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Die Mischeinrichtung der Anlage weist eine Mischkammer auf, in welche
zuerst durch gleichzeitig öffnende Ventile Brennstoff und Oxydierungsmittel
zugegeben
werden und nach dem Schließen dieser Ventile ein Neutralgas zugeführt wird, das
beim Umströmen der genannten Ventile das aus Brennstoff und Oxydierungsmittel bestehende
Gasgemisch in die Explosionskammer herausdrückt, um die Explosion in der Mischkammer
zu vermeiden und diese gegen Einwirkung von Verbrennungsprodukten der Explosion
zu schützen.
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Mit der Anlage lassen sich nichthomogene Zusammensetzungen von Ladungen
des Explosionsgemisches gewinnen, was durch das Fehlen von Mitteln zur Bewegungssteuerung
von in die Mischkammer eintretenden Gasstrahlen sowie durch die kurze Dauer des
Mischvorganges bei der Aufbereitung des genannten Gasgemisches im Hohlraum dieser
Kammer bedingt ist.
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Bekanntlich ist die Geschwindigkeit der Fortpflanzung der Detonationswelle
vom Volumenverhältnis des Brennstoffes und des Oxydierungsmittels abhängig.
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Demzufolge führt eine ungleichmäßige Verteilung von Gemischkomponenten
in seinen Mikrovolumina zur Unstabilität von Parametern der Detonationswelle (Temperatur
und Geschwindigkeit), zur ungleichmäßigen Erwärmung des Beschichtungspulvers und
zur ungleichmäßigen Haftfestigkeit seiner Teilchen an der Oberfläche des Werkstückes.
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Außerdem ist bei dieser Anlage die Gefahr einer Explosion während
des Vermischens vor Komponenten des Explosionsgemisches nicht ausgeschlossen, weil
diese Komponenten im gereinigten Zustand hohe Aktivität aufweisen. Hinzu kommt auch
der Umstand, daß die Verwendung eines Gasschutzes in der Mischkammer gegen die Rückschlagwirkung,
d. h.
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gegen die Detonationswelle, die nach der Entstehung in der Explosionskammer
über Verbindungskanäle zurück in die Mischkammer gelangt, unzureichend ist.
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Bekannt ist eine weitere Explosionsbeschichtungsanlage (US-PS 38
84 415), die aus einer Explosionskammer in Form eines an einem Ende geschlossenen
Rohres, einer mit dieser verbundenen Dosiereinrichtung zur Zugabe vorgegebener Mengen
an pulverförmigem Beschichtungsgut und einer Mischeinrichtung besteht, deren Einlaufkanäle
mittels Ventilen an Quellen von Komponenten des Explosionsgemisches und eines Neutralgases
angeschlossen sind, während der Auslaufkanal mittels eines Rückschlagventils und
einer Sicherungsvorrichtung mit der Explosionskammer verbunden ist, wo die Explosion
des Gasgemisches stattfindet.
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Bei dieser Einrichtung ist die Gefahr einer zerstörenden Rückschlagwirkung
auf die Mischeinrichtung durch Einbau der Sicherungsvorrichtung mit einer porigen
Zwischenwand und einem Flammenzerstreuungselement vermieden.
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Die innere Zwischenwände und Kanäle zur Zerstreuung von eintretenden
Gasstrahlen aufweisende bauliche Gestaltung der Mischeinrichtung ermöglicht ein
im Vergleich zur zuerst beschriebenen Anlage intensiveres Vermischen von Gasen.
In der gegebenen Anlage wird außerdem das Neutralgas nicht nur als Schutz-, sondern
auch als Verdünnungsmittel für Brennstoff und Oxydierungsmittel verwendet, was die
Wärmeeinwirkung von Verbrennungsprodukten der Explosion auf Teilchen des aufzutragenden
Beschichtungsgutes vermindert, wofür nicht nur hochschmelzende Metalle, sondern
auch Metalle mit niedrigerem Schmelzpunkt (Nickel, Kadmium) verwendet werden können.
Brennstoff, Oxydierungsmittel und Neutralgas werden aber im Raum einer Kammer vermischt,
was kein ausreichend homogenes
Gemisch ergibt. Infolgedessen werden die aufzutragenden
Teilchen von den Verbrennungsprodukten der Explosion des so entstandenen Gasgemisches
nicht gleichmäßig erwärmt, was die erwähnte Verschlechterung der Güte der Beschichtung
zur Folge hat.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Explosionsbeschichtungsanlage
zu schaffen, die eine Verbesserung der Beschichtungsgüte durch eine Gestaltung der
Mischkammer ermöglicht, bei der die Komponenten des Explosionsgemisches miteinander
und mit dem Neutralgas in zwei Stufen vermischt werden, um ein gleichmäßiges Drei-Komponenten-Gemisch
zu erzielen.
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Ausgehend von einer Explosionsbeschichtungsanlage mit einer Explosionskammer
in Form eines an einem Ende geschlossenen Rohres, mit einer mit dieser verbundenen
Dosiereinrichtung zur Zugabe vorgegebener Mengen an pulverförmigem Beschichtungsgut
und mit einer Mischeinrichtung, deren Einlaufkanäle mittels Ventilen an Quellen
der gasförmigen Komponenten des Explosionsgemisches und des Neutralgases angeschlossen
sind, während der Auslaufkanal mittels eines Rückschlagventils und einer Sicherungsvorrichtung
mit der Explosionskammer zur Zuführung der genannten Gase in diese verbunden ist,
wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Mischeinrichtung mit
zwei Kammern ausgestattet ist, wobei die erste Kammer Einlaufkanäle zur Zuführung
einer der Komponenten des Explosionsgemisches und des Neutralgases aufweist, während
die zweite Kammer mit der ersten durch Kanäle zur Aufnahme des innerhalb der ersten
Kammer gewonnenen Gasgemisches verbunden ist und einen Kanal zur Zuführung der zweiten
Komponente des Explosionsgemisches aufweist.
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Die Zweikammer-Ausführung läßt in der jeweiligen Kammer ein Zweikomponentengemisch
gewinnen: In der ersten Kammer wird das Neutralgas mit einer der Komponenten des
Explosionsgemisches, z. B. mit einem Oxydierungsmittel, und in der zweiten Kammer
das in der ersten Kammer gewonnene Gasgemisch mit der anderen Komponente des Explosionsgemisches,
z.B.
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mit einem Brennstoff vermischt. Versuche ergaben, daß dadurch ein
im Vergleich zur Einkammer-Ausführung homogenes Dreikomponentengemisch gewonnen
wird.
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Dementsprechend wird auch eine gleichmäßigere Erwärmung der Teilchen
des Beschichtungsgutes während der Explosion erreicht, infolgedessen die Beschichtungsgüte
erhöht wird, die sich durch eine gleichmäßige Haftfestigkeit der Teilchen des Beschichtungsgutes
an der zu beschichtenden Oberfläche bemerkbar macht Eine solche Ausgestaltung der
Mischeinrichtung gewährleistet im Vergleich zu herkömmlichen Anlagen einen besseren
Schutz gegen die Explosionsgefahr während des Vermischens von Brennstoff und Oxydierungsmittel,
da gegebenenfalls eine dieser Komponenten vorher mit dem Neutralgas verdünnt wird.
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Die erste Kammer der Zweikammer-Mischeinrichtung kann mit Hilfe einer
mit durchgehenden Kanälen versehenen Prallscheibe in zwei Halbkammern aufgeteilt
werden. Dabei ist es zweckmäßig, daß die Kanäle der Prallscheibe mit tangentialer
Neigung ausgeführt sind und daß ihre Einlauföffnungen bezüglich der der Prallscheibe
gegenüberliegenden Auslauföffnungen der Einlaufkanäle der ersten Kammer entlang
eines Kreises verschoben werden. Das ergibt eine zwangsweise Turbulenz von eintretenden
Gasstrahlen, was zu einem intensiveren Durchmischen führt.
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Das Gehäuse der Zweikammer-Mischeinrichtung besteht aus drei Teilen,
die auseinandernehmbar ausgebildet sind, nämlich aus der eigentlichen Mischkammer,
welche zwei durch eine mit Gaszuführungskanälen versehene Zwischenwand getrennte
Hohlräume aufweist, aus einer an die Mischkammer seitlich von einem der Hohlräume
zur Bildung eines geschlossenen Hohlraumes der ersten Kammer anliegenden Verteilerplatte
und aus einem mit der Mischkammer seitlich vom anderen Hohlraum zur Bildung der
zweiten Kammer auf Stoß verbundenen Deckel, wobei die in der Verteilerplatte ausgeführten
Einlaufkanäle beider Kammern mit darauf angeordneten Ventilen verbunden sind.
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Insbesondere kann der Einlaufkanal der zweiten Kammer teilweise im
mittleren Teil der Mischkammer vorgesehen sein. Der Auslaufkanal kann im Deckel
ausgebildet und mit einem darauf montierten Rückschlagventil verbunden sein.
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Das Gehäuse in dieser Ausgestaltung ist kompakt, braucht im Vergleich
zu bekannten Anlagen weniger Metall bei der Herstellung und gewährleistet einen
minimalen Weg bei der Gaszuführung.
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Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.
Es zeigt F i g. 1 eine schematische Gesamtansicht einer Explosionsbeschichtungsanlage,
wobei die Explosionskammer und die Sicherungsvorrichtung im Schnitt dargestellt
sind, F i g. 2 im Schnitt eine Mischeinrichtung der Anlage von Fig. 1, F i .3 den
Schnitt 111-111 von Fig. 2, Fig.4denSchnittlV-lVvonFig. 3, F i g. 5 eine Ansicht
in Richtung des Pfeiles A von Fig.2und F i g. 6 den Schnitt Vl-Vl von F i g. 5 (umgedreht).
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Die in F i g. 1 gezeigte Explosionsbeschichtungsanlage hat eine Explosionskammer
1 in Form eines an einem Ende geschlossenen Rohres. Höhe und Durchmesser der Kammer
1 sind so gewählt, daß darin Bedingungen zur Entstehung und Fortpflanzung einer
Detonationswelle gebildet werden, welche den aufzutragenden Teilchen des Beschichtungsgutes
eine optimale Energie erteilt.
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Zur Zugabe vorgegebener Mengen an pulverförmigem Beschichtungsgut
ist die Explosionskammer 1 seitlich vom geschlossenen Ende mit einer Dosiereinrichtung
2 und über die Sicherungsvorrichtung 3 mit einer der Aufbereitung des Explosionsgemisches
dienenden Mischeinrichtung 4 verbunden. Quellen 5 und 6 gasförmiger Komponenten
des Explosionsgemisches sowie Quellen 7 und 8 eines Neutralgases sind über elektromagnetisch
gesteuerte Ventile 9, 10, 11 und 12 mit der Mischeinrichtung auf die nachstehende
Weise verbunden.
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Im Hohlraum des auseinandernehmbaren Gehäuses 13 der Sicherungsvorrichtung
3 sind nacheinander angeordnet: ein Gitter 14 zur Flammenzerstreuung, falls die
Flamme über das Schlangenrohr 15 in den Hohlraum des Gehäuses 13 beim Rückschlag
gelangt, und eine aus porigem hitzebeständigem Material, beispielsweise- aus Metallkeramik,
ausgeführte Zwischenwand 16. Der Einlaufhohlraum 17 der Sicherungsvorrichtung 3
ist mit der Mischeinrichtung 4 verbunden.
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Außer den erwähnten Baueinheiten enthält die Anlage einen Impulsgenerator
18, welcher zur Abgabe von Hochspannungsimpulsen an eine innerhalb der Explosionskammer
1 untergebrachte und der Zündung des in sie einzuführenden Gasgemisches dienende
Zündkerze
19 bestimmt ist, und eine Steuereinheit 20 zur Steuerung der elektromagnetischen
Ventile 9 bis 12 der Mischeinrichtung 4 sowie eines Ventils 21, das die Zuführung
des Neutralgases von der Quelle 22 in die Dosiereinrichtung 2 steuert.
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Die in Fig.2 gezeigte Mischeinrichtung 4 der Explosionsbeschichtungsanlage
hat zwei Kammern in einem auseinandernehmbaren Gehäuse 23, welches sich aus einer
Verteilerplatte 24, einer Mischkammer 25 und einem Deckel 26 zusammensetzt, die
miteinander verbunden sind.
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Der Hohlraum der ersten, in der Gaszuführungsrichtung angeordneten
Kammer 27 der Mischeinrichtung 4 wird von der Wandung eines ringförmigen Hohlraumes
28 der Mischkammer 25 und von der daran anliegenden Fläche D der Verteilerplatte
24 gebildet, die durch einen Zentrierungsansatz 29 der Mischkammer 25 gegen eine
Radialverschiebung fixiert ist.
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Die Kammer 27 ist in zwei Halbkammern 30 bzw. 31 mit Hilfe einer
Prallscheibe 32 aufgeteilt, welche ein intensives Vermischen von der Kammer 27 zugeführten
Gasen infolge mehrmaligen Abprallens der Gasstrahlen ermöglicht. Die Prallscheibe
32 ist auf einen Zylindermantel 33 des Ansatzes 29 aufgesetzt.
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Die Halbkammern 30 und 31 sind miteinander mittels durchgehender,
in der Prallscheibe 32 ausgeführter Kanäle 34 (F i g. 3) verbunden. Um eine stark
turbulente Strömung beim Vermischen von Gasen in der Halbkammer 31 zu erzeugen,
haben die Kanäle 34 eine tangentiale Neigung wie es in F i g. 3 und 4 gezeigt ist.
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Dabei sind die Einlauföffnungen der Kanäle (in der Ebene E) bezüglich
der Auslauföffnungen (in der Ebene D) von in der Verteilerplatte 24 ausgeführten
Einlaufkanälen 36 und 37 (Fig. 2, 3) entlang eines Kreises versetzt.
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Der Hohlraum der zweiten Kammer 38 (F i g. 2) der Mischeinrichtung
4 wird von der Wandung des ringförmigen Hohlraumes eines Zentrieransatzes 40 des
Deckels 26 und von der Wandung einer den Ansatz 40 umschließenden und den Hohlraum
42 der Mischkammer 25 von der ersten Kammer 27 trennenden Zwischenwand 41 gebildet.
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In der Mitte der Mischkammer 25 ist eine Düse 43 vorgesehen, von
deren kegelförmigem Unterteil mehrere zu einem Ring angeordnete Düsen 44 abgehen.
Mit der Düse 43 der Mischkammer 25 und der mit dieser auf gleicher Achse liegenden
Düse 45 der Verteilerplatte 24 bilden die Düsen 44 einen Einlaufkanal 46 zur Zuführung
einer der Komponenten des Explosionsgemisches in die Kammer 38.
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Die Einlaufkanäle 36,37 und 46 der Mischeinrichtung 4 sind mit den
Auslauföffnungen der auf der Verteilerplatte 24 montierten elektromagnetischen Ventile
9,10 und 11 verbunden.
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Die Kammern 27 und 38 der Mischeinrichtung 4 sind miteinander mittels
in der Zwischenwand 41 ausgeführten durchgehenden Kanälen 47 zur Zuführung des in
der Kammer 27 entstandenen und aus einer der Komponenten des Explosionsgemisches
und dem Neutralgas bestehenden Gasgemisches in die Kammer 38 verbunden.
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Der Auslaufkanal 48 der Mischeinrichtung 4 stellt eine im Deckel
26 ausgeführte und mit dem darauf montierten Rückschlagventil 49 verbundenen Düse
dar.
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Der Einlauf der Düse 48 ist von einer Nabe 50 der Mischkammer 25 gesperrt,
welche mit einem Zwischenspalt einen zylinderförmigen Ansatz 51 des Deckels 26 umschließt,
wodurch zusätzliche Bedingungen zum
Kreuzen und Abprallen der Gasstrahlen
geschaffen werden, was zum intensiven Durchmischen der Gase führt.
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Außer den bereits erwähnten elektromagnetischen Ventilen 9, 10 und
li, von denen das Ventil 9 an die Quelle 5 (F i g. 1) eines Oxydierungsmittels,
z. B.
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Sauerstoff, das Ventil 10 an die Quelle 7 des Neutralgases und das
Ventil 11 an die Quelle 6 eines Brennstoffes, z. B. Acetylen, angeschlossen sind,
ist auf der Verteilerplatte 24 (F i g. 2, 5, 6) ein an die Quelle 8 (Fig. 1) des
Neutralgases angeschlossenes elektromagnetisches Ventil 12 angeordnet. Über einen
Kanal 52 (Fig.6) ist dieses Ventil 12 mit dem Hohlraum 17 (Fig.l) der Sicherungsvorrichtung
3 verbunden. Das von der Quelle 8, dem Kanal 52 und dem Ventil 112 gebildete System
dient der Füllung des Hohlraumes der Sicherungsvorrichtung 3 mit Neutralgas nach
der Zuführung des Gasgemisches in die Explosionskammer 1 sowie dem Durchblasen der
Sicherungsvorrichtung 3 und der Explosionskammer 1 nach dem Ausschleudern des Beschichtungsgutes.
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Die Anlage arbeitet folgendermaßen: Die elektromagnetischen Ventile
9, 10 und 11 werden entsprechend den Befehlen der Steuereinheit 20 (Fig. 1) geöffnet.
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Aus der Quelle 5 gelangen durch das Ventil 9 und den Einlaufkanal
36 (Fig. 2) Sauerstoff und aus der Quelle 7 durch das Ventil 10 und den Einlaufkanal
37 Neutralgas, z. B. Stickstoff, in die Kammer 27 der Mischeinrichtung 4. Die beiden
Gasstrahlen prallen gegen die Oberfläche der Prallscheibe 32. Sie werden dabei mehrmals
von der Oberfläche der Prallscheibe 32 und der Fläche D der Verteilerplatte 24 reflektiert,
infolgedessen in der Halbkammer 30 ein intensives Durchmischen der zugeführten Gase
stattfindet. Durch die mit tangentialer Neigung ausgeführten Kanäle 34 (Fig.3, 4)
der Prallscheibe 32 treten die Strahlen des dabei entstandenen Gasgemisches in die
Halbkammer 31 ein, wo sie durch die von den Kanälen 34 erzwungene Wirbelung noch
intensiver vermischt werden.
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Aus der Quelle 6 (F i g. 1) wird durch das Ventil 11 und den Einlaufkanal
46 (Fig. 2) dem Hohlraum der Kammer 38 der Mischeinrichtung 4 von den Düsen 44 in
kleine Strahlen zerteiltes Acetylen zugeführt. In der
Kammer 38 findet seir intensives
Vermischen mit dem aus den Düsen 47 einströmenden Stickstoff-Sauerstoff-Gemisch
statt. Bei dieser zweistufigen Gewinnung des Gasgemisches wird die Explosionsgefahr
in der Vermischungszone ausgeschlossen, da mit dem Acetylen nicht der hohe Aktivität
aufweisende reine Sauerstoff, sondern das nicht so aktive Gemisch von Sauerstoff
und Stickstoff vermischt wird. Das dabei gewonnene Gasgemisch hat dieselbe Homogenität
wie das mit einer Einkammer-Mischeinrichtung erhaltene.
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Durch den von der Nabe 50 und dem Ansatz 51 gebildeten ringförmigen
Hohlraum, den Auslaufkanal 48 und das Ventil 49 gelangt das Gemisch in den Einlaufhohlraum
17 (F i g. 1) der Sicherungsvorrichtung, füllt das Schlangenrohr 15 durch die Poren
der Zwischenwand 16 und Spalte des Gitters 14, wobei die Reste des Explosionsgemisches
in die Explosionskammer 1 ausgedrückt werden. Danach werden sämtliche Ventile geschlossen.
Der Impulsgenerator 18 gibt ein Signal an die Zündkerze 19, die das Explosionsgemisch
in der Kammer 1 entzündet. Die dabei gebildete Detonationswelle schleudert die Pulverteilchen
des Beschichtungsgutes aus der Explosionskammer 1 auf das vor ihrem offenen Ende
angeordnete Werkstück C Danach gibt die Steuereinheit 20 den Befehl zum Öffnen des
Ventils 12, um die Sicherungsvorrichtung 3 und die Explosionskammer 1 mittels Neutralgas
durchzublasen.
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Der Stickstoff strom; aus der Quelle 8 durch den Kanal 52 (F i g.
6) in den Hohlraum 17 der Sicherungsvorrichtung 3 und weiterhin durch die Zwischenwand
16 (Fig. 1), durch das Gitter 14 und das Schlangenrohr 15 in die Explosionskammer
1 und bläst aus dieser sämtliche Reste von den von der Explosion verbleibenden Verbrennungsprodukten
heraus.
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Danach wiederholt sich der beschriebene Zyklus.
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Aufgrund des konstruktiven Aufbaus der Mischeinrichtung der Explosionsbeschichtungsanlage
läßt sich im Vergleich zu herkömmlichen Anlagen ein homogenes Gasgemisch gewinnen.
Dies ermöglicht es, die Entstehung und Fortpflanzung der Detonationswelle zu stabilisieren
und demzufolge Pulverteilchen des Beschichtungsgutes gleichmäßig zu erwärmen, was
hochwertige Beschichtungsoberflächen mit konstanten Eigenschaften zur Folge hat.
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