EP1727623A2 - Wasserdampfunterstutztes lackierverfahren - Google Patents

Wasserdampfunterstutztes lackierverfahren

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EP1727623A2
EP1727623A2 EP05739556A EP05739556A EP1727623A2 EP 1727623 A2 EP1727623 A2 EP 1727623A2 EP 05739556 A EP05739556 A EP 05739556A EP 05739556 A EP05739556 A EP 05739556A EP 1727623 A2 EP1727623 A2 EP 1727623A2
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EP
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water
nozzle
coating
water vapor
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Gerhard Brendel
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Nuetro Maschinen- und Anlagenbau & Co KG GmbH
Nutro Maschinen und Anlagenbau GmbH and Co KG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B05B7/0441—Spray pistols; Apparatus for discharge with arrangements for mixing liquids or other fluent materials before discharge with arrangements for mixing one gas and one liquid with one inner conduit of liquid surrounded by an external conduit of gas upstream the mixing chamber
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    • B05B7/1606—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed the spraying of the material involving the use of an atomising fluid, e.g. air

Definitions

  • the present invention relates to a method for coating substrates according to the preamble of claim 1 or to a corresponding installation according to the preamble of claim 7.
  • a coating material based on an organic binder, an adhering to a substrate, protective and possibly decorative film, the so-called paint is produced.
  • a coating material contains, in addition to macromolecular or macromolecule-forming film formers, pigments, fillers, additives and / or solvents or dispersants.
  • Solvents here are to be understood as meaning all liquids or liquid mixtures which are capable of dissolving the film former or the film formers, such as, for example, As alcohols or water.
  • As a dispersant means the liquids that do not solve the film former, but keep in fine, mikroheterogener Ner exclude, such as. As hydrocarbons or water.
  • Such coating materials can be referred to as coatings, can be applied by a variety of methods on the objects or substrates to be coated. Examples include the dip coating, brushing or spraying.
  • the coating material to be applied to the substrate is atomized by various methods into a multiplicity of small droplets, which are then deposited uniformly on the substrate in order to then reassemble into a film.
  • a sputtering method for example, it is known to drive the coating material through a nozzle arrangement, whereby it is torn after leaving the nozzle into many small droplets.
  • the coating material itself is pressed under appropriate pressure through the nozzle assembly (hydraulically) or the coating material is atomized by means of compressed air or compressed air (pneumatic), wherein the compressed air exits together with the coating material from the nozzle assembly.
  • the present invention relates to the application of paints to substrates by spraying or spraying, wherein the coating material is atomized by a nozzle assembly, such as a paint spray gun.
  • the problem in particular in the application of water-based paints, in which so water is used as a solvent or dispersion medium is that by air inclusions with pneumatic atomization no homogeneous coating on the substrate surface can be achieved.
  • substrates with high surface tension such.
  • islands occur without coating material in the paint film on the substrate. This is particularly problematic if the coating consists of several layers and the islanding already occurs in the base or adhesive layer, as this then continues with the further coating structure.
  • Primers with very high water content and low solids content islanding is observed.
  • the water vapor in the low pressure range of 0.5 to 2 bar, or in the high pressure range of 2 to 10, in particular 4 to 8 bar are used.
  • a device for preventing water droplets in the water vapor is provided in the spray gun near the nozzle opening.
  • This can be formed by a pressure booster and / or a heater.
  • the arrangement should be selected so that almost pure water vapor is available at the nozzle opening. Accordingly, the length of the heater or its power must be sized to achieve a sufficient increase in temperature. The same applies to the pressure increasing device with respect to the change of the pressure.
  • FIG. 2 is a schematic representation of a plant for coating substrates according to the present invention
  • 3 is a schematic representation of the steam supply line in the spray gun
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of a second embodiment of the steam supply line in the spray gun.
  • FIG. 1 shows, in two schematic representations, two different nozzle arrangements 1, which can be realized, for example, in a spray gun in order to carry out the method according to the invention.
  • the nozzle assembly has an inner nozzle 2 and an outer nozzle 3, wherein the nozzle opening 4 of the inner nozzle 2 is disposed within the outer nozzle assembly 3 immediately in front of the nozzle opening 5 of the outer nozzle assembly 3.
  • the coating material transported in the inner nozzle arrangement 2 is mixed with the water vapor transported in the outer nozzle arrangement 3 before the final leaving of the nozzle arrangement 1 through the nozzle opening 5 of the outer nozzle arrangement 3 with the water vapor (internal mixing).
  • FIG. 2 shows in a purely schematic representation a system for coating substrates according to the present invention, wherein a spray gun 1 corresponding to the nozzle arrangements of Fig. 1 via a first supply line 6 with a first supply means 8 for providing and supplying the coating material to the spray gun 1, wherein via a pump 10, the coating material in the supply line 6 is required.
  • the spray gun 1 is further connected via a second supply line 7 to a second supply device 9, which comprises a steam generating device, generated by means of the steam required for the inventive method and can be conveyed to the spray gun 1.
  • a second supply device 9 which comprises a steam generating device, generated by means of the steam required for the inventive method and can be conveyed to the spray gun 1.
  • a pressure increasing or compressing device such as a pump 11 may be provided in the second conduit 7 to the water vapor to the corresponding operating pressure range of 0.5 to 10 bar or 1 to 2 or 4 to 8 bar to bring.
  • the corresponding pressure increasing or compressing device 10 can also be integrated in the first supply means for the coating material or provided separately in the first supply line 6 (as shown).
  • FIGS. 1 and the steam supply line 7 are shown schematically in FIGS.
  • the supply line is reduced in the vicinity of the discharge opening or nozzle opening 5 in cross section, so that the pressure rises immediately in front of the nozzle opening 5, so that even the smallest amounts of water droplets, which may have precipitated from the steam, are evaporated again and thus almost pure water vapor is available for the application of the coating material.
  • this is achieved by a conical region 13 in the supply line 7, which reduces the first cross section of the line 7 in the region 12 to a second cross section in the region 14.
  • FIG. 4 shows a further possibility of how the formation of water droplets in the water vapor can be counteracted.
  • an additional heating device 15 is provided immediately before or at the nozzle opening 5, by means of which the water vapor can be heated and overheated accordingly, so that all the water is present in water vapor form.
  • a heater 15 are all known devices, such as electrical resistance heaters with windings around the line 7 or cartridges with exothermic reactive materials or fuels for use in a free space of the spray gun in question.

Landscapes

  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Nozzles (AREA)

Description

ΛVasserdampf unterstütztes Lackierverfahren
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten von Substraten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. eine entsprechende Anlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
Viele Gegenstände des täglichen Bedarfs, sonstige Gebrauchsgüter oder auch gewerblich oder industriell eingesetzte Gegenstände erhalten ihr äußeres Aussehen erst durch eine Beschichtung, wobei die Beschichtung sowohl aus ästhetischen Gründen als auch zur Erzielung einer Schutzfunktion eingesetzt werden kann. Eine weit verbreitete Beschichtungsmöglichkeit ist durch Lackierverfahren gegeben, bei denen mit einem Beschichtungsstoff auf Basis eines organischen Bindemittels ein auf einem Untergrund haftender, schützender und ggf. dekorativer Film, der sog. Lack erzeugt wird. Ein derartiger Beschichtungsstoff enthält neben makromolekularen oder Makromoleküle bildenden Filmbildnern, Pigmente, Füllstoffe, Additive und/oder Löse- oder Dispersionsmittel. Unter Lösemittel sind hierbei sämtliche Flüssigkeiten oder Flüssigkeitsgemische zu verstehen, die den oder die Filmbildner zu lösen vermögen, wie z. B. Alkohole oder Wasser. Als Dispersionsmittel versteht man die Flüssigkeiten, die den Filmbildner zwar nicht lösen, jedoch in feiner, mikroheterogener Nerteilung halten, wie z. B. Kohlenwasserstoffe oder Wasser.
Derartige Beschichtungsstoffe, die allgem. als Lacke bezeichnet werden können, können durch unterschiedlichste Verfahren auf den zu beschichtenden Gegenständen bzw. Substraten aufgebracht werden. Als Beispiele hierfür seien die Tauchlackierung, das Streichen oder Sprühverfahren genannt.
Insbesondere Sprüh- bzw. Spritzverfahren weisen im industriellen Einsatz eine große Bedeutung auf, da sie eine automatisierte und industrielle Fertigung mit besonders gleichmäßiger Lackbildung ermöglichen. Bei den Sprüh- bzw. Spritzverfahren wird der auf dem Substrat aufzubringende Beschichtungsstoff durch verschiedene Methoden in eine Vielzahl kleiner Tröpfchen zerstäubt, die dann gleichmäßig auf dem Substrat abgelagert werden, um dort dann wieder zu einem Film zusammenzufinden. Als Zerstäubungsmethode ist beispielsweise bekannt den Beschichtungsstoff durch eine Düsenanordnung zu treiben, wobei er nach dem Verlassen der Düse in viele kleine Tröpfchen zerrissen wird. Hierbei wird entweder der Beschichtungsstoff selbst unter entsprechendem Druck durch die Düsenanordnung gepresst (hydraulisch) oder der Beschichtungsstoff wird mittels Pressluft oder Druckluft (pneumatisch) zerstäubt, wobei die Druckluft zusammen mit dem Beschichtungsstoff aus der Düsenanordnung austritt.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Auftragen von Lacken auf Substrate mittels Sprüh- oder Spritzverfahren, bei dem der Beschichtungsstoff durch eine Düsenanordnung, beispielsweise eine Lackierpistole, zerstäubt wird.
Bei diesen bekannten Verfahren besteht das Problem insbesondere bei der Aufbringung von wasserbasierten Lacken, bei denen also Wasser als Löse- oder Dispersionsmittel eingesetzt wird darin, dass durch Lufteinschlüsse bei pneumatischer Zerstäubung keine homogene Beschichtung auf der Substratoberfläche erzielt werden kann. Insbesondere bei Substraten mit hoher Oberflächenspannung, wie z. B. Kunststoffen, treten Inseln ohne Beschichtungsstoff in dem Lackfilm auf dem Substrat auf. Dies ist insbesondere dann problematisch, wenn die Beschichtung aus mehreren Lagen besteht und die Inselbildung bereits in der Grund- oder Haftschicht auftritt, da sich diese dann mit dem weiteren Beschichtungsaufbau fortsetzt. Insbesondere bei der Beschichtung von Kunststoffen mit sog. Haftvermittlern (Primem) mit sehr hohem Wasser- und geringem Festkörperanteil ist Inselbildung zu beobachten.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Aufbringen von Lacken auf Substraten bereitzustellen, welches die Probleme der Inselbildung beim Lackauftrag vermeidet. Gleichzeitig soll dieses Verfahren jedoch einfach und wirtschaftlich einsetzbar sein, ohne dass große Veränderungen an bestehenden Lackieranlagen vorgenommen werden müssen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Anlage zum Beschichten von Substraten mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Bei der vorliegenden Erfindung hat es sich überraschend gezeigt, dass die vorstehend genannten Probleme mit der Inselbildung, insbesondere beim Auftrag von Wasserlacken auf Kunststoffen in einfacher Weise dadurch vermieden werden können, dass statt der Luft als Hilfsgas bei der pneumatischen Zerstäubung Wasserdampf eingesetzt wird. Dies vermeidet die Lufteinschlüsse im Lack und die dadurch erzeugte Inselbildung in der Lackschicht. Außerdem ist dieses Verfahren in einfacher Weise zu realisieren, da lediglich statt der Luft Wasserdampf verwendet werden muss, so dass weitgehend die bestehenden Anlagen weiter verwendet werden können. Lediglich bestimmte, den Wasserdampf führende Leitungen bzw. Dichtungen müssten entsprechend ausgelegt werden, dass sie dem Wasserdampf auf Dauer widerstehen können. Hierzu bietet sich beispielsweise an, Keramikdichtungen in den Lackierpistolen einzusetzen. Anlagentechnisch muss lediglich eine zusätzliche Einrichtung zur Erzeugung von Wasserdampf vorgesehen werden.
Vorzugsweise kann der Wasserdampf im Niederdruckbereich von 0,5 bis 2 bar, bzw. im Hochdruckbereich von 2 bis 10 insbesondere 4 bis 8 bar eingesetzt werden.
Neben wasserbasierenden Lacken mit Wasser als Lösungs- oder Dispersionsmittel hat es sich insbesondere bewährt, Wasserdampf auch als Hilfsgas für das pneumatische Spritzen von im wesentlichen lösemittelfreiem Schmelzlack zu verwenden, da bei diesen Lacken, die nahezu aus 100 % Festkörper bestehen, ' der erhitzte Wasserdampf keine Abkühlung des aufgeschmolzenen Lackes beim Verspritzen bewirkt oder sogar auf eine zusätzliche Erwärmung oder Erhitzung des Schmelzlacks zur Verflüssigung verzichtet werden kann.
Neben der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens für die Aufbringung von insbesondere Primern auf Kunststoffen kann dieses Verfahren natürlich selbstverständlich für entsprechende Decklacke, Füllerschichten oder Klarlackschichten auch auf Metallen oder Holzwerkstoffen eingesetzt werden.
Vorzugsweise ist in der Spritzpistole nahe der Düsenöffnung eine Einrichtung zur Vermeidung von Wassertröpfchen im Wasserdampf vorgesehen. Diese kann durch eine Druckerhöhungseinrichtung und/oder eine Heizeinrichtung gebildet sein. Die Anordnung ist so zu wählen, dass an der Düsenöffnung nahezu reiner Wasserdampf zur Verfügung steht. Entsprechend muss die Länge der Heizeinrichtung oder deren Leistung bemessen sein, um eine ausreichende Temperaturerhöhung zu erreichen. Gleiches gilt für die Druckerhöhungseinrichtung bezüglich der Änderung des Drucks. Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines Ausfuhrungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnungen deutlich. Die rein schematischen Zeichnungen zeigen in
Fig. 1 a) und b) die schematische Darstellung von Düsenanordnungen mit Innenmischung (a) sowie Außenmischung (b) des Beschichtungsstoffs mit dem als Hilfsgas zur Auftragung verwendeten Wasserdampfs;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Anlage zum Beschichten von Substraten gemäß der vorliegenden Erfindung; Fig. 3 eine schematische Darstellung der Wasserdampfzufuhrleitung in der Spritzpistole; und in Fig. 4 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausfuhrungsform der Wasserdampf - zufuhrleitung in der Spritzpistole.
Die Fig. 1 zeigt in zwei schematischen Darstellungen zwei unterschiedliche Düsenanordnungen 1, die beispielsweise in einer Spritzpistole verwirklicht werden können, um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.
Bei der Düsenanordnung 1 des Teilbilds a) weist die Düsenanordnung eine innere Düse 2 und eine äußere Düse 3 auf, wobei die Düsenöffnung 4 der inneren Düse 2 innerhalb der äußeren Düsenanordnung 3 unmittelbar vor der Düsenöffnung 5 der äußeren Düsenanordnung 3 angeordnet ist. Auf diese Weise wird der in der inneren Düsenanordnung 2 transportierte Beschichtungsstoff mit dem in der äußeren Düsenanordnung 3 transportierten Wasserdampf vor dem endgültigen Verlassen der Düsenanordnung 1 durch die Düsenöffnung 5 der äußeren Düsenanordnung 3 mit dem Wasserdampf vermischt (Innenmischung).
Demgegenüber wird bei der Düsenanordnung 1 des Teilbilds b), bei dem die Düsenöffnung 4 der inneren Düsenanordnung 2 auf gleicher Höhe mit der Düsenöffnung 5 der äußeren Düsenanordnung 3 angeordnet ist, der in der inneren Düsenanordnung 2 befindliche Beschichtungsstoff erst nach dem Verlassen der Düsenanordnung 1 mit dem Wasserdampf, der die äußere Düsenanordnung 3 durch die Düsenöffnung 5 verlassen hat, vermischt (Außenmischung) . Diese beiden Arten des Sprüh- bzw. Spritzauftrags des Beschichtungsstoffs mit Hilfe des Wasserdampfs können für die vorliegende Erfindung eingesetzt werden.
Die Fig. 2 zeigt in einer rein schematischen Darstellung eine Anlage zum Beschichten von Substraten gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei eine Spritzpistole 1 entsprechend der Düsenanordnungen der Fig. 1 über eine erste Zufuhrleitung 6 mit einer ersten Versorgungseinrichtung 8 zum Bereitstellen und Zufuhren des Beschichtungsstoffs zur Spritzpistole 1 verbunden ist, wobei über eine Pumpe 10 der Beschichtungsstoff in der Zufuhrleitung 6 gefordert wird.
Die Spritzpistole 1 ist weiterhin über eine zweite Zuführleitung 7 mit einer zweiten Versorgungseinrichtung 9 verbunden, welche eine Wasserdampferzeugungseinrichtung umfasst, mittels der für das erfindungsgemäße Verfahren erforderliche Wasserdampf erzeugt und zur Spritzpistole 1 befördert werden kann.
Als Teil der zweiten Versorgungseinrichtung 9 oder wie in der Fig. 2 dargestellt als separate Einrichtung, kann eine Druckerhöhungs- oder Komprimiereinrichtung, wie eine Pumpe 11 in der zweiten Leitung 7 vorgesehen sein, um den Wasserdampf auf den entsprechenden Betriebsdruckbereich von 0,5 bis 10 bar bzw. 1 bis 2 oder 4 bis 8 bar zu bringen.
In gleicher Weise kann selbstverständlich die entsprechende Druckerhöhungs- oder Komprimiereinrichtung 10 auch in der ersten Versorgungseinrichtung für den Beschichtungsstoff integriert oder separat in der ersten Versorgungsleitung 6 vorgesehen sein (wie dargestellt).
Selbstverständlich kann auch in der Versorgungsleitung 6 für den Beschichtungsstoff auf die Pumpe 10 verzichtet werden, wenn durch den Sog des Wasserdampfes ein ausreichender Transport für den Beschichtungsstoff gewährleistet ist.
In den Fig. 3 und 4 sind bevorzugte Ausfuhrungsformen der Spritzpistole 1 bzw. der Wasserdampfzuführleitung 7 schematisch dargestellt.
Gemäß Fig. 3 wird die Zufuhrleitung in der Nähe der Abgabeöffnung bzw. Düsenöffnung 5 im Querschnitt verringert, so dass der Druck unmittelbar vor der Düsenöffnung 5 ansteigt, so dass auch kleinste Mengen an Wassertröpfchen, die aus dem Wasserdampf ausgefallen sein können, wieder verdampft werden und somit nahezu reiner Wasserdampf für die Applizierung des Beschichtungsstoffes zur Verfügung steht. Im gezeigten Ausfuhrungsbeispiel der Fig. 3 wird dies durch einen konischen Bereich 13 in der Zufuhrleitung 7 erreicht, welcher den ersten Querschnitt der Leitung 7 im Bereich 12 auf einen zweiten Querschnitt im Bereich 14 reduziert.
In Fig. 4 ist eine weitere Möglichkeit gezeigt, wie der Bildung von Wassertröpfchen im Wasserdampf entgegen gewirkt werden kann. Zu diesem Zweck ist unmittelbar vor oder an der Düsenöffnung 5 eine zusätzliche Heizeinrichtung 15 vorgesehen, mittels der der Wasserdampf entsprechend erhitzt und überhitzt werden kann, so dass das gesamte Wasser in Wasserdampfform vorliegt. Als Heizeinrichtung 15 kommen sämtliche bekannte Einrichtungen, wie elektrische Widerstandsheizungen mit Wicklungen um die Leitung 7 oder Heizkartuschen mit exotherm reaktiven Materialien oder Brennstoffen zum Einsatz in einen Freiraum der Spritzpistole in Frage.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Beschichten von Substraten mit mindestens einem Beschichtungsstoff, der zumindest eine organische Komponente umfasst, wobei der Beschichtungsstoff durch Zerstäuben und Aufspritzen auf dem Substrat aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichtungswerkstoff durch Wasserdampf zerstäubt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichtungsstoff ein wasserbasierter Lack (Wasserlack) oder ein im Wesentlichen lösemittelfreier Schmelzlack ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichtungsstoff zur Grundierung (Primer), als Decklack, Füller oder Klarlack aufgebracht wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichtungsstoff durch Verströmen durch eine Düsenanordnung, insbesondere eine Lackierpistole, mit dem Wasserdampf als Hilfsgas zerstäubt und auf das Substrat gespritzt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserdampf mit (Innenmischung) oder benachbart (Außenmischung), insbesondere konzentrisch zum Beschichtungsstoff aus einer Düsenanordnung ausströmt, wobei der Wasserdampf der Düsenanordnung mit einem Druck von 0,5 bis 10 bar, insbesondere 0,5 bis 1 bar oder 4 bis 8 bar zugeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Substrat Metalle, Kunststoffe oder Holzwerkstoffe eingesetzt werden.
7. Anlage zum Beschichten von Substraten, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit mindestens einer Düsenanordnung (1) zum Zerstäuben und Spritzen eines Beschichtungsstoff auf ein Substrat und mindestens einer ersten Versorgungseinrichtung (8) zum Bereitstellen und Zufuhren des Beschichtungsstoffs zur Düsenanordnung (1) und mindestens einer zweiten Versorgungseinrichtung (9) zum Bereitstellen und Zufuhren eines Hilfsgases zur Düsenanordnung (1) zum Zerstäuben des Beschichtungsstoffes dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Versorgungseinrichtung (9) eine Wasserdampferzeugungseinrichtung umfasst.
8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Versorgungseinrichtung (9) und/oder die Zufuhrleitung (7) zur Düsenanordnung (1) eine Druckerhöhungs- oder Komprimiereinrichtung (11) umfasst, mit der der Wasserdampf auf Betriebsdruck im Bereich von 0,5 bis 10 bar, insbesondere 1 bis 2 oder 4 bis 8 bar gebracht werden kann.
9. Anlage nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzpistole (1) eine Heizeinrichtung (15) und/oder eine Druckerhöhungseinrichtung (13) zur Überführung nahezu des gesamten Wasser in die Dampfphase vorzugsweise in unmittelbarer Nähe der Düsenöffnung (5) aufweist.
10. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckerhöhungseinrichtung durch eine Querschnittsverminderung (13) der Zufuhrleitung (7) gebildet ist.
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