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Vorrichtung zum Entgraten von Werkstücken aus kälteverspröd-
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baren Werkstoffen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entgraten
von Werkstücken aus kälteversprödbaren Werkstoffen mit einem um eine geneigte Achse
drehantreibbaren, die Werkstücke aufnehmenden Behälter und einem Strahlmittel zuführenden
Schleuderrad.
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Eine der Gattung entpsrechende Anordnung ist aus der DE-PS 25 16 721
bekannt: beispielsweise Gummiformlinge werden in einem weiten, mit schräggestellter
Achse rotierenden Behälter eingebracht, durch Verdampfung flüssigen Stickstoffes
versprödet und mittels eines Schleuderades mit dem Strahlmittel beaufschlagt. Der
als Behälter vorgesehene Trog weist zwar eine im allgemeinen wünschenswert große
Kapazität auf, die sich jedoch nur nutzen läßt, wenn große Mengen gleicher Werkstücke
behandelt werden, während in der Praxis oft der Wunsch besteht, größere Mengen unterschiedlicher
Werkstücke zu entgraten, die dem Strahlmittel separat auszusetzen sind.
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Durch die schräge Anordnung des rotationssymmetrischen Troges wird
zwar eine gewisse Umwälzung der eingebrachten Werkstücke erzielt, die eine gleichmäßige
Einwirkung auf die einzelnen Werkstücke sichern soll und einerseits einen übermäßigen
Abrieb einzelner Werkstücks und eine Mangelbestrahlung anderer ausschließen sollen
Und durch Verteilung der Einwirkung die erforderliche Strahlzeit abkürzen, die hierbei
erreichte Umwälzung wird aber in der Praxis oft noch als mangelhaft empfunden, zumal
die verwendeten Schleuderräder
einen nur reTativ engen Abstrahlwinkel
erreichen.
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Nach der DE-OS 28 46 174 soll ein zentrales Schleuderrad von einer
Anzahl mit den Werkstücken beschickbarer, drehantreibbarer zylinderförmiger Behälter
umgeben sein, deren Achsen radial auf die der Welle des Schleuderrades gerichtet
sind. Ein separater, das Schleuderrad umfangender Schaufelkranz soll sowohl die
Breite des erzielten Strahles vergrößern als auch die über den Umfang auftretende
Strahlen auf die Eintrittsöffnungen der Behälter ausrichten. Hierbei lassen sich
unterschiedliche Werkstücke in unterschiedlichen Behältern zeitlich parallel bearbeiten,
es hat sich jedoch erwiesen, daß die Strahlleistung üblicher Schleuderräder sich
als mangelhaft erweist, und, wie bei den übrigen bekannten Anordnungen, sowohl die
Beschickung und Entleerung sich als unerwünscht zeitraubend erweist, während der
Verbrauch des zur Versprödung benutzten flüssigen Stickstoffes unerwünscht hoch
ist.
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In der DE-OS 31 10 062 werden ein Schleuderrad und Anordnungen zu
dessen Benutzung aufgeführt, wobei der Aufbau des Schleuderrades zu einem relativ
breiten Strahlbild beiträgt, so daß die in einem Behälter eingebrachten Werkstücke
ohne wesentliche Prallwände, Umlenkschaufeln o.dgl. primär mit dem Strahlmittel
in breitem Strahlwinkel und damit großflächig beaufschlagt werden, aber auch hier
lassen sowohl die Strahlverteilung als auch die Auswirkung des Strahles auf die
Werkstücke ebenso zu wünschen übrig wie der unerwünscht hohe Stickstoffverbrauch.
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Die Erfindung geht daher von der Aufgabe aus, eine Anordnung zu schaffen,
die durch optimale Einwirkung des Strahlmittels auf die Werkstücke und eine verbesserte
Umwälzung derselben extrem kurze Strahlzeiten erlaubt, wobei auch die Nebenzeiten
durch einfaches Be- und Entladen des Zylinders gekürzt werden sollen und gleichzeitigKder
Verbrauch an flüssigem Stickstoff auf ein Minimum gesenkt wird.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruches
1 bezeichneten Maßnahmen. Durch die thermische Isolierung des Behälters werden die
Wärmeverluste auf ein geringes Maß gedrosselt, wobei Sorge dafür getragen wird,
daß auch das Strahlmittel selbst innerhalb der thermischen Isolierung des Behälters
verbleibt und somit keine unerwünschte, durch Zugabe weiteren Stickstoffes wieder
abzuführende Wärme aufnimmt. Damit wird ein geschlossener, gedrängter Aufbau eines
praktisch geschlossenen Systems erreicht, bei dem zwar zu Beginn jedes Zyklus die
eingebrachten Werkstücke abzukühlen sind, die übrigen Teile jedoch, beispielsweise
das Strahlmittel, stets im in vorhergehenden Arbeitszyklen erreichten Temperaturstand
bleiben und damit keine gesonderte Zufuhr flüssigen Stickstoffes erforderlich machen.
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Um trotz des geschlossenen und isolierten Aufbaues die Entlastung
des Behälters ebenso wie dessen Beschickung schnell durchführen zu können, so daß
nicht nur eine höhere Leistung erreicht wird, sondern auch Erwärmungsverluste weitgehend
eingeschränkt sind, werden die Maßnahmen der folgenden Unteransprüche eingeführt,
nach denen eine Deckplatte des Gehäuses von diesen zum Ausfahren des als Korbes
ausgebildeten Behälters abgezogen wird und durch Schwenken der Deckplatte inklusive
des in dieser gelagerten Korbes das Ent- und Beladen praktisch automatisiert durchführbar
ist, zumal wenn nach einem der Unteransprüche ein vorbereiteter, die nächste Charge
enthaltender Beschickungsbehälter seinen Inhalt mechanisiert zu übergeben vermag.
Eine ausgezeichnete Umwälzung wird durch einen Drehantrieb des leicht-.schräg gehaltenen
Korbes erreicht, dessen aus perforierten Blechen gebildete Wandungen prismatisch
bzw. polygonartig ausgebildet sind, und der, zweckmäßig beidendig, pyramidenstumpfartig
zugespitzt umläuft, wobei das Strahlmittel während des Umlaufes durch die Perforationen
innerhalb des Gehäuses nach unten in einer innerhalb des Gehäuses vorgesehenen Sammelbehälter
abzUfallen vermag. Eine intensive Einwirkung des Schleuderrades wird durch dessen
gesonderten Aufbau ebenso erreicht wie durch die Maßnahme, daß
in
der Betriebsstellung$-periphere Bereiche des Schleuderrades durch die Beschickungsöffnung
des Korbes in diesen eingreifen. Zum minimalen Stickstoff-Verbrauch tragen nicht
nur die Isolierung, sondern auch die Steuerung der Zuführung des Stickstoffes ebenso
bei, wie eine vor Beginn des Bestrahlens erfolgende Umwälzung des Luftinhaltes des
Gehäuses mittels der Schleudertrommel: In einer ersten Phase kann die neu eingebrachte
Charge vor Beginn des Strahlens abgekühlt werden, wobei die Zufuhr des Stickstoffes
über eine Regeleinrichtung erfolgt, während nach weiteren Merkmalen der Unteransprüche
der Regler und damit die Zufuhr weiteren Stickstoffes bereits vor der Beendigung
des Schleuderzyklus abgeschaltet werden.
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Im einzelnen ist die Erfindung anhand der folgenden Beschreibung eines
Ausführungsbeispieles in Verbindung mit dieses darstellenden Zeichnungen erläutert.
Es zeigen hierbei: Fig. 1 eine Seitenansicht der Vorrichtung zum Entgraten von Werkstücken
aus leicht versprödbaren Werkstoffen, Fig. 2 einen Querschnitt durch das Schleuderrad,
Fig. 3 eine Aufsicht auf das Schleuderrad und Fig. 4 die Abwicklung eines Quadranten
des Schleuderrades.
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In der Fig. 1 ist ein von Ständern 1 und 2 getragener, gegen die Horizontale
geneigter Rahmen 3 gezeigt, an den sich ein ansteigend ausgeführter Ausleger 4 anschließt.
Hinter der Zeichenebene ist ein vom Rahmen 3 getragener Vertikal rahmen 5 angeordnet.
Das Gehäuse 6 der Vorrichtung ist auf dem Rahmen 3 befestigt. Im Vertikalrahmen
5 ist eine Linearführung gezeigt, die aus im Vertikalrahmen 5 angeordneten Führungsstangen
7 besteht, auf denen ein Schlitten 8 mittels eines vom Gehäuse 6 verdeckten Druckmittelzylinders
verschiebbar ist, von dem nur die an den Schlitten 8 angelenkte Kolbenstange 9 erkennbar
ist.
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Am Schlitten ist weiterhin ein Getriebemotor 10 befestigt, der über
einen Winkeltrieb eine im Schlitten 8 gelagerte Welle 11
zu verschwenken
vermag, die mit einem Stutzen 12 verbunden ist, der an seinem einen Ende eine Deckplatte
13 trägt, die wie das Gehäuse 6 beispielsweise durch Ausschäumen mit einem Kunststoff
thermisch isoliert ist, während am anderen Ende des Stutzens 12 ein Getriebemotor
14 vorgesehen ist, dessen Abtriebswelle den Stutzen 12 und die Deckplatte 13 durchdringt
und drehfest mit einem Flansch 15 verbunden ist, der seinerseits einen Korb 16 trägt.
Der Mantel dieses Korbes ist polygonartig durch perforierte Blechplatten gebildet,
so daß der mittlere Abschnitt sich als prismatischer Körper darstellt, während beidendig
sich weitere, jeweils einen Pyramidenstumpf bildende Platten sich anschließen, wobei
das freie Ende eine Beschickungsöffnung 17 aufweist, und das dem Flansch 15 zugewandte
Ende des Korbes 16 mit diesem Flansch verbunden ist.
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In Fig. 1 ist'eine Lage der Deckplatte 13 und des Korbes 16 gezeigt,
die zum Einbringen einer Charge vorgesehen ist: Die Kolbenstange 9 ist ausgefahren
und hat den Schlitten 8 in seine extreme rechte Lage geschoben, und der Getriebemotor
10 hat die Deckplatte 13 so verschwenkt, daß die Beschickungsöff nung 17 nach oben
gerichtet ist. Am Ende des Auslegers 4 ist eine Halterung 30 vorgesehen, die schwenkbar
einen Beschickungsbehälter 31 trägt, der um seine die Schwenkung erlaubende Welle
mittels eines Druckmittelzylinders 32 schwenkbar ist.
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Mit dem Gehäuse 6 bildet eine Einheit der unter dem Gehäuse vorgesehene
Sammelbehälter 18. Er ist, wie das Gehäuse und die Deckplatte 13, thermisch isoliert,
und dient der Aufnahme des Strahlmittels. In seinem unteren Ende itt, in der Figur
zu deren Vereinfachung nicht dargestellt, eine Siebplatte vorgesehen, die einen
Raum zur Aufnahme und Abführung aus dem Strahlmittel ausfallenden Abriebes abteilt.
Die Stirnwand des Behälters 6 wird von einem Schleuderrad 19 durchgriffen, das mittels
eines Antriebsmotores 20 betreibbar ist. Das Schleuderrad ist von einer Blende umschlossen,
die zum Behälterinneren geöffnet ist, und das Schleuderrad greift mit seinem äußeren
peripheren Bereich in das Behälterinnere soweit ein, daß bdi eingeschobenem Korbe
auch
dessen Beschickungsöffnung durchgriffen ist.
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Aus dem unteren Bereiche des Sammelbehälters 18 führt ein Granulat-Rohr
22 durch die den Motor 21 und das Schleuderrad 20 mit Blende überfangende Abdeckhadbe
und endet an einem der Nabe des Schleuderrades gegenüberstehenden, der Zuführung
des Strahlmittels dienenden Rohransatz dieses Schleuderrades, so daß das Schleuderrad
durch den von ihm bewirkten Unterdruck das Strahlmittel aus dem Sammelbehälter 18
anzusaugen und dann abzustrahlen vermag. Parallel zum Granulat-Rohr ist eine Umwälzleitung
23 vorgesehen, die dem oberen Bereiche des Sammelbehälters 18 beginnt und über ein
Ventil 24, das durch einen Druckmittelzylinder 25 steuerbar ist, injektorartig in
den oberen Bereich des Granulatrohres 22 mündet.
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Des weiteren ist eine mit einem Stellventil 26 ausgestattete Stickstoff-Zuleitung
27 vorgesehen, die aus einem Behälter flüssigen Stickstoffes gespeist wird und in
das Gehäuse 6, beispielsweise in die Blende des Schleuderrades 19, geführt ist.
Entlüftet wird das Gehäuse 6 über eine mit einem Temperaturfühler 28 ausgestattete
Ableitung.
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Auf Stegen 33 ist zwischen.den Ständern 1 und 2 ein Rüttelförderer
34 getragen, dessen Arbeitsfläche zweckmäßig durch ein perforiertes Blech gebildet
wird und der über eine Exzenterstange 36 von einem Ottomotor 35 antreibbar ist.
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Die Figuren 2 bis 4 veranschaulichen das Schleuderrad 19. Nach Fig.
2 wird das Schleuderrad beidseitig durch Scheiben 37 bzw. 38 begrenzt, deren mittlerer
Bereich jeweils eben ausgebildet ist, und deren Randzonen sich konisch nach außen
wenden.
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Die zwischen den Scheiben 37 und 38 vordesehenen Schaufeln sind zur
Vereinfachung hier nicht dårgestellt, aber aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich. Die
Scheibe 37 ist mit einer mit einer Keilnut ausgestatteten Nabe 39 verbunden, die
drehfest mit dem Wellenende eines Motores oder eines Zwischengelenkes
verbindbar
ist. Die gegenüberliegende Scheibe 38 weist eine Öffnung auf, auf die ein der Zuführung
des Strahlmittels dienender Rohransatz 40 aufgesetzt ist. Die Endflächen sowohl
der Nabe 39 als auch des Rohransatzes 40 sind schräg, beispielsweise unter einem
Winkel von 15° gegen die Achsnormale, geschnitten, so daß beim Rotieren des Schleuderrades
dieses sich nach Art einer Taumelscheibe dreht. Die Aufsicht auf das Schleuderrad
der Fig. 3 zeigt nicht nur die mit einer Keilnut ausgestattete Nabe 39, sondern
auch die Anordnung von Schaufeln, die unterschiedlich ausgeführt sind, wie auch
die Abbildung der Fig. 4 zeigt: Es sind jeweils ebene Schaufeln 31 einge--setzt,
auf die Schaufeln 42 und 43 folgen, die jeweils eingepreßte Rinnen derart enthalten,
daß die Rinnen wechselweise zur linken Scheibe 37 und zur in Fig. 2 rechts dargestellten
Scheibe 38 hin auswandern. Damit wird nicht nur durch die geneigte Anordnung der
Scheiben 37 und 38 ein breiterer Streuwinkel erzielt, die ebenen Schaufeln erteilen
dem über die Schaufeln laufenden Strahlmittel keine ausgesprochene zusätzliche Komponente,
während die Rinnen bzw. Mulden der Schaufeln 42 und 43 eine zusätzliche: Ausleitung
des Strahlmittels zur Seite hin erwirken und damit den Abstrahlwinkel vergrößern,
der somit als relativ breiter und sich rasch verbreiternder Ring entsteht.
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Im laufenden Betriebe wird die in Fig. 1 gezeigte Lage der Deckplatte
13 und der Trommel 16 genutzt, um nach Eingabe der folgenden Charge in den Beschickungsbehälter
31 durch Betätigen des Druckmittelzylinders 32 den Inhalt des Beschickungsbehälters
31 durch die Beschickungsöffnung 11 in den Korb 16 einzugeben. Durch eine nicht
gesondert dargestellte, der Vorrichtung beigegebene Steuervorrichtung wird nun,
beispielsweise unter Benutzung eines Kopierwerkes, der Getriebemotor 10 betätigt,
der über den Winkeltrieb die Welle 10 mit der Deckplatte 13 und dem Korb 16 sowie
dem Getriebemotor 14 verschwenkt, bis der Korb gleichachsig vor dem Gehäuse 6 steht.
Durch Betätigen des auf die Kolbenstange 9 wirkenden Druckmittelzylinders wird nunmehr
die Kolbenstange 9 zurückgezogen und damit der Schlitten 8 in Richtung auf das Gehäuse
zu verschoben, bis sich die Deckplatte
13, zweckmäßig unterstützt
durch Weichdichtungen, dichtend auf die Randbereiche des Gehäuses 6 legt. Nunmehr
wird der vom Temperaturfühler 28 gesteuerte, nicht dargestellte Regler wirksam gemacht,
der durch öffnen des Stellventiles 26 dem-noch relativ langsam rotierenden Schleuderrad
flüssigen Stickstoff zuführt. Gleichzeitig wird der Getriebemotor 14 eingeschaltet,
so daß der Korb 16 im Inneren des Gehäuses 6 rotiert. Damit wird im geschlossenen
Gehäuse 6 durch die Ventilatorwirkung des Schleuderrades 19 über die Umwälzleitung
23 eine Luftumwälzung bewirkt, die durch Rotieren des Korbes 16 auch großflächig
die Charge der eingebrachten Werkstücke erreicht und diese schnell abzukühlen vermag.
Hierbei verdrängt der verdampfende Stickstoff das im Gehäuse 6 anstehende Gas -
Luft - Gemisch über die Ableitung 29, so daß der Temperaturfühler 28 beim Erreichen
der vorgegebenen Soll-Temperatur regelnd das Stellventil 26 zu schließen vermag.
Es wird also nur soviel Stickstoff eingegeben, als es zur Temperaturabsenkug wirklich
benötigt wird.
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Nach vorgegebener Zeit und/oder nach Erreichen der vorgegebenen Temperatur
und/oder nach Verstreichen einer vorgegebenen Zeit nach Erreichen der vorgegebenen
Temperatur wird das Schleuderrad 19 auf seine volle Betriebsdrehzdhl beschleunigt.
Nach Erreichen dieser Betriebsdrehzahl wird durch Beaufschlagen des Druckmittelzylinders
25 das in der Umwälzleitung 23 vorgesehene Ventil 24 spontan geschlossen, so daß
durch den spontanen Druckabfall das Strahlmittel aus dem Sammelbehälter 18 über
das Granulatrohr 22 angesaugt und dem Schleuderrad 19 zugeführt wird. Diese strahlt,
z.T. noch gerichtet durch die das Schleuderrad umschließende Blende, das Strahlmittel
in die Beschickungsöffnung 17 des Korbes 16 ein und erreicht damit die im Korb vorgesehen
Werkstücke direkt. Das ständi.ge weitere Rotieren des Korbes 16 in Verbindung mit
seiner polygonartigen Ausbildung, seiner geneigten Achse und der anders gerichteten
Neigung der Pyramidenförmigen Endfläche sorgt für eine ausgezeichnete Umwälzung
der Werkstücke, so daß eine optimale und gleichmäßige
Einwirkung
des Schleuderstrahles gesichert ist.
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Mit Beginn des Schleuderns oder kurz nach Beginn des Schleuderns wird
der vom Tenperaturfühler 28 gesteuerte Regler abgeschaltet und damit die Zufuhr
weiteren Stickstoffes durch das Stellventil 26 gesperrt. Damit wird die einleitende
Kühlung der Charge ebenso geschert wie gegebenenfalls eine fortgesetzte Kühlung
über einen Teil des eigentlichen Arbeitszyklus hinweg, während eines zweiten Intervalls
des Arbeitszyklus jedoch wird zwar noch das Strahlmittel abgestrahlt, die weitere
Zuführung von Stickstoff jedoch ausgesetzt.
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Nach Beendigung des eigentlichen Arbeitszyklus wird die Kolben stange
9 wieder ausgefahren und damit die Deckplatte 13 vom Rande des Behälters 6 abgehoben
und der Korb 16 aus dem Behälter 6 ausgefahren. Durch Einschalten des Getriebemotors
10 wird nunmehr die Deckplatte 13 so im Linkssinne verschwenkt, daß die Beschickungsöffnung
17 des Korbes 16 gegen den Rüttelförderer 34 gerichtet wird, der die Charge übernimmt
und nach links abführt. Unterstützt werden kann dieser Entladevorgang durch weiteres
Drehen des Korbes 16 mittels des Getriebemotors 16. Anschließend wird der Getriebemotor
10 benutzt, um, nummehr im Rechtssinne, die Deckplatte 13 in die dargestellte Stellung
zur Übernahme einer weiteren Charge zu bringen.
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Als wesentlich hat sich gezeigt,. daß sowohl das Ausbringen der behandelten
Charge'und das Einbringen der nächsten automatisiert in sehr kurzen Zeiten durchführbar
ist, so daß die im Kältebereich'liegenden Teile keine wesentliche Wärme aufzunehmen
vermögen, die durch weiteren Stickstoff wieder zu entziehen wäre.
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Als vorteilhaft hat es sich gezeigt, daß während des Strahlens das
Strahlmittel durch.die Perforation des Korbes 16 nach unten in den Sammelbehälter
18 durchfällt, so daß der gesamte Kreislauf des Strahlmittels sich innerhalb des
Gehäuses 6 bzw. des Sammelbehälters 18 abspielt, die entsprechend thermisch isoliert
sind, wobei im Bedarfsfalle auch das Granulatrohr sowie die
Umwälzleitung
zur weiteren Senkung des Stickstoffverbrauches isolierbar sind. Nachdem die ganze
Vorrichtung einschließlich des Strahlmittels innerhalb der vorhergehenden Zyklen
abgekühlt sind, ist es jeweils nur noch erforderlich, die zur Aufrechterhaltung
der niedrigen TeMperatur, beispielsweise -500C benötigten Stickstoffmengen einzubringen,
sowie jene, die zur Abkühlung der jeweiligen Charge erforderlich sind. Diese Abkühlung
der Charge wird durch die Luftumwälzung in Verbindung mit der Umwälzung der Werkstoffe
beschleunigt und begünstigt, so daß auch hier jene Wärmeverluste, die über lange
Zeiten auch an isolierten Flächen auftreten, eingeschränkt sind.
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Bei der jeweiligen erstmaligen Inbetriebnahme kann durch Verlängerung
der Vorkühlzeit, aber auch durch Verlängerung der Strahlzeit dafür Sorge getragen
werden, daß die ganze Vorrichtung entsprechend abgekühlt wird und gleichzeitig auch
eine ausreichende Kühlung des Strahlmittels erfolgt.
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Beim Abgeben der Charge noch gegebenenfalls in dieser enthaltenes
Granulat kann auf dem Rüttelförderer ebenso entmischt werden wie evtl. noch vorhandener
Abrieb, die dann unterhalb der perforierten Auflagefläche weitergefördert werden.
Ebenso ist die Entmischung des unerwünschten abriebs aus dem Granulat beiispielsweise
dadurch möglich, daß ein unterer Raum des Sambehälters über entsprechende Siebflächen
abgeteilt ist, so daß der Abrieb kontinuierlich oder periodisch entnehmbar ist.
In allen diesen Fällen wird eine wirkungsvolle, leicht bedienbare und durch geringen
Stickstoffverbrauch preisgünstige Entgratung versprödbarer Werkstoffe erreicht.
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