengewirkt werden und die Düse sauber gehalten werden.

Der Binder kann beispielsweise ein abbindendes Zement- oder Gipsgemisch oder ein aushärtendes Gemisch von Kunststoff sein.

Der partikelförmige, feste Werkstoff kann durch Glasfasern gebildet sein, wird jedoch im allgemeinen ein Verstärkungsmittel sein, wie Minerale, pflanzliche, tierische oder synthetische Kunstfasern. Die Erfindung kann vorteilhaft angewandt werden, wenn der partikelförmige feste Werkstoff ein Füller ist. Im Unterschied zu einem Verstärkungsmittel, beispielsweise ein

Pigment, ein Farbstoff, ein Härter usw. oder ein Zuschlagstoff,

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wie Perlit und Sand sein.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese Vorrichtung umfaßt einen zylindrischen durch eine erste zylindrische Wand begrenzten Kanal zum Zuführen einer Suspension des festen Werkstoffes im gasförmigen Medium, eine die erste zylindrische Wand umgebende zweite zylindrische Wand und eine die zylindrische Wand umgebende dritte Wand, wobei die erste und die zweite Wand einen ersten der Zuführung des flüssigen Werkstoffes dienenden Kanal begrenzen und die zweite und dritte Wand einen zweiten Ringkanal begrenzen, der der Zuführung von gasförmigem Medium dient, das seinerseits als Trag-Medium für den flüssigen Werkstoff und andererseits zur Bildung einer gasförmigen Schutzhülle um eine konische Mischzone für die Suspension von Partikeln des festen Werkstoffes und Tropfen des flüssigen Werkstoffes dient.

Nach einem speziellen bevorzugten Au3führungsbeispiel der Erfindung ist der erste Ringkanal aus Betriebs- und Konstruktionsgründen gerade gestaltet.

Nach einer weiteren Ausführung gemäß der Erfindung hat der zylindrische Kanal an seinem der Mischzone abgewandten Ende eine vierte zylindrische Wand, deren Durchmesser geringer als derjenige des Kanals ist, wobei diese Wand zusammen mit einem

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Teil der ersten zylindrischen Wand einen schmäleren Ringkanal zxuD Zuführen von gasförmigem Medium bildet, das als Trag-Medium für die Partikel des festen Werkstoffes dient.

Nachstehend wird die Erfindung in Einzelheiten unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, die schematisch in einem Längsschnitt die Funktion der Mischdüse gemäß der Erfindung darstellt. Diese Düse kann zum Sprühen und Mischen von partikelförmigen festen Werkstoff mit einem flüssigen Werkstoff verwendet werden.

Vliese aus Glasfasern werden in einem Glasfaser-Schneider 10 in faserngeeigneter Länge (6 bix 100 mm, vorzugsweise 10 bis 35 mm) zerschnitten. Sie Fasern werden durch einen Ejektor (eine Strahlpumpe) 11 gesammelt und durch den vom Ejektor erzeugten Sog durch ein zylindrisches Rohr 1 und in ein zylin- , drisches Rohr 2 mittels eines schnellen Luftstromes von einer Preßluftquelle 12 durch den engen Ringkanal zwischen den Rohren j

1 und 2 getrieben. Die Fasern werden in das Rohr 2 geblasen und ^;

aus diesem heraus, wobei sie die öffnung der Düse verlassen. Sie;

werden dann in Form eines konischen Stromes, der durch zwei j unterbrochene Linien 32 angedeutet ist, versprüht und treffen j auf die geformte Oberfläche 40 einer Unterlage auf. Flüssige j Zementpaste ist unter einem Druck von 200 bis 300 kPa durch eine Pumpe 20, vorzugsweise eine sogenannte Monopumpe, durch ein Rohr in den Ringkanal zwischen dem Rohr 2 und einem zylind-

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riechen Rohr 3 gepumpt und wird aus der Düsenöffnung ausgestoßen. Ein schneller von einer Luftdruckquelle 21 stammender Luftstrom fließt durch den Ringspalt zwischen dem Rohr und einem zylindrischen Rohr 4» wird an der Düsenöffnung ausgestoßen und wie durch die 4ununterbrochenen Linien 30 dargestellt, versprüht. Während des Durchgangs wird dieser Luftstrom den Strom der Zementpaste auflösen und fein verteilen, um diesen in einem Strom zu versprühen, der durch die vier strichpunktiert dargestellten Linien begrenzt ist. Die feinen Tropfen von gleichmäßig dispergierter Zementpaste treffen mit allen Faserstücken zusammen und befeuchten diese, bevor bzw. spätestens im gleichen Augenblick, in dem die beiden Ströme, nämlich derjenige der Zementpasten-Tropfen und derjenige der faserstücke auf die geformte Oberfläche der Unterlage auftreffen.

Durch Indern des Luftdruckes der Druckluftquelle 12, die den Ejektor-Strom erzeugt und der Druckluft der Druckluftquelle 2), die das Sprühen der Zementpaste bewirkt, können unterschiedliche Sprühwinkel des Faserstromes und des Stromes der Zementpasten-Tropfen erreicht werden. Sin Sprühen von Werkstoffen über die geformte Oberfläche 40 kann auf diese Weise leicht gesteuert werden.

Die Druckluft, die den Ejektorstrom und den Strom der Fasern bewirkt, muß jedoch nicht so hoch sein, daß die Fasern be-

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schädigt werden und/oder daß diese mit einer solchen Geschwindigkeit durch die Düse hindurch und durch den Strom von feinverteilten Zementpasten-Tropfen bewegt werden, daß sie nur wenig von den Zementpasten-Tropfen befeuchtet werden, bevor sie auf der geformten Oberfläche der Unterlage zusammen mit diesen Tropfen abgelagert werden.

Sie Konzentration der Glasfasern im Preßluftstrom und in dem durch den Sprühvorgang erhaltenen Produkt und die Länge der Glasfasern kann variiert werden, indem die Zufuhr der Glasfasern und die Schnittlänge des Glasfaser-Schneiders 10 verändert werden. Es ist wichtig, sicherzustellen, daß die Menge an geschnittenen Glasfasern pro Zeiteinheit für eine gegebene, durch den Ringkanal zwischen den Rohren 1 und 2 zugeführte Luftmenge nicht so hoch sein sollte, daß in dem Rohr 1 oder dem Rohr 2 ein Abreißen erfolgt.

Sie vorbeschriebene Düse kann in einfachster Weise manuell bedient oder an einem nicht dargestellten Sprüh-Roboter befestigt werden. Beim Sprühvorgang kann eine zufriedenstellende Mischung, die eine gleichmäßige Verteilung von Zementpaste und Fasern hat und ein gesprühtes Produkt mit hervorragenden Festigkeitseigenschaften auch erreicht werden, wenn der Abstand zwischen der Büse und der geformten Oberfläche der Unterlage und der Winkel zwischen der Sprührichtung und der geformten Oberfläche während

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des SprUhens verändert wird, selbst wenn der Winkel und die Abstandsbedingungen sehr ungünstig sind.

Die beschriebene Sprühdüse ergibt eine gesprühte Oberfläche, die erheblich weniger Zusatzarbeit als übliche Vorrichtungen, oder

erforderlich macht gar keine zusätzliche Arbeit, was alles durch die innige und homogene Mischung zwischen den Glasfasern und der Zementpaste und das völlige Fehlen von trockenen Glasfasern im Endprodukt erreicht wird.

Günstig ist es, nur Ämentpasten-Partikel auf die geformte Oberfläche der Unterlage für eine kurze Zeit aufzusprühen und dann den Glasfaser-Schneider 10 zu starten. Das Glasfasersprühen wird dann eine kurze Zeit vor dem Beenden des Zementpastensprühens beendet, wodurch eine besonders glatte, glasfaserfreie Oberfläche des gespritzten und abgebundenen Produktes entsteht. In dieser Ausführungsform der Erfindung ist es jedoch erforderlich, zwei luftströme von zwei Druckluftqueilen 12 und 21 zum Sprühen der Zementpaste ohne Zusatz von Fasern zu verwenden, um das gewünschte Ausbreiten der Zementpasten-Partikel zu erhalten.

Die Glasfasern können ersetzt werden durch feinen Sand oder können mit feinem Sand gemischt werden, wobei dieser durch die Bohre 1 und 2 geblasen wird, was bewirkt, daß das gesprühte

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Produkt entweder aus feinbeton oder verstärktem Feinbeton besteht. Es ist ferner möglich, gespritzte Grobbetonprodukte herzustellen, indem grober Sand oder Kies für die Glasfasern hinzugefügt wird, wobei der Sand oder der Eies durch die Bohre 1 und 2 geblasen wird, die zu diesem Zweck einen entsprechend großen Durchmesser aufweisen müssen. Es ist auch möglich, auf diese Art und Weise Stahlfasern mit Zementpasten-Tropfen zu mischen.

Da die erfindungsgemäße Spritzdüse sehr leicht bedient werden kann, wird diese besonders verwendbar sein zum Sprühen von Putz unterschiedlicher Art mit Verstärkungsmitteln und/oder Füllmitteln, insbesondere wenn die Unterlage eine komplizierte Krümmung aufweist und das gesprühte Ergebnis ist nicht abhängig von der Orientierung der Auffangfläche der Unterlage.

Sie neue erfindungsgemäße Spritzdüse ist besonders geeignet für die Herstellung von Bootshüllen. In dieser Beziehung muß die Sprührichtung zwischen der horizontalen und vertikalen Richtung dauernd geändert werden.

Um die Verbesserung der Qualität eines Produktes, das gemäß der [ Erfindung gesprüht worden ist, im Vergleich mit einem Produkt, j das durch Ausfüllen in üblicher Weise gefertigt wurde, wurden Testkörper von Jedem Produkt hergestellt und zwar von ^;

a) einer gekrümmten Platte, hergestellt durch Sprühen : einer Zementpaste und 5 % von Glasfasern mit der

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vorbeschriebenen Sprühdose auf eine gekrümmt gestaltete Oberfläche einer Unterlage und

b) die gleiche Platte, Jedoch hergestellt durch Füllen oder Formen der gleichen Zementpaste langsam und sorgfältig auf die gleiche geformte Oberfläche, wobei dieser Paste 5 f> der gleichen Glasfaser hinzugemischt wurden.

Der Testkörper a) zeigte eine Biegefestigkeit, die etwa 3 χ höher war als diejenige des Körpers b). Es ist möglich, daß im Falle b) die (riasfasern teilweise gebrochen waren und beim Mischverfahren und beim Einfüllen oder Formen zerstört wurden.

Wenn eine Zementpaste und Glasfasern auf eine vertikal stehende Wandfläche in üblicher Weise aufgesprüht werden,muß eine beträchtliche Menge an zusätzlicher Handarbeit aufgewandt werden, : beispielsweise in Form von Rollen, um Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche zu eliminieren und Luft aus den Fasern zu pressen, um verbesserte fliehte usw. zu erhalten. Beim Rollen und 7er» ; dichten der Fasern werden diese leicht beschädigt und der Wand-ι putz erhält schlechtere Festigkeitseigenschaften als ein solcherj,

der durch einen Vorgang erhalten wird, der unter schonenderen

ι ^:

Bedingungen ausgeführt wird. Das Grundverfahren gemäß der Er- ι

i

findung macht Jede kostspielige zusätzliche Arbeit unnötig, wo-

^; j

bei ein schnelles und perfektes Sprühresultat erreicht wird,

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vorausgesetzt, daß keine ausnahmsweise lange Pasern und keine große Pasermenge pro Zeiteinheit gesprüht werden. Sie Fasern werden nicht beschädigt, zumindest nicht so beschädigt, wie sie nach dem üblichen Verfahren beschädigt werden.

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Leerseife

Claims

Patentansprüche

1y Verfahren zum Mischen eines partikelfönnigen, festen Werkstoffes mit einem flüssigen Werkstoff in einer Misch- bzw. Kombinationsdüse, dadurch gekennzeichnet, daß eine Suspension der Partikel in einem einen ersten Strom bildenden gasförmigen Medium in einer Düse durch einen zylindrischen Kanal geführt wird, der einerseits einer zylindrischen, den Kanal begrenzenden wand der Düse liegt, daß der flüssige Werkstoff als ein zweiter Strom durch einen ringförmigen, um den zylindrischen Kanal herum angeordneten Kanal auf der anderen Seite der Wand geführt wird, daß ein gasförmiges Medium als dritter Strom um den ringförmigen Kanal herumgeführt wird, und daß der erste Strom, der zweite Strom und ein Teil des dritten Stromes nach deren Austritt aus der Mischdüse in einer gemeinsamen Mischzone zu einem konischen Strom von einer Suspension des partikelförmigen festen Werkstoffes und feinen Tropfen des flüssigen Werkstoffes gemischt in dem gasförmigen Medium kombiniert wird, wonach die Suspension zu einer Unterlage hin zur Bildung einer innigen Mischung von festen und flüssigem Werkstoff geleitet wird, wobei der Rest des dritten Stromes nach dem Austritt aus der Mischdüse eine gasförmige Schutzhülle um die Mischzone bildet, durch die die Partikel und die Tropfen in dieser Zone gehalten werden.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Werkstoff ein Binder ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Binder eine Zement-, eine Gips-, oder eine synthetische Kunstharzmasse ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch g e kennzeichnet, daß der partikelförmige feste Werkstoff ein Verstärkungsmittel, wie kurze Minerale, pflanzliche, tierische oder synthetische Kunstharzfasern sind.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der partikelförmige feste Werkstoff ein Füller, Pigmente, ein Farbstoff, ein Härter oder dergleichen ist.
6. Misch-Kombinationsdüse zur Ausübung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5» gekennzeichnet durch einen zylindrischen, durch eine erste zylindrische Wand begrenzten Kanal zum Zuführen einer Suspension des festen Werkstoffes in gasförmigem Medium, durch eine die erste zylindrische Wand umgebende zweite zylindrische Wand und durch eine die zylindrische Wand umgebende dritte

Wand, wobei die erste und die zweite Wand einen ersten der

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Zuführung des flüssigen Werkstoffes dienenden Ringkanal begrenzen und die zweite und dritte Wand einen zweiten Ringkanal begrenzen, der der Zuführung von gasförmigem Medium dient, das einerseits als Trag-Medium für den flüssigen Werkstoff und andererseits zur Bildung einer gasförmigen Schutzhülle um eine konische Mischzone für die Suspension von Partikeln des festen Werkstoffes und Tropfen des flüssigen Werkstoffes dient.
7. Düse nach Anspruch 6, dadurch geke η η zeichnet, daß der zylindrische Kanal an seinem der Mischzone abgewandten Ende eine vierte zylindrische Wand aufweist, die einen Durchmesser hat, der geringer als der Durchmesser des Kanals ist, wobei die Wand zusammen mit einem Teil der ersten zylindrischen Wand einen schmalen Ringkanal zum Zuführen von gasförmigem Medium dient, dw.3 als Trag-Medium für die Partikel aus festem Werkstoff dient. ^!

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