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Beschreibung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Beschichtung
durch Hochtemperaturspritzen und betrifft insbesondere eine Explosions bes@ @el
ungsanlage. Die Erfindung kann in Metallurgie, chemischer Industrie, Energetik,
im Maschinenbau und in anderen Industrie zweigen beim Herstellen von stark beanspruchten
und einem mechanischen, Korrosions-, Egrosions-oder Wärmeverschleiß ausgesetzten
Erzeugnissen verwendet werden.
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Versuchsweise wurde festgestellt, daß<die Beschichtungsqualität>die
Unstabilität der Betriebsdaten des Vorganges zum Aufbringen einer Beschichtung auf
das Werkstück durch Hochtemperaturspritzentbeeinträchtigt. Deswegen beziehen sich
alle Verbesserungen dieses Vorganges auf die Anlage zu dessen Durchführen, deren
Schema sich praktisch nicht geändert hat, und bezwecken die Stabilisierung einiger
Betriebsdaten des Vorganges, beispielsweise der Puiverdosis, die in die Explosionskammer
eingeblasen wird (s. US-PS 3 884 415, Int.Cl. 239-799 1975) oder Homogenität und
Beständigkeit der Zusammensetzung des Gasgemisches, welches in die Explosionskammer
eingeführt wird (s. US-PS 3 773 259, Int.Cl. 239/81, 1973) usw.
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Die bekannten Explosions beschichtungsanlagen funktionieren allerdings
unregelmäig. Eine derartige Störung, beispielsweise Versagen?? der Anlage, d.h.
das Fehlen des Schusses im Laufe einer vorgegebenen Zeitspanne beeinträchtigt die
Beschichtungsqualität, vor allem dann, wenn die Anlage nach dem Versagen nicht abgeschaltet
wird, da der nachfolgenden Schuß der Anlage unter Veränderung der Dosis oder Lagerung
des Pulvers in dem Rohr der Anlage erfolgt (s. Anmeldung Aktenzeichen P 2 908 864
0
vom 7.3.79, BRD).
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Die genannte Anlage enthält eine in Form eines an einem Ende geschlossenon
Rohres ausgeführte Explosionskammer und eine an dieser angeordnete Zündkerze zur
Erzeugung der Detonation und zwei mit der Explosionskammer verbundene Systeme zum
Zuführen des Pulvers bzw. zum Zuführen des Gasgemisches, wobei das System zum Zuführen
des Pulvers eine Dosiereinrichtung und eine mit einem Ventil versehene Rohrleitung
zum Zuführen des Trägergases in die Dosiereinrientung und das System zum Zuführen
des Gasgemisches eine über Ventile mit Gasquellen verbundene Misoheinrichtung aufweisen.
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Das Steuersystem der Anlage enthält eine Steuereinheit, welche über
Steuer leitungen mit der Zündkerze, dem Ventil der Dosiereinrichtung und den Ventilen
der Mischeinrichtung elektrisch verbunden ist, Die Steuerkreise weisen Kontakte
eines elektromagnetischen Relais auf, welches zu einem Rückkoppelkreis mit einem
vor dem offenen Ende des Rohres angeordneten und zur Bestimmung der Anwesenheit
des Pulvers in den Detonationsprodukten nach der Helligkeit deren Strahlung dienenden
Geber gehört.
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Bei dem Fehlen des Schusses im Laufe einer vorgegebenen Zeitspanne
("Versagen") liefert der Geber kein Signal an die Wicklung des Relais, was zur Kontakttreniiung
des Relais in den Steuerkreisen sowie zum Abschalten der Anlage und folglich zur
Verhinderung der besagten negativen Einwirkung auf die Beschiahtungsqualität führt.
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Eine andere Betriebsstörung der Anlage welche auch die Beschichtungsqualität
beeinträchtigt und die Anlage zerstören I8nn, besteht darin, daß ein "Rüskschlag",
d.h. eine Detonationswelle, direkt in der
Explosionskammer oder
in der Nähe von dem zu bearbeitenden Werkstück entsteht und über alle Verbindungselemente
in die Explosionskammer zurückkommt.
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In den bekannten Anlagen wurden jedoch verschiedene 'laßnahmen zur
Verhinderung der zerstorenden Einwirkungen des Rückschlages durchgeführt. nach dem
Füllen der Explosionskammer mit dem iisxpiosionsgemisch werden sämtliche Keste des
letzteren aus der Mischeinrichtung mittels eines Inertgases ausgespült.
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Um einen Widerstand auf dem Weg der Detonationswelle zu erzeugen,
steht die Mischeinrichtung über eine Hohrschlange, die auch mit dem Inertgas gefüllt
wirdS mit der Explosionshammer in Verbindung.
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Die Gefahr des Rückschlages wira damit nicht ausgeschlossen0 Das
Explosionsgemisch kann beispielsweise vor aem einblasen der Mischeinrichtung mit
einem Inertgas sowie nach der berührung mit den auf hohe Temperaturen erwärmten
inneren Bauteilen des Rohres oder mit der aufgebrachten Beschichtungsschicht entzündet
werden0 Das beschriebene Steuersystem der Explosionsanlage spricht auf Rückschläge
nicht an, was während des nachfolgenden Betriebs zyklus der Anlage zu wesentlichen
verrahrenstechnischen Schwierigkeiten und Verschlechterung der Beschichtungsqualität
führt.
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Zweck der Erfindung ist es, den beschriebenen Mangel zu beseitigen.
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ver Erfindug liegt die Aufgabe zugrunde, eine Explosionsbeschichtungsanlage
zu schaffen, welche eine Erhöhung der Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit durch
derartige Ausführungsformen des Steuersystems gewährleistet, welche es ermöglichen,
die Anlage beim Entstehen eines Rückschlages automatisch abzuschalten.
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Diese Aufgabe wird in einer Explosions beschichtungsanlage, enthaltend
eine in Form eines an einem sunde gesclilosseen Rohres
ausgeführte
Explosionskammer, eine in dem Rohr angeordnete Zündkerze, ein System zum Zuführen
des Gasgemisches mit einer über Ventile an Gasquellen und an die Explosionskammer
angeschlossenen Mischeinrichtung ein System zum Zuführen des Pulvers mit einer über
ein Ventil mit einer Quelle. des Trägergases und der Explosionskammer verbundenen
Dosiereinrichtung und ein Steuersystem, welches eine Steuereinheit, die über Steuer
leitungen mit der Zündkerze, dem Ventil der Dosiereinrichtung und den Ventilen der
.5ischeinrichtung elektrisch verbunden ist, und einen Rückkoppelkreis mit einem
Geber aufweist, wobei der Geber vor dem offenen Ende des Rohres angeordnet und mit
der Wicklung eines Kontakte in den S',euerS g besitzenden elektromagnetischen Relais
elektrisch verbunden ist, gemäa der Erfindung dadurch gelöst, daß der Rückkoppelkreis
eine logische, ausgangsseitig mit der Wicklung des elektromagnetischen Relais verbundene
ODER Schaltung aufweist, deren erster Eingang über einen Signal former an den Ausgang
des Gebers und deren zweiter Eingang über ein Verzögerungsglied an die Zündkerze
angeschlossen sind.
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Eine derartige Ausführungsform des Steuersystems ermöglicht es, die
Explosions beschichtungsanlage sowohl beim "Versagen", als auch beim Entstehen des
Rückschlages abzuschalten, wodurch die verfahrenstechnischen Schwierigkeiten des
Beschichtungsauf tragens sowie die Möglichkeit der Entstehung von Betriebsstörungen
verhindert werden. Die beschriebene ExplosionsbeschichtLUlgS anlage zeichnet sich
im Vergleich zu den bekannten Anlagen durch erhöhte Betriebssicherheit aus.
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Der Signalgeber des Rückkoppelkreises des Steuersystems
kann
in Form eines Multivibrators mit einer Gleichgewichtslage ausgeführt werden. Beine
derartige Ausführungsform des Signalgebers samt dem Verzögerungsglied, welches an
die Zündkerze angeschlossen ist, ermöglicht es, das Steuersignal der Zündkerze und
das Gebersignal @@ gleicher Länge zu erhalten.
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im weiteren wird die Erfindung an Hand von konkreten Aus führungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeich nungen näher erläutert, Es zeigt: Fig.
1 ein Funktionsbild der erfindungsgeinaßen Explosionsm bes chichtgsanlage; Fig.
2 eine logische ODER - Schaltung der erfindungsgemäßen Explosionsbechichtungsanlage;
Fig. 3 ein Funktionsbild der vorteilhaften Ausführungs form der Erfindung.
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@es@nlontungsanttage Die erfindungsgemäße Explosions weist eine Explosionskammer
1 und)mit dieser verbunden ,ein System 2 zum Zuführen des Gasgemisches und ein System
3 zum Zuführen des pulverförmigen Beschichtungsgutes auf.
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Die Explosionskammer 1 hat; die Form eines an einem Ende geschlossenen
Rohres.
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Das System 2 zum Zuführen des Gasgemisches enthält eine Mischeinrichtung
4, welche über Ventile 5, 6 und 7 mit Quellen 8, 9 und 10 von derartigen Gasgemischkomponenten,
wie Brennstoff (beispielsweise Azetylen), Oxyhdierungsmittel (beispielsweise Sauerstoff
) und Inertgas (beispielsweise Stickstoff ) verbunden ist.
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Das System 3 zum Zuführen des Pulvers enthält eine Dosier einrichtung
12, welche uber eine Rohrleitung 13 mit der Quelle
10 von Inertgas
verbunden ist. Als Trägergas dient bei der Zugabe des Pulvers aus der Dosiereinrichtung
12 über ein Anschlusrohr 14 in die Explosionskammer 1 das Inertgas. In der Rohrleitung
13 vor der- Dosiereinrichtung 12 ist ein Ventil 15 angeordnet.
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Innerhalb der Explosionskammer ist eine Zündkerze 16 untergebracht.
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Die Explosions beschichtungsanlage enthält ferner ein Steuersystem,
welches eine uber Steuer leitungen 18, 19, 20 und 21 mit der Zündkerze 16, dem Ventil
15 der Dosiereinrichtung 12 und den Ventilen 5, 6 und 7 der Mischeinrichtung 4 verbundene
Steuereinheit 17 besitzt. Die Steuereinheit 17 stellt ein elektromechanisches oder
elektronisches Kommandogerät dar.
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Das Steuersystem der erfindungsgemäßen Explosionsplattieranlage enthält
einen Rückkoppelkreis 22 mit einem vor dem ottenen Ende des Rohres angeordneten
Geber 23. Der Geber 23 stellt eine Fotodiode dar, welche für die Strahlung der Detonationsprodukte
empfindlich ist. Als eine fotodiode kann eine andere Einrichtung, beispielsweise
eine Fotodiodewiderstandszelle verwendet werden.
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Als weber kann auch ein eine andere Wirkungsweise aufweisender Geber,
beispielsweise ein Ionisierungsgeber, welcher auf eine Änderung der Leitfähigkeit
des Mediums zwischen seinen.
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Elektroden reagiert, verwendet werden.
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Der Rückkoppelkreis 22 weist gemäß der Erfindung eine lotische, ODER
Schaltung 24 auf, deren erster Eingang 25 über einen SignaZS 26 mit dem Ausgang
des Gebers 23,
zweiter Eingang 27 über ein Verzögerungsglied 28
lait der Zündkerze 16 und der Ausgang mit einer Wicklung 29 eines elektromagnetischen,
Kontakte 31, 32 und 33 in den Steuerkreisen von 18 bis 20 aufweisenden Relais 30
verbunden sind. In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung sind diese
Kontakte als Ruhekontakte ausgeführt.
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Die logische, ODER - Schaltung 24 enthält am Ausgang ein logisches
ODER-Glied 34 mit einem ersten und zweiten Eingang35 bzw. 36 (s. blig. 2). Der erste
Eingang 25 der Schaltung 24 ist über hintereinander geschaltete NICHT- und UND--Glieder
37 bzw. 38 an den ersten Eingang 35 des logischen Gliedes 34 und über das logische
UGD-Glied 39 an den zweiten Eingang 36 des logischen Gliedes j4 angeschlossen Der
zweite Eingang 27 der Schaltung 24 ist über hintereinander geschaltete. logische
NICHT- und UND-Glieder 40 bzw. 39 an den zwei ten Eingang 36 des logischen Gliedes
34 und über das logische UND-Glied 38 an den ersten Eingang 35 des logischen Gliedes
34 angeschlossen.
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Der Signal former 26 dient zur Umformung des kurzen Signals des Gebers
23 in ein Signal, dessen Dauer der Dauer der Impulsfolge, welche an die Zündkerze
16 als Speisespannung ankommt, vergleichbar ist, und stellt einen kultivibrator
mit einer leichgewichtslage oder eine beliebige zur erwähnten Umformung dienende
Einrichtung, beispielsweise ein Relais mit Ansprechverzögerung dar. Der Geber 23
ist über hintereinander geschaltete Leistungsverstärker 41 und Spannungsverstärker
42 an den Eingang des Formers 26 angeschlossen.
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Das Verzögerungsglied 28 dient zur zeitlichen Verschiebung des Steuersignals
aer zündkerze um die Zeitgröße, im deren
Laute aie Detonationswelle
den Weg von der Zündkerze 16 bis zu dem weber 23 verläuft.
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In der vorteilhaften Ausführungsform der erfindung sind eie Kontakte
der Steuerkreise von 18 ois 20, die mit Bezugszeichen 31', 32' und 33' bezeichnet
sind, als Ruhekontakte ausgetührt und das elektromagnetische Relais Ja weist eine
zusätzliche Wicklung 43 auf. Als elektromagnetischesRelais 30 kann in diesem Falle
ein @ekanntes polarisiertes Relais mit gegensinnig geschalteten Wicklungen 29 und
43 verwendet werden. Der Geber 23 stellt eine Fotodiode dar und ist über einen Kreis
44 aus der Hintereinanderschaltung einer RC-Schaltung 45, einem Leistungsverstärker
46 und einem Schalter 47 mit der Wicklung 43 elektrisch verbunden. Die Schaltung
45 ist eingangsseitig an den Ausgang des Leistungsverstärkers 41 angeschlossen.
Der Schalter 47 weist zwei Stellungen A und B auf.
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Die Stellung A entspricht den Betriebsdaten der Anlage vor und während
dem ersten Schuß und gewährleistet die Verbindung der Wicklung 43 des Relais 30
mit der Gleichspannungsquelle E.
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Der Kreis 44 weist auch ein Gerät 48 zur visuellen Prüfung der Pulvermenge
in den Detonationsprodukten auf.
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Eine derartige Ausführungsform des Steuersystems der Anlage ge ermöglicht
es, die Anlage in dem Falle des Leerschusses, d.h.
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bei der Explosion des Gasgemisches ohne pulverförmiges Beschichtungsgut,
dessen Zugabe in die Sxplosionskammer mit Verspätung erfolgt oder überhaupt nicht
erfolgt, abzuschalten.
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Die beschriebene Anlage funktioniert wie folgt.
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Beim Eindrücken des Knopfes Ein" an dem Steuerpult /in der
Zeichnung
nicht gezeigt/ erzeugt periodisch die Steuereinheit 17 /Fig. 1/ Steuersignale, deren
erstes über den geschlossenen Kontakt 33 an die Ventile 5 und 6 gelangt.
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Gleichzeitig gelangt das Steuersignal über die Leitung 21 an das Ventil
7, wodurch die erwähnten Ventile geöffnet werden und die betreffenden Gase aus den
Quellen 8, 9 und 10 in die Mischeinrichtung 4 einströmen, wo sie vermischt werden.
Das erhaltene Gasgemisch gelangt über die Rohrschlange 11 in die Explosionskammer
1. Die Steuereinheit 17 erzeugt ein Steuersignal, welches silber die Le itting 19
und den kontakt 32 an das Ventil 15 gelangt. Das Ventil 15 wird damit geöffnet.
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Die Offnungszeit des Ventils 15 ist dabei der Dauer dieses Sig nals
gleich und gewährleistet den Eintritt des Inertgases aus der Quelle 10 in die Dosiereinrichtung
12.Dieses befördert das pulverförmige Beschichtungsgut über den Rohranschluß 14
in die Expiosionskammer 1. Nach dem Einfüllen der Explosionskammer 1 mit dem Gasgemisch
und dem pulverförmigen ßeschichtungsgut erzeugt die Einheit 17 das Steuersignal,
welches über die Leitung 20 an die Ventile 5 und 6 gelangt.
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Die Ventile 5 und 6 werden damit für Oxydierungsmittel und Brennstoff
abgesperrt. Das Ventil 7 bleibt in dieser Zeit offen0 Sämtliche Reste des Gasgemisches
werden aus den Raume der Mischeinrichtung 4 und Rohrschlange 11 in die Explosionskam
mer 1 mit Hilfe von Inertgas ausgetrieben.Die Einheit 17 liefert über die Leitung
21 ein Signal an das Ventil 7, wodurch das letztere abgesperrt wird, und über die
Leitung 18 direkt über den geschlossenen kontakt 31 ein Signal an die Zündkerze
16, wodurch eine Funkenbildung erfolgt.
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In der Explosionskammer 1 entsteht damit eine Explosion.
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Die lmpulsfolge gelangt an die Zündkerze 16 als Steuersignal und mit
einer Zeitverzögerung über das Glied 28 an den Eingang 27 der logischen, ODER -
Schaltung 24.
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Das aufzutragende pulverförmige Beschichtungsgut wird durch die zu
dem Ausgang des Rohres mit hoher Geschwindigkeit 3trömenden Detonationsprodukte
mitgenommen, erwärmt und beschleunigt. Außerhalb des Rohres stoßen die Pulverteilchen
gegen die Oberfläche des Werkstückes, welches sich in Richtung deren Bewegung befindet,
und bilden darauf eine Beschichtungsschicht in Form eines Fleckes. Der Geber 23
reagiert auf die Strahlung der Detonationsprodutte,deren Helligkeit der lenge der
schwebenden Pulverteilchen proportional ist, und liefert an die Verstärker 41 und
42 sowie an den Former 26 ein elektrisches Signal, wo dieses umgeformt wird tmd
von dem Ausgang des Formens 26 an den Eingang 25 der Schaltung 24 gleichzeitig mit
dem an den Eingang 27 der erwähnten Schaltung ankommenden Ausgangssignal des Verzögerungsgliedes
28 gelangt. Wenn der Geber 23 als ein ionisierter Geber ausgeführt ist, erzeugt
er dann ein elektrisches Signal, weil er auf die änderung der Leitfähigkeit des
Ivltediums zwischen seinen Glektroden beim Ausströmen der Detonationsprodukte reagiert.
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Bei Anwesenheit der beiden Signale an den Eingängen 25 und 27 der
Schaltung 24 entsteht an deren Ausgang kein Signal /da durch die logischen NiCHT-Glieder
37 und 40 das I-Signal in das O-Signal umgeformt wird, s. Fig. 2/, infolgedessen
die Wicklung 29 des elektroiüagnetischen Relais 30 /Fig. 1/ stromlos wird, dessen
Kontakte von 31 bis 33 geschlossen werden.
Dementsprechend erfolgt
in dem nächsten Arbeitszyklus der Anlage störungsfreies Durchlaufen der Steuerimpulse
in der beschriebenen Reihenfolge.
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beim "Versagen" oder Rückschlag gelangt an die Schaltung 24 nur ein
Signal. Beim Versagen" entstehen an dem Ausgang des Rohres keine Detonationsprodukte,
weswegen der Geber 23 kein elektrisches Signal erzeugt und folglich an den Eingang
25 der Schaltung 24 kein Signal gelangt. Von dem Eingang 27 der Schaltung 24, an
welchen ein elektrischer Impuls gelangt7 gelangt das erwähnte Signal an Gas UND-Glied
38 /Fig. 2/. Da an den eingang des logischen NICHT-Gliedes 37 das Signal gelangte
entsteht an dessen Ausgang das 1-Signal, welches danach an den anderen Eingang des
logischen ÜN1)-Gliedes 38 ankommt. An dem Ausgang dieses Gliedes entsteht deswegen
ein Signal, welches dansch an den Eingang 35 des logischen ODER-Gliedes 34 gelangt.
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An den anderen Eingang 36 aes logischen Gliedes 34 gelangt das Signal,
da auf dem Weg des von dem Eingang 2/ ankommen den I-Signals das logische NiCHT-Glied
40 angeordnet ist. An dem als Ausgang der logischen Schaltung 24 dienenden Ausgang
des logischen ODER-Gliedes 34 entsteht ein Verbotssignal, welches aas Ansprechen
des elektromagnetischen Relais 30 /Xvig.1/ hervorruft. Nach einer Zeitspanne, deren
Dauer dei vorgegebene aufe @nander Zeitspanne zwischen zwei Cfolgenden Signalen
zur Auslösung der detonation in der Sxplosionskammer 1 überschreitet, erfolgt die
kontakttrennung der Kontakte von 31 bis 33 mit der Leitverzögerung, wodurch die
Steuerkreise von 18 bis 20 und die ganze Anlage abgeschaltet werden.
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Bei einem Rückschlag kommt ein Signal von dem Geber 23 früher als
das von der @peiseleitung der Zündkerze 16 abgenommene Signal, so daß den eingang
27 der logischen ODER Schaltung 24 das O-Signal und an den Eingang 36 des logischen
Gliedes 34 /Fig. 2/ ein I-Signal von dem Ausgang des logischen UND-Gliedes 39 gelangen
und an die beiden Eingänge des UND-Gliedes 38 /von dem Ausgang des logischen NICHT-Gliedes
40 und von dem Eingang 25/ die I-Signale gelangen, während an den Eingang 35 des
O-Signal gelangt iweil das I-Signal von dem Eingang 25 in das O-Signal mit Hilfe
von dem logischen I'ICHT-Glied 37 umgeformt wird/. An dem Ausgang des ODER-Gliedes
34 entsteht anschließend das Verbotssignal, wodurch die Explosions beschichtungsanlage,
wie es oben beschrieben wurde, abgeschaltet wird.
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Im Unterschied zu den oben beschriebenen Ausführungsvarianten der
Erfindung wird die in Fig. 3 gezeigte Explosionsbeschic;=-tungsanloge vor allem
dann in Betrieb gesetzt, wenn der Schalter 47 vor dem ersten Arbeitszyklus in die
Stellung i gebracht wird. Dabei wird der Wicklung 43 des elektromagnetischen Relais
30 die Speisespannung von der Gleichspannungsquelle E zugeführt, infolgedessen die
Kontakte von 31 bis 33' des Relais in den Kreisen von 18 Dis 20 geschlossen werden
und an die Ventile 5, 6, 7 und 15 sowie an die Zündkerze 16 gelangen die Steuersignale
in der oben beschriebenen Reihenfolge. Vor dem zweiten arbeitszyklus /nach dem ersten
Schuß/ wire der Schalter 47 in die Stellung ii gebracht. bei dem normalen Betrieb
der sxplosions beschichtungsanlage gelangt an die Wicklung 43 das Signal von dem
Geber 23, welches in dem Verstärker 41, der RC-Schaltung
45 und
dem Verstärker 46 umgeformt wird, infolgedessen die einen Kontakte von 31' bis 33'
geschlossen werden. Bei # Rückschlag oder beim ffersagen" iii:t'ole einer Abweichung
der Ausgangssignale des Gliedes 28 und des holmers 26 entsteht an dem Ausgang aer
ODER - Schaltung 24 ein Verbotssignal, welches an die Wicklung 29 des relais 30
gelangt. va die die Wicklung 43 speisende Speisespannung in dem Kreis 44 von uem
Signal des Gebers 23 andere Polarität aufweist und die die Wicklung 29 speisende
Spannung uberschreitets wird die letztere auf die Kontakte von 31' bis 33 stärker
einwirken. Die Kontakte werden getrennt und die Explosionsbeschichtungsanlage wird
abgeschaltet. Bei einem Leerschuß entsteht keine Abweichung der Ausgangssignale
des Gliedes 28 und des Formers 26, deswegen die Wicklung 29 stromlos wird . Die
die Wicklung 43 speisende Spannung ist aber für die Halterung der Kontakte von 31
1 bis 332 in dem geschlossenen Zustand infolge einer schwachen Helligkeit der Detonationsprodukte
in Abwesenheit des Pulvers unzureichend, infolgedessen die Explosionsbeschichtungsanlage
beim Leerschuß abgeschaltet wird und der Beschichtungsvorgang in den nächsten Arbeitszyklen
störungsfrei verläuft0 Die beschriebene Explosions besc@ichtungsanlage ermöglicht
eso wesentliohe Abweichungen von dem normalen verfahrenstechnischen Zyklus auszuschließen
und hohe Qualität der aufzutragenden Beschichtung zu erreichen. Die Explosions beschientungsanlage
ist außerdem betriebssicher.