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Bereich der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Bestrahlens von Oberflächen von
Gegenständen mit
Abriebsteilchen und von Geräten,
die in der Industrie, im Bauwesen und in anderen Bereichen zum Behandeln
und Reinigen von Oberflächen
von verschiedenen Arten von Verunreinigung, insbesondere vor dem
Aufbringen von Schutzüberzügen, verwendet
werden können.
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Hintergrund der Erfindung
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Der
Wirkungsgrad des Abrasivteilchenstrahlens wird in beträchtlichem
Ausmaß von
den energiebezogenen Faktoren der Abrasivteilchen bestimmt, nämlich der
Ausstrahlgeschwindigkeit, der gleichförmigen Dichte des erzeugten
Gemischstroms aus Gas und Abriebsteilchen und seiner Temperatur
sowie der Möglichkeit
seiner kontinuierlichen Regulierung im Verlaufe des Prozesses. Dies
ist der Grund, warum eine Vielzahl von Veröffentlichungen die Optimierung
des Wegs "Strahldüsenrohr – Einrichtung zur
Erzeugung einer Mischung aus Luft und Abrasivteilchen" als vorherrschenden
Faktor bei der Bestimmung der Qualität und der Kapazität des Abrasivteilchenstrahlens
in Betracht zieht.
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Normalerweise
verwendet man zwei Arten von Abrasivteilchenbestrahlung von Oberflächen, nämlich das
Strahlen unter Verwendung eines kalten Luft-Abrasivteilchenstrahls
und das thermische Abrasivteilchenstrahlen. Im ersten Fall wird
der Abrasivteilchenstrom unter Verwendung eines Druckluftstrahls
mit hoher Geschwindigkeit erzeugt, der direkt aus einem Kompressor
oder einer anderen Quelle kommt, wobei das Hauptwirkungsmittel dabei
die kinetischen Energie der Abrasivteilchen ist, die von dem Strahl
ausgeübt
wird (vgl. beispielsweise
SU 0221534 ,
Pichko, 01.08.1968;
SU
1703425 A1 , Marchuk et al., 07.01.1992;
WO 99/39874 , Seitter et al., 12.08.1999).
Im zweiten Fall hat die Vorrichtung eine Einrichtung zur Erzeugung
eines Hochtemperatur-Gasstrahls und für sein Vermischen mit einem Abrasivteilchenstrom,
die sich gewöhnlich
in dem Strahldüsenrohr
befindet (vgl. beispielsweise
SU 0344977 ,
Meerovich et al., 14.07.1972;
WO 88/05711 ,
Krivorozhsk-Erz- und -Bergbauinstitut, 11.08.1988;
US 5607342 , Evdokimenko et al., 04.03.1997;
WO 01/81044 A1 ,
Danilov et al., 01.11.2001;
EP
1155781 A1 , Thermo Blast International SA, 21.11.2001;
UA 36316 A , Shpak
et al., 16.04.2001).
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Die üblichen
Bauteile von allen Vorrichtungen zur Bestrahlung von Oberflächen mit
Abrasivteilchen sind unabhängig
von dem Temperaturmodus der Behandlung das Strahldüsenrohr
und der Mischer für
Abrasivteilchen mit Trägergas
(Luft), die miteinander durch einen flexiblen Schlauch verbunden
sind. Der Mischer für
die Abrasivteilchen ist mit dem Behälter für Abrasivteilchen durch eine
Dosiereinrichtung verbunden. Die Beschickung erfolgt aus einer Aufnahme,
die mit einer Druckluftquelle verbunden ist. Der Überdruck
wird auch in dem Abrasivteilchenbehälter erzeugt, wofür er ebenfalls
mit der Druckluftquelle verbunden ist, um eine Bewegung des Abrasivteilchenstroms
zu erzeugen (vgl. beispielsweise
US
5947800 , Fring, 07.09.1999).
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Bei
der Erfindung
WO 88/05711 hat
das Strahldüsenrohr
der Vorrichtung für
das thermische Bestrahlen einer Oberfläche mit Abrasivteilchen ein Gehäuse, das
mit Förderrohren
für flüssigen Brennstoff
und Druckluft versehen ist, sowie eine Verbrennungskammer mit radialen
Durchgangslöchern,
die auf einer direkten Achse angeordnet sind. Der Einlass in die
Verbrennungskammer ist mit einer Dralleinrichtung versehen, um die
Brennstoffmischung zu verwirbeln. Die Düse zur Abgabe des Hochtemperaturstrahls
ist am Auslass der Verbrennungskammer angeordnet, wobei sich die
Auslassöffnung
für den Strahl
aus Gas und Abriebsteilchen in ihrem kritischen Abschnitt befindet.
Die Zuführungsrohre
für flüssigen Brennstoff
und Druckluft sind radial angeordnet.
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Für das thermische
Ausstrahlen von Abriebsteilchen ist ferner eine Düsenvorrichtung
mit einem Gehäuse
bekannt, die ferner eine Verbrennungskammer mit einer Vorkammer,
konzentrisch angeordnete Luftstromverwirbler, einen Sprühbrenner
und einen Brennstoffmischungshomogenisator aufweist. Die Vorrichtung
hat ferner einen Kühlmantel und
eine Ersatzdüse,
die als Konfusor und als Drosselröhre ausgeführt sind, die an einer gekrümmten Oberfläche verbunden
sind. Der Mantel ist mit der Kammer durch radiale Löcher verbunden
(
RU 2158197 C1 ,
Danilov et al.;
WO 01/81044 ).
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Für das thermische
Abrasivteilchenstrahlen ist auch eine Strahlvorrichtung bekannt,
die ein ringförmiges
radiales Drosselrohr für
die Brennstoffzuführung
zu der Verbrennungskammer aufweist und die für den Aufbau eines Schutzfilms
auf ihren Wänden
vorgesehen ist (
RU
2163864 C2 , OAO PO "Energoprom-Stroyzashchita", 10.03.2001).
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Die
Vorrichtung (
RU 2167756
C2 , Kostritsa et al., 27.05.2001) hat eine Rohrleitung
für eine
Mischung aus Abrasivteilchen und Luft, um die herum eine Verwirbelungseinrichtung
angeordnet ist. Die Vorrichtung hat ferner ein Gehäuse, ein
Regenerierungsrohr, eine Düse,
eine Verbrennungskammer, die von einem Flammrohr mit radialen Löchern gebildet
wird, und eine Verwirbelungseinrichtung. In das Gehäuse ist
eine Mischkammer integriert, die mit einem Brennstoffzuführkanal
verbunden ist und mit einem Oxidationsmittelzuführkanal und der Verwirbelungseinrichtung
in Verbindung steht. Das Ende des Zuführrohrs für die Abrasivteilchenmischung
befindet sich zwischen der letzten Reihe von radialen Löchern und
dem Einlassquerschnitt der Düse.
Die Brennstoffzündung
erfolgt mit einer elektrischen Zündkerze.
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Die
in der
EP 1155781 beschriebene
Strahlvorrichtung hat ein zylindrisches Gehäuse mit einer konzentrisch
angeordneten Luftkühlkammer,
die von der Hülse
und der massiven Wand gebildet wird, die unter Bildung eines Labyrinths
aneinander befestigt sind. Die Verbrennungskammer hat eine perforierte Wand
und ein rohrförmiges
Element für
die Luft-/Abrasivteilchenzuführung, das
mit Zuührrohren
für ein gasförmiges Oxidationsmittel,
flüssigen
Brennstoff bzw. die Gas-/Abrasivteilchenmischung ausgerüstet ist.
Sie weist ferner eine Verwirbelungseinrichtung mit wendelförmigen Kanälen für die Zuführung des gasförmigen Oxidationsmittels
zur Erzeugung der Brennstoffmischung, Öffnungen für den Brennstoffeinlass, die
mit dem Zuführrohr
für flüssigen Brennstoff verbunden
sind, das sich zwischen der perforierten Wand der Verbrennungskammer
an ihrem Endstück befindet,
und ein rohrförmiges
Element auf. Die als Laval-Düse
ausgebildete Auslassdüse
ist mit einer Einrichtung für
eine Axialverschiebung und zum Befestigen an dem zylindrischen Gehäuse versehen. Mit
der Verbrennungskammer steht eine Zündkerze in Verbindung.
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In
einer Anzahl von Veröffentlichungen
(vgl. beispielsweise
US 5433653 ,
Friess, 18.06.1995;
EP 0694367
A1 , Kegler, 31.01.96;
EP 0950469 A2 , Rickling, 20.10.1999) sind
Einrichtungen zum Zumessen der Abrasivteilcheneingabe zu einem Mischer
beschrieben, um in dem Strahlvorrichtungsstrom eine gleichförmige Abrasivteilchendichte
bereitzustellen. Die Veröffentlichung
(
EP 0950469 A2 ,
Rickling, 20.10.1999) beschreibt den Aufbau eines eine bewegliche Drossel
verwendenden Blasventils, das durch einen Druckluftmotor ferngesteuert
wird. Bei der in einer anderen Veröffentlichung (
EP 0694367 , A1, Kegler, 31.01.96)
beschriebenen Vorrichtung hat die Abgabeöffnung des Abrasivteilchenbehälters eine
Reguliernadel, die an einem Hebel angeordnet ist, dessen Position
von einem Arbeitszylinder mit einem Untersetzungsgetriebe ferngesteuert
wird. Solche Einrichtungen zum Dosieren und Transportieren eines
abrasiven Materials zu einem Mischer und weiterhin zu einem Strahldüsenrohr
kann nur für
speziell getrocknete und vorbereitete Abriebsmedien zum Einsatz
kommen, die keine Neigungen zur Klumpenbildung haben. Ansonsten
würde sich
eine Windhose bilden und sich eine Beeinträchtigung der Abrasivteilchenzuführung zu
dem Gasstrom einstellen, was das Verfahren unkontrollierbar und
somit nicht reproduzierbar machen würde. Eine solche Störung der Technologie
würde im
Falle eines thermischen Abrasivteilchenstrahlens wegen der unkontrollierbaren Abrasivteilchenzuführung zu
der Arbeitsfläche
die wesentlichste Rolle spielen.
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Die
Analyse der zitierten Veröffentlichungen zeigt,
dass die beschriebenen Vorrichtungen nur die Arbeitsweisen von entweder "kalten" oder "heißen" Abrasivteilchenstrahlen
ausführen.
Gleichzeitig besteht ein Bedürfnis
nach einer Abrasivteilchen-Strahlvorrichtung, die für die Arbeitsweise
in beiden Modusarten vorgesehen werden kann und einen verbesserten
Wirkungsgrad sowohl. hinsichtlich Leistungsanforderungen als auch
Betriebseigenschaften hat, nämlich
einfache Steuerung, reduzierter Abrasivteilchenverbrauch, Gerätelebensdauer
beim thermischen Abrasivteilchenstrahlmodus sowie Stabilität des Abrasivteilchenstrahls.
Genauso wichtig sind für eine
von der Hand gehaltenen Strahlvorrichtung ihr Gewicht und ihre Abmessungen – sie sollten
ziemlich klein sein.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der
Gegenstand der Erfindung ist ein Strahldüsenrohr nach Anspruch 1 und
eine Abrasivteilchen-Strahlvorrichtung mit einem solchen Strahldüsenrohr.
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Ein
Ziel der Erfindung ist es, eine Verbesserung der Stabilität und Verlängerung
der Lebensdauer eines Düsenrohrs
durch Optimierung der Betriebsbedingungen und der Auslegung der
Brennkammer sowie eine einfache und zweckmäßige Regulierung der Prozessparameter
unabhängig
von den Bedingungen der Abrasivmedien zu ermöglichen. Der Gegenstand der
beanspruchten Erfindung ist eine beträchtliche Reduzierung des Gewichts
des Strahldüsenrohrs, eine
Vereinfachung der Konstruktion und eine ergonometrische Optimierung,
die Zugang und Wartung der Ausrüstung
erleichtert.
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Die
Abrasivteilchen-Strahlvorrichtung hat
- (a) ein
Strahldüsenrohr
nach Anspruch 1;
- (b) einen Behälter
für den
flüssigen
Brennstoff, dessen Auslass mit dem Zuführrohr zum Zuführen von
flüssigem
Brennstoff zu der Verbrennungskammer des Strahldüsenrohrs in Verbindung steht,
- (c) einen Mischer für
Luft-/Abrasivteilchen, der einen Behälter für Abrasivteilchen aufweist,
dessen Auslassrohr über
eine Dosiereinrichtung mit einem Mischer in Auswerfbauweise verbunden
ist, der mit dem Rohr zum Zuführen
von Luft-/Abrasivteilchen des Strahldüsenrohrs in Verbindung steht;
und
- (d) eine Aufnahme mit einem Zuführungsrohr für eine Verbindung
mit der Druckluftquelle, das mit dem Behälter für die Abrasivteilchen in Verbindung
steht, mit einem Zuführrohr
für eine
Verbindung mit dem Behälter
für flüssigen Brennstoff, mit
einem Zuführrohr
für eine
Verbindung mit dem Auswerfrohr des Mischers und mit einem Zuführrohr zum
Verbinden mit dem Druckluftkanal-Zuführrohr des Strahldüsenrohrs.
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Bevorzugte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Das
Wesentliche der Erfindung wird in den Figuren offenbart, in denen
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1 die
Funktionsauslegung der Vorrichtung darstellt,
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2 der
Längsschnitt
des Aufbaus des Strahldüsenrohrs
ist,
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3 der
Querschnitt A-A des Aufbaus von 2 ist,
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4 der
Querschnitt B-B des Aufbaus von 2 ist,
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5 der
Querschnitt C-C des Aufbaus von 2 ist,
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6 die
Auslegung der Verwirbler (Umriss) zeigt,
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7 die
Auslegung des Luft-/Abrasivteilchenmischers zeigt,
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8 die
Auslegung der Dosiereinrichtung zeigt,
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9 der
Regulierantrieb für
die Dosiereinrichtung ist,
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10 den
Schnitt A-A von 9 zeigt,
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11 der
Regulierantrieb für
die Dosiereinrichtung mit verformbarer Büchse ist,
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12 der
Schnitt A-A von 11 ist, und
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13 den
Schieberventilstangenantrieb zeigt.
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Nähere Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform
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Die
Funktionsauslegung der Vorrichtung zum Abrasivteilchenstrahlen ist
in 1 gezeigt. Die Vorrichtung hat das Strahldüsenrohr 10 mit
Verbrennungskammer, den Abrasivteilchenbehälter 20, der mit der
Dosiereinrichtung 21 und dem Mischer 22 in Auswurfbauweise
verbunden ist. Die Vorrichtung hat weiterhin die Aufnahme 30,
die mit der Zuführleitung 31 für den Anschluss
an die Druckluftquelle versehen ist.
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Daneben
ist die Aufnahme 30 über
Schläuche,
die jeweils mit Ventilen ausgerüstet
sind, über die
Hauptleitung 32 mit dem Behälter 20 für seine
Beladung, über
die Hauptleitung 33 mit dem Gasreinigungssystem und über die
Hauptleitung 34 mit dem Antrieb des Schieberventilstangenmechanismus 35 der
Dosiereinrichtung 21 verbunden.
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Außerdem ist
die Aufnahme 30 über
die Hauptleitung 36 mit der Drucklufteinheit des Mischers 22 und über den
Schlauch 37 mit dem Luftzuführrohr des Strahldüsenrohrs 10 verbunden.
Dieses Rohr ist über
den Schlauch 38 mit dem Dosiereinrichtungsantrieb 21 verbunden.
Das Abgaberohr der Dosiereinrichtung 22 ist über den
Schlauch 39 mit dem Zuführrohr
für das
Luft-/Abrasivteilchengemisch zu dem Strahldüsenrohr 10 verbunden.
Die Vorrichtung hat einen Brennstofftank 40 für flüssigen Brennstoff,
der über
den Schlauch 41 mit dem Zuführrohr für flüssigen Brennstoff für die Verbrennungskammer des
Strahldüsenrohrs 10 verbunden
ist. Um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten, kann der Schlauch 41 aufgrund
seines geringen Querschnitts in dem Schlauch 37 angeordnet
werden. Die Aufnahme 30 ist über die Hauptleitung 42 mit
dem Behälter 40 zum Laden
mit flüssigem
Brennstoff verbunden.
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Die
Vorrichtung kann ein unabhängiges
System 60 zum Umwälzen
und Trennen von verbrauchten Abrasivteilchen aufweisen, das mit
der Aufnahme 30 über
die Hauptleitung 61 verbunden ist. Das System 60 hat
Einrichtungen 62 zum Sammeln von Abrasivteilchen, die Hauptleitung 64 für die Rückführung gereinigte
Abrasivteilchen, die mit dem Behälter 20 verbunden
ist, und das Abführrohr 66 für Entsorgungsabfall. 1 zeigt
nur die Funktionsauslegung der Vorrichtung, nicht jedoch die Elemente,
die gewöhnlich
für den
Betrieb und die Regelung pneumatischer Funktionen eingesetzt werden,
d.h. Rückschlagventile,
Hähne,
Sicherheitsventile und andere herkömmliche Elemente. Solche Elemente
sind im Stand der Technik bekannt, werden entsprechend ihrem Zweck
eingesetzt und deshalb nicht beschrieben.
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Der
Aufbau des Strahldüsenrohrs
ist in 2 bis 6 gezeigt. Das Gerät hat ein
zylindrisches Gehäuse 102 mit
einer Luftkühlkammer 104,
die von der Hülse 106 mit
einer massiven Wand gebildet und unter Bildung eines Labyrinths
installiert ist. Die Verbrennungskammer 108 hat eine mit
Löchern 110 perforierte
Wand 112 und das rohrförmige
Element 114 für
die Zuführung
des Luft-/Abrasivteilchengemisches. Die Vorrichtung weist das Zuführrohr 116 zum Zuführen von
Druckluft (gasförmiges
Oxidationsmittel), das Zuführrohr 118 für flüssigen Brennstoff
und das Zuführrohr 120 für das Luft-/Abrasivteilchengemisch
auf.
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Die
Vorrichtung weist den Verwirbler 122 für die Brennstoffmischung, der
mit dem Zuführrohr 118 für flüssigen Brennstoff
verbunden ist, sowie den Verwirbler 124 für das gasförmige Oxidationsmittel 124 auf,
das mit dem Zuführrohr 116 für die Druckluft
verbunden ist. Die Verwirbler 122, 124 sind zwischen
der perforierten Wand 112 der Verbrennungskammer 108 an
ihrem Blindende und dem rohrförmigen
Element 114 angeordnet.
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Die
Auslassdüse 128 ist
mit einer Einrichtung 130 für eine Axialverschiebung und
zum Befestigen am zylindrischen Gehäuse 102 versehen,
während die
Zünderkerze 132 mit
der Elektrode 134 in der Verbrennungskammer 108 angeordnet
ist.
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Die
Verbrennungskammer 108 hat an ihrer Wandfläche 112,
die mit Löchern 110 perforiert
ist, wenigstens eine Verengung 136. 2 zeigt
beispielsweise zwei solche Verengungen 136, 138 bezogen
auf die zylindrischen Endabschnitte 140, 142. Dadurch
erhält
der Längsschnitt
der Verbrennungskammerwand 112 ein gewelltes Profil. Experimentell wurde
gezeigt, dass die Ausführung
der Verbrennungskammer 112 mit variablem Querschnitt auf
seiner Langsachse (die in bestimmtem Ausmaß zu mehreren Laval-Düsen ähnlich ist,
die hintereinander angeordnet und mit ihren Auslassquerschnitten
einander zugewandt sind) es ermöglicht,
nahezu Überschallgeschwindigkeit
des in die Kammer 108 an dem unteren Kammerlängenstück geförderten
Gases zu erreichen. Deshalb wird die Geschwindigkeit des Gasstroms
am Austritt aus der Düse 128 die Schallgeschwindigkeit
beträchtlich überschreiten.
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Die
Perforation mit radialen Löchern 110 wird zweckmäßigerweise
an den Stellen der Verengungen 136, 138 und der
Erweiterung 139 ausgeführt (die
Erweiterung überschreitet
die Kammergröße an den
Befestigungsplätzen
nicht). Wenn die Vorrichtung mit einer einzigen Verengung (siehe
die Stelle 138) versehen ist, sollte sie von dem offenen
Ende 144 des rohrförmigen
Elements 114 angeordnet werden (d.h. näher an den Verwirblern 122, 124).
Der Einlassteil 146 des rohrförmigen Elements 114 für die Zuführung von
Luft-/Abrasivteilchengemisch ist an dem Gehäuse 102 über zwei
zylindrische Abstandselemente 148, 150 befestigt,
die zwischen sich den ringförmigen
Hohlraum 152 für
die Brennstoffzuführung
zu den Verwirblern 122 und 124 bilden. Das erste
zylindrische Element 148 besitzt die Senkbohrung 154 zum
Festlegen des Flansches 156 des Einlassteils 146 des
rohrförmigen
Elements 114.
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Das
zweite zylindrische Element 150 besitzt den mit dem Zuführungsrohr 118 für flüssigen Brennstoff 118 zum
Hohlraum 152 verbundenen seitlichen Kanal 158,
die Senkbohrung 161 zum Befestigen der Kühlkammerhülse 106 und Öffnungen 162,
die den Hohlraum 152 mit der Luftkühlkammer 104 verbinden.
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Die
beiden Verwirbler 122, 124 sind an den Endteilen
der zylindrischen Elemente 148, 150 vorgesehen
und werden von Spiralnuten 164 mit Windungen 166 an
ihrer Außenfläche (vgl. 6)
gebildet.
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Die
Einrichtungen 130 für
die axiale Verschiebung und Befestigung der Auslassdüse 128 an dem
zylindrischen Gehäuse 102 und
an dem zylindrischen Teil der Verbrennungskammer 108 weist
die Profilbüchse 168,
die Kontermutter 170 und den zylindrischen Halter 172 auf,
der an dem Gehäuse 102 befestigt
ist.
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Die
Profilbüchse 168 besitzt
die Nut 174 für die
Düse 128.
Die Außenfläche der
Büchse 168 besitzt
den Flansch 176 und den Gewindeteil 178, der in
der Aussparung 180 endet. Der Gewindeteil 178 ist mit
dem Innengewinde 182 des zylindrischen Halters 172 und
der Kontermutter 170 verbunden.
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Der
zylindrische Halter 172 weist die Ringkammer 184 zum
Kühlen
der Profilbüchse 168 und der
Düse 128 auf.
Die Kammer 184 ist mit der Kammer 104 für die Luftkühlung durch
axiale Löcher 186 verbunden,
die mit der Senkbohrung 180 an der Profilbüchse 168 in
Verbindung stehen, die mit der Verbrennungskammer 108 in
Verbindung steht.
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Die
Elektrode 134 der Zündkerze 132 befindet
sich in der Verbrennungskammer 108 bündig zu ihrer Wand 112.
Die Zündkerze 132 ist
in Öffnungen des
Gehäuses 102,
der Hülse 106 und
der Wand 112 durch die an dem Gehäuse 102 befestigte
Hülse 190 und
die Schraubkappe 192 installiert.
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Das
erste zylindrische Element 148 hat den Außengewindeteil 194,
der mit der konischen Mutter 196 zum Befestigen des Schlauchs
(der Schlauch ist nicht gezeigt) an dem Einlassteil 146 des
rohrförmigen
Elements 114 verbunden ist. Der Einlassteil 146 ist
konisch ausgebildet, deshalb befestigt die Mutter 196 durch
Quetschen den Schlauch zuverlässig.
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Die
Düse 128 ist
als Venturi-Rohr ausgebildet und hat einen Verengungsteil 197,
einen kritischen Querschnitt 198 und einen sich erweiternden Teil 199.
Die Düse 128 ist
aus feuerfesten, abriebswiderstandsfähigen, keramischen Materialien
ausgeführt.
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7 bis 13 zeigen
den Aufbau des Luft-/Abrasivteilchenmischers und seine Bauteile.
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An
dem Gehäuse
des Behälters 210 für die Abrasivteilchen
ist an seinem unteren Teil das konische Element 212 mit
dem Auslassrohr 214 befestigt. Der Behälter hat an seinem oberen Teil
das mit dem Deckel (nicht gezeigt) versehene Füllloch. Das konische Element
ist an dem Gehäuse 210 über die Flanschverbindung 216 befestigt.
Mit dem Auslassrohr ist die Dosiereinrichtung 218 verbunden,
die die Schieberventilstange 220 und den Sitz 222 mit
dem axia len Abgabekanal 224 aufweist, der aus einem Segment
eines gegen Abrasivteilchen widerstandsfähigen Kautschukschlauch bestehen
kann. Die Dosiereinrichtung wird an dem Mischer 226 in
Auswerfbauweise befestigt und steht mit diesem über das Loch 227 in
der Seitenwand in Verbindung.
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Der
Mischer 226 weist die Einheit 228 zum Verbinden
der Druckluftquelle und des Auslassrohrs 230 auf, um den
flexiblen Schlauch (1, Bezugszeichen 39)
mit dem Zuführrohr
für das
Luft-/Abrasivteilchengemisch zu verbinden, das das Strahldüsenrohr
speist. Der Mischer 226 ist mit einem Verteiler versehen,
wofür der
Steg 232 an dem Teil des Mischergehäuses installiert ist. Der Steg 232 dient auch
dazu, einen Abrasivteilchenaufbau in der Einschnürung des Mischers 226 im
Leerlaufzustand zu verhindern. Das Aufspalten des Druckluftstroms,
der von der Einheit 228 während des Betriebs einströmt, sorgt
danach für
eine Verstärkung
der Wirbelbildung der Luft-/Abrasivteilchenmischung aufgrund des
Zusammenwirkens des oberen und unteren Teils der Strömung jenseits
des Stegs 232.
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Die
Schieberventilstange 220 ist hohl ausgeführt, und
an ihrem unteren Teil ist der hohle Konus 234 festgelegt,
der als Schieberventil mit dem Durchgangsloch 236 im Scheitel
des Konus arbeitet und Rippen 237 an seiner nicht arbeitenden
Fläche
installiert sind und dazu dienen, Abriebsteilchen zu lösen, falls
sich der Sitz zusetzt. Die Büchse 238,
die in dem konischen Element 212 installiert ist, dient
der Ausrichtung der Stange 220.
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Die
Schieberventilstange 220 wird so installiert, dass eine
unabhängige
Dreh- und axiale Hin- und
Herbewegung bereitgestellt wird. Eine der Ausführungsformen dieses Mechanismus
ist in 7 gezeigt. Das freie Ende 240 der Stange 220 ist
hermetisch an dem oberen Teil des Gehäuses 210 des Abrasivteilchenbehälters angebracht.
Es ist mit Gewinde versehen und mit dem Antrieb 242 verbunden.
Um die Dosiereinrichtung mit der Aufnahme für eine Blaseinrichtung zu verbinden,
ist die Einheit 244 an dem freien Ende 240 der
Stange 220 vorgesehen. Eine vertikale Verschiebung des
Konus 234 erfolgt durch die Mutter 246 mit Handgriffen 248 durch
einen Gewindeeingriff des Gewindes am freien Ende 240 der Stange.
Die Mutter 246 ist so installiert, dass sie sich bezüglich der
Büchse 250 drehen
kann, die fest an dem Gehäuse 210 installiert
und mit Befestigungs- und Abdichtungskomponenten 252 versehen
ist. An der Stange 220 ist das angetriebene Zahnrad 254 befestigt,
das mit dem treibenden Zahnrad 256 kämmt. Das treibende Zahnrad 256 ist
mit dem Druckluftmotor 258 verbunden, der an dem Gehäuse 210 über die
Befestigungseinrichtung 260 installiert ist.
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8 zeigt
die Einrichtungen zur Bereitstellung des freien Drehens des Mischers 226 bezüglich des
Abgaberohrs 212 des Gehäuses 210 des
Abrasivteilchenbehälters
und für
die Verschiebung des Sitzes 222 in der Axialrichtung. Diese
Einrichtungen sind als Schraubkappe 262 mit Flansch 263 ausgeführt, dessen
Innengewinde 264 mit dem Außengewinde des Auslassrohrs 214 des
Abrasivteilchenbehälters
in Eingriff steht. Der Flansch 263 ist frei in dem ringförmigen Zapfenloch 265 zwischen
der Nut 266 an dem Gehäuse 267 und
der Rückfläche 268 der
Sitzbüchse 269 installiert,
die mit der Gewindekoppelung 270 und der Lagerbüchse 272 verbunden ist.
Zweckmäßigerweise
wird die Sitzbüchse 269 verschleißfest, beispielsweise
als Büchse
aus Metall verbunden mit Kautschuk, ausgeführt.
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Eine
solche Ausführung
ermöglicht
eine Regulierung des wirksamen Querschnitts der Dosiereinrichtung
durch Anheben oder Absenken der Büchse 269 mit Hilfe
einer Drehung der Kappe 262. Gleichzeitig ermöglicht diese
Lösung
ein freies Drehen des Mischers in der horizontalen Ebene, wobei
er Bewegungen des Bedienschlauchs für das Abrasivstrahlen ohne
ein zu starkes Biegen und somit ohne Abrieb an den Biegungen folgt.
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Ein
Drehen der Kappe 262 zum Regulieren der horizontalen Position
des Dosiereinrichtungssitzes kann leicht dadurch mechanisch umgesetzt
werden, dass ein zusätzlicher
pneumatischer Zahnradantrieb, ähnlich
wie für
den Antrieb 242 beschrieben, verwendet wird. Eine Variante
einer solchen Auslegung ist in 9, 10 wiedergegeben.
Der Druckluftzylinder 276 ist am unteren Teil des Behältergehäuses 210 für die Abrasivteilchen über den
Halter 277 befestigt. Die Stange 278 des Druckluftzylinders ist
mit dem Ritzel 279 verzahnt, das ein Stück mit der Kappe 262 bildet.
Eine translative Bewegung der Druckluftzylinderstange lässt die
Kappe 262 längs des
Gewindes 264 nach oben und unten laufen, wodurch die Regulierung
des effektiven Querschnitts der Dosiereinrichtung 218 ausgeführt wird.
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11 und 12 sind
Varianten der effektiven Querschnittsregulierung der Dosiereinrichtung 218 über eine
verformbare Büchse 271.
In diesem Fall ist die Büchse 271 aus
Kautschuk, beispielsweise als Stück
eines abrasivteilchenfesten Schlauchs, ausgeführt. Die Büchse ist mit Platten 274 verquetscht,
die längs
der Führungen 273 laufen.
Der Lauf der Platten 274, d.h. ein teilweises oder vollständiges Unterbrechen
der Dosiereinrichtungsverengung, kann sowohl über die Stange 278 des
Druckluftzylinders 276 als auch von Hand mit dem Drehstift 275 ausgeführt werden.
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13 zeigt
eine andere Variante einer Ausführung
des Antriebs 242, die sich von der von 7 unterscheidet.
Diese Variante ermöglicht
Handhabungen bei der axialen Verschiebung der Stange 220,
die ihr Drehen zulässt.
Dies wird über
zwei Druckluftmotoren 282, 284 erreicht. Der Motor 282 ist an
dem Gehäuse 210 installiert
und mit einem treibenden Zahnrad 285 versehen, das mit
dem angetriebenen Zahnrad 286 kämmt, das an der Stange 220 befestigt
ist. Die Stange 220 ist in dem Gehäuse 210 des Abrasivteilchenbehälters installiert
und in der Lage, sich durch die Büchse 250 axial zu
verschieben und zu drehen, die Dichtungseinheiten 287 aufweist,
die mit Stopfbüchsenpackungen
versehen sind. Die Einheit 288 für eine Vertikalverschiebung wird
von dem Druckluftmotor 284 angetrieben, der mit dem Ritzel 290 versehen
ist, das mit der Zahnstange 291 kämmt, die am Ende der Stange 220 ausgebildet
ist.
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Die
Einheit 288 ist so installiert, dass sie eine Bewegung
in der Horizontalebene ermöglicht.
Für diesen
Zweck ist die Einheit 288 an dem Schlitten 292 installiert,
der längs
der Basis 293 läuft,
die an der Wand 295 befestigt ist. Nach der Herstellung
des Eingriffs von Ritzel 290 und Zahnstange 291 wird
das Getriebe mit der Schraube 296 fixiert.
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Die
Hin- und Herbewegung der Stange 220 kann auch unter Verwendung
anderer bekannter Mechanismen mit pneumatischer und elektrischer
Automatik ausgeführt
werden, die unter stark staubbelasteten Bedingungen eingesetzt werden.
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Bevor
der Betrieb aufgenommen wird, wird der Behälter 20 mit Abrasivteilchen
durch das Beschickungsfenster gefüllt. Die verwendeten Abrasivteilchen
können
Pulver aus abrasiven Materialien, metallurgische Abfälle, wie
Metallreste, Sand und ähnliche
Medien sein. Die Dosiereinrichtung 21 wird vor dem Betrieb
arretiert. Für
diesen Zweck wird die Schieberventilstange 220 in Kontakt
mit dem Sitz 222 (7) gebracht.
Dann wird in dem Behälter 20 ein Überdruck
erzeugt. Dafür
wird der jeweilige Hahn in der Hauptleitung 32, die den
Behälter
mit der Aufnahme 30 verbindet, geöffnet und Druckluft dem Mischer 22 zugeführt.
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Die
Verengung der Dosiereinrichtung 218 wird mit der Schraubkappe 262 reguliert.
Dadurch wird die erforderliche Menge an Abrasivteilchen durch den
axialen Abgabekanal 224 zum Mischer 226 in Auswerfbauweise
transportiert und weiter mit dem Druckluftstrom gemischt, wodurch
das Luft-/Abrasivteilchengemisch gebildet wird. Das Luft-/Abrasivteilchengemisch
wird dann durch das Zuführrohr 230 des
Mischers 222 über
den Schlauch 39 zu dem Strahl düsenrohr 10 befördert, wo
es beschleunigt und für
den Sandstrahlbetrieb als solchen vorbereitet wird. Abhängig von
der zur Anwendung gelangenden Konstruktion wird die Kappe 262 entweder
von Hand (7) oder mit dem Getriebesatz "Ritzel 279 Zahnstange
an der Stange 278" mit
Hilfe des Druckluftzylinders 279 (9) von der
Bedienungsperson dadurch fernbetätigt,
dass Druck in die Hauptleitung 38 mit dem jeweiligen Hahn
angelegt wird. Bei der anderen Variante der Ausführungsform (11, 12) wird
die Regulierung des Abrasivteilchenverbrauchs durch Quetschen der
verformbaren Büchse 271 entweder
mit Hilfe des Druckluftzylinders 276, der über die
Hauptleitung 38 von der Bedienungsperson fernbetätigt wird,
oder von Hand durch den Drehstift 275 ausgeführt.
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Im
Verlauf des Vorgangs wird die Zuführung des Luft-/Abrasivteilchengemisches
geeigneterweise durch Ändern
der Position des hohlen Konus 234 der Schieberventilstange 220 bezüglich des
Sitzes 222 durch Drehen der Schraubkappe 246 (7)
entweder von Hand oder mit dem Antrieb 242 "Ritzel 290 – Zahnstange 291" (13)
reguliert.
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Wenn
irgendwelche Unterbrechungen bei der Bildung des Luft-/Abrasivteilchengemisches
auftreten, könnte
dies ein Zeichen für
Beeinträchtigungen
des Strömungsbereichs
im Kanal 227, beispielsweise aufgrund von einem schlechten
Abrasivteilchenzustand und/oder übermäßiger Feuchte,
sein. In einem solchen Fall wird die Schieberventilstange 220 von
den mechanischen Antrieben 242 mit den Druckluftmotoren 258, 282 (1, 13)
gedreht. Für den
in 13 gezeigten Antrieb werden vorher die Schraube 296 und
der Zahneingriff gelöst.
Das Lösen von
Abrasivteilchen in dem Sitzbereich erfolgt durch die Rippen 237.
Sollte der Kanal 274 durch Abrasivteilchen verstopft sein,
wird Druckluft aus der Aufnahme 30 direkt zu dem Stangenhohlraum 220 geführt. In
diesem Fall beseitigt die Blasspülung
mit durch die Öffnung 236 in
den Konusscheitel geführter
Luft die Verstopfung. Im Falle einer Beeinträchtigung des das Luft-/Abrasivteilchengemisch
bildenden Bereichs ist es in der Praxis zweckmäßig, das Lösen durch Drehen der Stange 220 und
das Blasspülen
der Stange 220 mit Luft zu kombinieren.
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Die
Vorrichtung ermöglicht
sowohl ein Strahlen mit sowohl einem Heißluft-/Abrasivteilchenstrahl als
auch mit einem Kaltluft-/Abrasivteilchenstrahl.
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A) Erzeugung des Kaltluft-/Abrasivteilchenstrahls
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Das
jeweilige Arbeitsmedium wird über Schläuche 37, 39 zugeführt, die
jeweils über
das Druckluftzuführrohr 116 und
das Luft-/Abrasivteilchengemisch-Zuführrohr 120 mit dem
Strahldüsenrohr
verbunden sind. Das Luft-/Abrasivteilchengemisch wird durch das
rohrfdrmige Element 114 im sich verengenden Teil 197 der
Düse zugeführt. Die Druckluft
aus der Luftkühlkammer 104 wird
unter Druck der gleichen Zone zugeführt. Ferner wird die Druckluft über die
perforierten radialen Löcher 110 dem
offenen Ende des rohrförmigen
Elements 114 zugeführt.
Das Auswerfen des Luft-/Abrasivteilchengemisches in die Auslassdüse 128 (Venturi-Rohr), die
Beschleunigung in dieser Düse
und das Auswerfen des Abrasivteilchenstrahls mit hoher Geschwindigkeit
erfolgen in diesem Bereich. Bei richtiger Ausrichtung der Position
des Elements 114 bezüglich
der Düse 128 in
der Längs-(Axial-)Richtung,
was durch Drehen der Profilbüchse 168 mit
nachfolgendem Arretieren mit der Kontermutter 170 erfolgt,
kann der optimale Zerstäubungsgrad
erreicht werden. Der Abrasivteilchenverbrauch wird, wie vorstehend
angegeben, sowohl von der Dosiereinrichtung 21 als auch
in dem Mischer 22 durch Ändern des Drucks der Druckluft
gesteuert, die von der Aufnahme 30 zugeführt wird.
Weiterhin wird das eigentliche Abrasivteilchenstrahlen ausgeführt.
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B) Die Erzeugung des Heißluft-/Abrasivteilchenstrahls
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Das
jeweilige Arbeitsmedium, nämlich
die Druckluft, die die Rolle des gasförmigen Oxidationsmittels spielt,
das Luft-/Abrasivteilchengemisch und der flüssige Brennstoff werden über die
Hauptleitungen 37, 39, 41 dem Strahldüsenrohr 10 zugeführt. Das
Luft-/Abrasivteilchengemisch wird über das rohrfdrmige Element 114 der
Zone der Düse 197 zugeführt.
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Aufgrund
des Überdrucks
in dem Behälter 40 für flüssigen Brennstoff
(ein Aufladen erfolgt über
die Hauptleitung 42) wird der Brennstoff durch den seitlichen
Kanal 158 zu dem ringformigen Hohlraum 152 und
weiterhin zu der Verbrennungskammer 108 über die
Wendelnuten 164 gedrückt,
die die Rolle des Verwirblers 122 spielen. Gleichzeitig
wird der Brennstoff durch die Öffnungen 162 zu
der Druckluftkühlkammer 102 gedrückt, von
dem Luftgegenstrom eingeschlossen und von der Luft durch den Verwirbler 124 ausgeworfen.
Aufgrund der Wirkung der beiden Verwirbler 122, 124 werden
zwei in der gleichen Richtung verwirbelnde Ströme der Kammer 108 zugeführt, nämlich der
Strom des dispergierten flüssigen Brennstoffs
und der Strom der Brennstoffmischung. Der Brennstoff und das Oxidationsmittel
werden in den verwirbelnden Strömen
vermischt und strömen längs der
Wand 112 der Verbrennungskammer 108, wobei die
Dichte der Brennstoffmischung an der Kammerwand 112 zunimmt.
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Der
Brennstoff in der Mischung wird weiterhin zerstäubt und mit gasförmigen Oxidationsmitteln gesättigt, das
der Verbrennungskammer 108 durch die perforierten radialen
Löcher 110 zugeführt wird, die
sich längs
der Wendel mit den Windungen befinden, die parallel zu den Windungen
der Wendelnuten der beiden Verwirbler sind.
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Im
Anlaufzustand des Strahldüsenrohrs 10 wird
ein Füllen
des gesamten Volumens der Verbrennungskammer 108 erreicht,
was durch Erscheinen einer Aerosol-Wolke aus der Düse 128 überwacht wird.
Dann wird die Zündung 132 gezündet, deren Elektrode 134 sich
in der Verbrennungskammer 108 befindet. Durch Regulierung
der Zuführgeschwindigkeit
und des Gebrauchs des gasförmigen
Oxidationsmittels wird eine stabile Verbrennung des Brennstoffs erreicht.
Dann wird der Verbrauch des Luft-/Abrasivteilchengemisches, das
dem verbrennenden Gasstrahl zugeführt wird, eingestellt.
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Die Überhitzung
des Gehäuses 102 des Rohrs 10 (im
stationären
Betriebszustand überschreitet
seine Temperatur 60°C
nicht) wird durch den Druckluftstrom verhindert, der die Luftkühlkammer 104 kühlt. Dieser
Strom durch die perforierten Löcher 110 wird
der Verbrennungskammer 108 zugeführt. Die Reduzierung der Temperatur
sowohl der Düse 120 als
auch des Rohrs als Ganzes wird dadurch begünstigt, dass die Druckluft
aus der Kammer 104 durch die axialen Löcher 186 in den Hohlraum der
ringförmigen
Kammer 184 geführt
wird. Die Luft wird durch die Aussparung 180 in die Verbrennungskammer 108 zu
dem offenen Ende 144 des rohrförmigen Elements 114 abgeführt.
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Dann
erzeugt das Auswerfen des Luft-/Abrasivteilchengemisches mit den
Verbrennungsprodukten an der Auslassdüse 128 (Venturi-Rohr)
eine Beschleunigung in der Düse,
so dass ein Ausstrahlen des Gas-/Abrasivteilchengemisches mit hoher
Geschwindigkeit erfolgt. Bei richtiger Einstellung der Position
des Elements 114 bezüglich
der Düse 128 in der
Längs(Axial)Richtung,
was durch Drehen der Profilbüchse 168 mit
anschließendem
Arretieren durch die Kontermutter 170 ausgeführt wird,
kann die optimale Zerstäubungsrate
erreicht werden. Der Verbrauch an Abrasivteilchen und flüssigem Brennstoff sowie
der Druck der Druckluft werden direkt in dem Mischer, dem Brennstoffbehälter und
der Aufnahme und auch mit entsprechenden Hähnen reguliert. Anschließend wird
das Abrasivteilchenstrahlen mit dem erzeugten Strahl ausgeführt.
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Versuche
haben gezeigt, dass die Gasstrahlgeschwindigkeit aus der Düse in den
kommerziellen Vorrichtungen, die nach der Erfindung hergestellt sind,
2,0 bis 2,5 Mach erreicht. Die Geschwindigkeit des Materials der
ausgestrahlten Abrasivteilchen kann abhängig von den ausgewählten Parametern des
Strahldüsenrohrs
500 m/s überschreiten,
wobei die Gastemperatur 800 bis 1200°C beträgt. Das Strahldüsenrohr
ist etwa 250 mm lang und hat eine Masse von etwa 1,5 kg.
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Die
Vorrichtung stellt eine Kapazität
für die Oberflächenbehandlung
von bis zu 50 m2/h bei einem Verbrauch von
metallurgischer Schlacke von etwa 7 kg/m2 bereit.
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Gewerbliche Verwertbarkeit
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Die
beanspruchte Vorrichtung kann nach der vorliegenden Erfahrung unter
Verwendung von herkömmlichen
Maschinenbautechnologien und -materialien ausgeführt werden.