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Die
Erfindung betrifft eine Drehdurchführung für ein Gas-Pulver-Gemisch.
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Zum
Auftragen von Verschleißschutzschichten
und zur Reparatur von Werkstücken
werden u.a. Verfahren des Auftragschweißens (z.B. Laserstrahl-Auftragschweißen, Plasma-Pulver-Auftragschweißen) eingesetzt.
Die aufzutragenden Zusatzwerkstoffe, zum Beispiel Kobalt-, Nickel-
oder Eisen-Basislegierungen, werden bei solchen Auftragsverfahren
unter anderem auch in Pulverform eingesetzt. Solche Pulver weisen
Korngrößen im Bereich von
20–100 μm auf und
werden mittels eines Trägergases über einen
Bearbeitungskopf zum Bearbeitungsort transportiert. Hierzu besitzt
ein solcher Bearbeitungskopf entsprechende Kanäle, die die Zufuhr des Pulvermaterials
ermöglichen.
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Derartige
Bearbeitungsköpfe
befinden sich während
der Bearbeitung in einer vertikalen Position, so dass das Pulvermaterial
von einem oberen Bereich des Bearbeitungskopfs zu einer unten liegenden
Bearbeitungsstelle mittels Gasstrom zugeführt wird.
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Es
ist bekannt, Bearbeitungsköpfe
feststehend zu belassen und das Werkstück relativ zu dem Arbeitskopf
zu bewegen. Sofern auf Außenflächen Schichten
aufgetragen werden sollen, ist es auch möglich, den Bearbeitungskopf
entlang eines feststehenden Werkstücks zu verfahren.
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Für bestimmte
Anwendungen ist es allerdings erforderlich, in Innenhohlräumen Verschleißschutzschichten
aufzubringen; ein solches Beispiel ist die Bearbeitung innen liegender,
zylindrischer Flächen
von Werkstücken,
beispielsweise von Zylinderflächen,
die aufgrund ihrer Form, Größe und/oder
Lagefixierung keine Eigenbewegung ausführen können. Ein solcher Einsatz setzt
dann aber eine Anordnung mit einer entsprechenden Drehdurchführung ein.
Für das
Laserstrahl-Auftragschweißen
sind solche Drehdurchführungen
mit Zufuhr eines Pulvers als Zusatzwerkstoffe nicht bekannt; wenn überhaupt sind
solche Anordnungen nur für
den senkrechten Einsatz ausgelegt, bei dem das Pulver der Schwerkraft
folgend nach unten gefördert
werden kann.
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Aus
der
DD 102 790 ist ein
Drehverteiler für verschiedene
Druckmedien bekannt, der aus einem Zapfen und einem Zylinder besteht.
Zur Vermeidung des Durchtretens von Leckflüssigkeit sind auf dem Zapfen
Metallringlippen mit Lamellen angeordnet. Die Durchmesser der Bohrungen
im Zylinder sind gleich oder kleiner der Breite der Nuten im Zapfen
gehalten. Durch diese Anordnung soll eine gute Abdichtung zwischen
den einzelnen Zellen und zwischen Zylinder und Zapfen erfolgen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Drehdurchführung für ein Pulver-Gas-Gemisch
zu schaffen, die eine homogene Pulverförderung bei einem sich endlos
um eine Achse drehenden Bearbeitungskopf ermöglicht und insbesondere auch
für einen
waagrechten Einsatz geeignet ist.
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Gelöst wird
diese Aufgabe durch eine Drehdurchführung für ein Gas-Pulver-Gemisch mit einem Innenteil,
das in einem feststehenden Gehäuse
um eine Längsachse
drehbar geführt
ist, und mit einer feststehenden, das Innenteil umgreifenden Anschlusshülse, die
einen Teil des Gehäuses
bildet, wobei über
die Anschlusshülse über mindestens
zwei gleichmäßig über den
Umfang verteilte Zuführöffnungen
ein Gas-Pulver-Gemisch in einen Ringraum zwischen dem Innenteil
und dem Gehäuse
zugeführt wird,
wobei der Ringraum entsprechend der Anzahl der Zuführöffnungen
in gleiche Teilräume
durch Zwischenwände
unterteilt ist und jedem Teilraum eine Austrittsöffnung, die in Richtung der
Längsachse
von den Zuführöffnungen
beabstandet ist, zugeordnet ist, wobei die Teilräume durch die Zwischenwände und deren
Stirnkanten eine sich keilförmig
in Achsrichtung verjüngende
Form aufweisen, wobei sich an der Spitze die jeweilige Austrittsöffnung befindet
und wobei die benachbarten Stirnkanten benachbarter Teilräume, Einlaufflächen bildend,
auf der zu den Zuführöffnungen
liegenden Seite zu einer Spitze zusammenlaufen.
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Eine
solche Anordnung ermöglicht
eine endlose Drehung um die Längsachse
(Rotationsachse) der Drehdurchführung.
Gleichzeitig ist eine homogene Pulverförderung im Rotationsbetrieb
bei beliebiger Förderrichtung
der Drehdurchführung,
d.h. auch dann, wenn die Drehdurchführung mit ihrer Längsachse
horizontal ausgerichtet ist, möglich.
Indem die Drehdurchführung
aufgrund der Möglichkeit,
sie endlos um ihre Achse zu drehen, den Konturen eines Werkstücks, auch
innen liegender, schwer zugänglichen
Konturen, nachgeführt
werden kann, ist eine Werkstückbearbeitung
ohne Unterbrechung möglich.
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Es
sollte darauf hingewiesen werden, dass in solche Drehdurchführungen
weitere Zuführeinrichtungen
für gasförmige und
flüssige
Prozessmedien integriert werden können, was allerdings relativ
leicht vorgenommen werden kann, da solche gasförmigen und/oder flüssigen Medien
unter Druck in jeder Lage der Drehdurchführung geführt werden können und ein
Abdichten problemlos erfolgen kann, im Gegensatz zu Pulver-Gas-Gemischen,
für deren
Einsatz die erfindungsgemäße Drehdurchführung in
erster Linie ausgelegt ist.
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Die
Drehdurchführung
ist insbesondere für den
Anschluss eines Lasers als Wärmequelle
ausgelegt, indem das Innenteil eine durchgehende Bohrung entlang
der Längsachse
aufweist, entlang der ein Laserstrahl zu dem Bearbeitungsort geführt werden
kann. Am Ende der Drehdurchführung
können gegebenenfalls
entsprechende Umlenkspiegel oder sonstige Bearbeitungsoptiken angeordnet
werden.
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Die
Drehdurchführung,
wie sie vorstehend angegeben ist, umfasst ein Innenteil, das in
einer feststehenden Anschlusshülse
gedreht wird. Diese Anschlusshülse
stellt einen Teil des Gehäuses
dar und ist im Betrieb feststehend. Die Abdichtung zwischen Anschlusshülse, über die
das Pulver-Gas-Gemisch zugeführt
wird, und dem Innenteil erfolgt über mehrere
Filzring-Dichtungen. Aufgrund der mindestens zwei Teilräume, die
jeweils sich von den Zuführöffnungen
zu den Austrittsöffnungen
hin verjüngende Formen
aufweisen, wird das Pulver jeweils durch die schrägen Flächen zu
den Auslassöffnungen
hin geführt.
Da mindestens zwei Zuführöffnungen
vorhanden sind, über
die jeweils das Pulver-Gas-Gemisch zugeführt wird, ist in jeder Lage
der Drehdurchführung,
d.h. zwischen einer vertikalen Ausrichtung und einer horizontalen
Ausrichtung, und in jeder Drehstellung des Innenteils zu dem Gehäuse, gewährleistet, dass
Pulver zu der einen und/oder der anderen Austrittsöffnung ge führt wird.
Hierbei sind Stellungen vorhanden, in denen der eine Teilraum, aufgrund
seiner momentanen Lage, mehr Pulver zu seiner Austrittsöffnung zuführt als
dies über
den anderen Teilraum erfolgt. Die Fördermenge, die über den
einen Teilraum bei bestimmten Stellungen abnimmt, wird entsprechend
durch die Fördermenge über den
anderen Teilraum erhöht,
so dass die Drehdurchführung
immer eine gleichbleibende Menge eines Gas-Pulver-Gemisches fördert.
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Vorzugsweise
sind die Austrittsöffnungen
zu einem gemeinsamen Austrittskanal zusammengeführt, um die über die
mehreren Zuführöffnungen
zugeführten
Pulvermengen ausgangsseitig der Drehdurchführung zu vereinigen.
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Um
in den unterschiedlichen Lagen der Drehdurchführung, ob nun vertikal oder
horizontal, oder in einer Position zwischen einer horizontalen und
einer vertikalen Position, eine optimierte Förderung des Pulver-Gas-Gemisches
von den Zuführöffnungen
zu den Austrittsöffnungen
zu gewährleisten, sollten
die Einlaufflächen
eines Teilraums einen Winkel von maximal 120° einschließen. In Abhängigkeit von der Baulänge der
Drehdurchführung
und dem Durchmesser können
mehr als zwei Teilräume
mit der entsprechenden Anzahl an Zuführöffnungen und Austrittsöffnungen
vorgesehen werden, um die Querschnitte der Teilräume, in Bezug auf den sich
verjüngenden
Querschnitt, optimal zu dimensionieren, so dass eine ausreichende
Schräge
der Einlaufflächen, die
die Teilräume
begrenzen, erreicht werden kann.
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Ein
konstruktiv einfacher Aufbau ergibt sich dann, wenn die Zwischenwände zwischen
den Einlaufflächen
durch einen ersten Hülsenkörper gebildet sind,
der auf einen zweiten Hülsenkörper aufgesteckt ist.
Solche Hülsenkörper sind
aus rohrförmigem
Material in einfacher Weise zu fertigen; auch ist die Kontur der
Einlaufflächen
einfach in die Stirnseite eines solchen Hülsenkörpers einarbeitbar. Die Austrittsöffnungen
werden dann in dem zweiten Hülsenkörper gebildet.
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Um
die Montage und die Demontage einfach zu gestalten, sollte die Anschlusshülse als
abnehmbares Teil ausgebildet sein, das von einem Grundgehäuse abgenommen
werden kann.
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Für einen
optimierten Einlauf des Pulver-Gas-Gemisches in die Drehdurchführung können die
Zuführöffnungen
mit ihrer Achse unter einem spitzen Winkel zu der Längsachse,
oder zu einer Ebene, die die Längsachse
enthält,
ausgerichtet werden.
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Weitere
Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
anhand der Zeichnungen. In der Zeichnung zeigt
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1 einen
Längsschnitt
entlang der Längsachse
einer Drehdurchführung
gemäß der Erfindung,
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2 eine
perspektivische Ansicht des Innenteils der Drehdurchführung mit
darauf aufgesetzten Hülsenkörper, die
Teil einer abnehmbaren Anschlusshülse sind,
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3 die
Anschlusshülse,
in einer Abwicklung des Ringraums, der in zwei Teilräume unterteilt ist,
und
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4 einen
Schnitt der Drehdurchführung entlang
der Schnittlinie IV-IV in 1.
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Die
Drehdurchführung,
wie sie in einem Längsschnitt
in 1 dargestellt ist, weist ein äußeres, feststehendes Gehäuse 1 auf,
das in einen Grundkörper 2 und
eine davon abnehmbare Anschlusshülse 3 unterteilt
ist, wie dies insbesondere anhand der 1 zu sehen
ist. In dem feststehenden Gehäuse 1 ist
ein Innenteil 4 drehbar um eine Längsachse drehbar gehalten.
Dieses Innenteil weist eine durchgehende Bohrung 6 auf, über die
beispielsweise ein Laserstrahl von einem Einkoppelende 7,
in den Figuren auf der linken Seite, zu einem Bearbeitungsende 8,
in den Figuren auf der rechten Seite, geführt werden kann.
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Diese
Drehdurchführung,
wie sie in den Figuren gezeigt ist, dient dazu, auf einen Bearbeitungsort ein
Gas-Pulver-Gemisch, beispielsweise zum Laserstrahl-Auftragsschweißen, zum
Plasma-Pulver-Auftragsschweißen,
oder dergleichen, zuzuführen.
Insbesondere ist diese Drehdurchführung dazu ausgelegt, dass
sie, wie auch in den Figuren gezeigt ist, für einen vertikalen Betrieb
geeignet ist, d.h. mit ei ner Ausrichtung der Längsachse 5 in einer
horizontalen Richtung. Diese Drehdurchführung ist aber auch dazu geeignet,
in irgendeiner anderen, räumlichen Orientierung
ausgerichtet zu werden.
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Das
Innenteil 4, das auch als innere Welle bezeichnet werden
kann, ist über
zwei Rillenlager 9 in dem Grundkörper 2 drehbar gelagert.
Beide Rillenlager 9 werden durch federnde Ausgleichsscheiben 12 gegeneinander
verspannt.
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Die
Drehdurchführung
umfasst im Bereich des Grundkörpers 2 einen
Zufuhrkanal 10 für
Wasser, einen Gaszuführungskanal 13 sowie
einen Wasseranschluss 11. Außerdem ist ein Austritt 14 für Leckwasser
vorgesehen.
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Zwischen
Innenteil 4 und Grundkörper 5 sind jeweilige
Drehdichtungen 15 eingebaut.
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Die
Anschlusshülse 3,
die sich an den äußeren Grundkörper 2 anschließt und mit
diesem geschraubt verbunden ist und die im Betrieb zusammen mit
dem Grundkörper 2 fixiert
ist, während
sich das Innenteil 4 dreht, umfasst in der dargestellten
Ausführungsform
zwei Zuführöffnungen 16,
die sich, in Bezug auf den Umfang der Anschlusshülse 3, gegenüberliegen,
d.h. um 180° zueinander
in Umfangsrichtung versetzt sind. Jeder Zuführöffnung 16 ist eine Austrittsöffnung 17,
die, wiederum in Umfangsrichtung gesehen, zu den Zuführöffnungen 16 um
90° versetzt
sind, zugeordnet.
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Die
Zuführöffnungen 16 dienen
dazu, ein Pulver-Gas-Gemisch zuzuführen, wobei gewährleistet
sein soll, dass in jeder Lageorientierung der Drehdurchführung ausreichend
Pulver über
die Zuführöffnungen 16 zu
den Austrittsöffnungen 17 bzw.
zu Pulveraustrittsöffnungen 18 zugeführt wird.
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Der
Fließ-
bzw. Strömungsweg
des Pulver-Gas-Gemisches ist anhand der 3 und 4 in
Verbindung mit den 1 und 2 verdeutlicht.
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Die
Zuführöffnungen 16 führen in
einen Ringraum 19, der in zwei Teilräume 20, durch jeweilige Zwischenwände 21,
unterteilt ist. Um diese Unterteilung zu verdeutli chen, stellt 3 eine
Abwicklung entlang der Zwischenwände 2 in
einer Ebene dar.
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Um
diesen Aufbau der Teilräume 20 mit
den Zwischenwänden 21 des
Ringraums 19 zu erreichen, ist ein erster Hülsenkörper 22 und
ein zweiter Hülsenkörper 23 vorgesehen,
wobei der zweite Hülsenkörper 23 einen
Außendurchmesser
aufweist, der größer als
der Außendurchmesser
des ersten Hülsenkörpers 22 ist.
Der Außendurchmesser
der Hülse 23 entspricht
dem Innendurchmesser der Hülse 29.
Die Stirnkanten des zweiten Hülsenkörpers 23,
der die Zwischenwände 21,
wie sie in 3 zu sehen sind, bildet, verlaufen
schräg;
diese Stirnkanten 24 bilden jeweilige Einlaufflächen 25 für das über die
Zuführöffnungen 16 in
den Ringraum 19 bzw. die jeweiligen Teilräume 20 einlaufende
Pulver. Die Zwischenwände 21 bzw.
die Einlaufflächen 25 sind
so ausgelegt, dass die jeweiligen Teilräume 20 von der Seite
aus, die den Zuführöffnungen 16 zugeordnet
sind, zu den Austrittsöffnungen 17 hin
eine sich keilförmig
verjüngende
Form aufweisen. An den jeweiligen Spitzen dieser dreieckförmigen Teilräume 20 sind
dabei die Austrittsöffnungen 17 angeordnet.
Auf der Seite der Zuführöffnungen 16 laufen
die Einlaufflächen 25 bzw. die
Stirnkanten 24 der Zwischenwände 21 zu einer Spitze 26 zusammen.
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Wie
anhand der 4 zu sehen ist, sind den Austrittsöffnungen 17 Verbindungskanäle 27,
die in dem Innenteil 4 ausgebildet sind, zugeordnet, die dann
zu den vorstehend angegebenen Pulveraustrittsöffnungen 18 führen. Um
dann, wenn sich die Innenhülse 4 relativ
zu der Anschlusshülse 3 dreht,
zu gewährleisten,
dass ein ausreichender Öffnungsquerschnitt
der Austrittsöffnungen 17 zu
den Öffnungen, die
zu dem Verbindungskanal 27 führen, in Deckung gebracht ist,
sind die Austrittsöffnungen 17 als
Langlöcher,
mit ihrer größten Öffnungsweite
in Richtung der Längsachse 5 gesehen,
ausgebildet.
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Die
jeweiligen Einlaufflächen 25 bzw.
Stirnkanten 24, die die jeweiligen Ringräume 19 begrenzen,
verlaufen unter einem Winkel von maximal 120° zueinander; der Winkel beträgt in der
Ausführungsform,
wie sie in der 3 gezeigt ist, etwa 115°.
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Wie
die 1 zeigt, sind der erste und der zweite Hülsenkörper 22, 23 durch
mehrere Dichtungen 28, vorzugsweise durch Filzdichtungen,
in der Anschlusshülse 3 abgedichtet;
im unteren Bereich ist dazu eine Zwischenhülse 29 eingefügt, um auf
der radial innen liegenden Seite eine Dichtfläche zu erhalten.
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Wie
weiterhin anhand der 1 zu sehen ist, sind die beiden
Zuführöffnungen 16 für das Pulver-Gas-Gemisch
mit ihrer Achse 30 unter einem spitzen Winkel zu der Längsachse 5 des
Innenteils 4 ausgerichtet.
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Die
Anschlusshülse 3 zur
Zuführung
eines Pulver-Gas-Gemisches über
die Zuführöffnungen 16 arbeitet
wie folgt.
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Das
erforderliche Pulver-Gas-Gemisch wird gleichzeitig über beide
Zuführöffnungen 16 in
die beiden Teilräume 20 zugeführt, wie
durch die Pfeile 31 in den 3 und 4 angedeutet
ist. In einer idealen Stellung der beiden Hülsenkörper 22, 23 zu
dem Innenteil 4 wird das Pulver gleichmäßig auf beide Teilräume 20 verteilt.
Während
in den 3 und 4 eine Orientierung der Hülsenkörper 22 und 23 und
damit der beiden Teilräume 20 dargestellt
ist, in der die Achse 5 der Drehdurchführung vertikal liegt, können auch
Bearbeitungspositionen auftreten, in denen die Achse 5 horizontal,
oder Zwischenstellungen zwischen vertikal und horizontal, ausgerichtet
ist. Gerade bei einer Orientierung der Achse 5 und der Drehdurchführung zu
einer horizontalen Lage hin trifft das Pulver 31 (Strömungspfeile)
auf die eine oder andere Stirnkante 24 bzw. Einlauffläche 25 auf
und wird über
diese schräge
Einlauffläche 25 zu
der Austrittsöffnung 17 hin
geführt.
In Abhängigkeit
von der Drehposition des Innenteils 4 sind die jeweiligen
Zuführöffnungen 16 näher zu der
einen oder anderen Einlauffläche 25 der
Teilräume 20 hin
gerichtet, so dass sich auch dann die Zuführung des Pulvers, unter der Schwerkraft,
mehr oder weniger auf den einen oder anderen Teilraum 20 verteilt.
Allerdings ist mit dieser Anordnung gewährleistet, dass die Summe des
zugeführten
Pulvers, zugeführt über die
beiden Zuführöffnungen 16,
in den unterschiedlichen Stellungen gleich verbleibt, da sich die
Pulvermengen, zugeführt über die
beiden Zuführöffnungen,
in den jeweiligen Stellungen zu einer gleichbleibenden Gesamtmenge addieren.
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Mit
dem Aufbau einer Drehdurchführung,
wie er vorstehend beschrieben ist, wird folglich ein Ringraum in
mindestens zwei Teilräume
unterteilt, die sich, von der Einlaufseite des Pulvers (Zuführöffnungen 16)
zu der Auslaufseite hin (Pulveraus trittsöffnungen 17), keilförmig verjüngen, wobei
darüber
hinaus die beiden Teilräume
gleichmäßig um den
Umfang verteilt sind, so dass die Drehdurchführung lageunabhängig eingesetzt
werden kann. Gleichzeitig kann das Innenteil zu der Anschlusshülse endlos
gedreht werden, so dass sich beliebige Bearbeitungspositionen und
Bewegungsabläufe
ergeben.
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Die
Anzahl der Teilräume
ist nicht auf zwei, wie in der vorliegenden Ausführungsform, beschränkt, sondern
es können
mehr als zwei, beispielsweise drei oder vier, Teilräume vorgesehen werden,
mit einer entsprechenden Anzahl von Zuführöffnungen und Austrittsöffnungen.
Falls mehr als zwei Teilräume,
wie dargestellt, vorgesehen werden, kann die Baulänge verkürzt werden,
da mit mehr Teilräumen
gewährleistet
wird, dass die Einlaufflächen der
Teilräume
eine ausreichende Schräge
aufweisen. Eine kürzere
Baulänge
kann auch dann erreicht werden, wenn der Durchmesser der Drehdurchführung vergrößert wird,
was allerdings in vielen Anwendungsfällen, gerade zum Einsatz der
Drehdurchführung
bei der Innenbeschichtung von Hohlkörpern, nicht wünschenswert
ist.
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Verschiedene
Konstruktionsdetails können geändert werden,
ohne das Grundprinzip der Drehdurchführung zu verlassen. Wesentlich
sind die sich verjüngenden
Teilräume
mit den schrägen
Einlaufflächen;
diese können
auch durch einen parabelförmigen
Verlauf der Stirnseiten erreicht werden, sofern gewährleistet
ist, dass sich die Teilräume
jeweils von den Zuführöffnungen
zu den Auslassöffnungen
für das
Pulver verjüngen.