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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zum
Verschweißen
von Schutzgittern für
durch einen elektrischen Außenläufermotor
angetriebenen Lüfter
nach der Gattung des Hauptanspruchs sowie des Nebenanspruchs 5.
Das einheitliche Grundmerkmal von Hauptanspruch und Nebenanspruch
ist das Verschweißen
von sich kreuzenden Drähten,
insbesondere zu Lüftungsgittern von
Lüftern,
welche elektrisch angetriebene Außenläufer aufweisen. Bei derartigen
Drähten
kann es sich natürlich
auch um Stäbe
unterschiedlichsten Querschnitts handeln, solange sei erfindungsgemäße Anwendung
ermöglichen.
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Bei
einem bekannten Verfahren der zu Anspruch 1 gattungsgemäßen Art,
bzw. der Vorrichtung nach Anspruch 5, ist dieses durch sich kreuzende Drähte gebildete
Gitterwerk in seinem zentralen Bereich am Stator eines Außenläufermotors
befestigt
DE-GM 297
04 427 , wobei die radialen Abschnitte dieses Gitters zum
Teil die Schaufeln des Lüfters
umgreifen können.
An diesen radialen Abschnitten des Schutzgitters sind Laschen vorgesehen,
um die aus Außenläufermotor
und Schutzgitter bestehende Einheit an dem zu belüftenden
Aggregat zu befestigen. Hierdurch ist ein derartiges Gitter außerordentlich
beansprucht d. h. dass die Verbindungspunkte zwischen den Drähten bzw.
den Gitterstäben
sehr gut sein müßten. Die
Kreuzung der Drähte
wird dadurch erreicht, daß Drahtringe
unterschiedlichen Durchmessers auf radial verlaufende Drahtstege,
welche beispielsweise auch die Topfform bestimmen und an denen auch
die Befestigungslaschen angeordnet sind, geschweißt sind.
Das Verschweißen
dieser Schweißlinge,
nämlich
Ringe und Stege im Kreuzungspunkt erfolgt bei bekannten derartigen
Schutzgittern über
ein Gleich- oder Wechselstromwiderstandsschweißen, bei dem durch Erhitzen
der Schweißlinge
im Berührungsbereich
ein Verschmelzen der sich berührenden
Schweißlingmaterialien stattfindet,
was nach deren Abkühlung
zu einer festen Verbindung der sich kreuzenden Drähte führt. Dieses
durch Wechselstrom oder Gleichstrom erfolgende Widerstandsschweißen wird
zur Verbindung von sich kreuzenden Drähten seit Jahrzehnten benutzt.
Aufsatz im ”Industrieanzeiger
Nr. 94 vom 25.11.1983 S. 33 + 35) Dies gilt nicht nur für das Verbinden
von sich kreuzenden Drähten
von Lüftungsgittern,
sondern auch von solchen für
Einkaufskörbe oder
Einkaufswägen,
für Kühlschrank-
oder Backofeneinsätze,
für Drahtkörbe udgl.
mehr.
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Dieses
bekannte Schweißverfahren
hat allerdings den Nachteil, daß ein
erheblicher Aufwand zur Herstellung der Drahtgitter erforderlich
ist. Beim Schweißvorgang
entstehen erhebliche Temperaturen, die zu entsprechenden Ausdehnungen
der Schweißlinge
führen
und damit zu unerwünschten Verformungen
der Gitterwerke. Aus diesem Grund ist es erforderlich, das Gitterwerk
entweder während des
Schweißvorgangs – je nach
Gegenstand und möglicherweise
aufwendigen Vorrichtungen – in Form
zu halten, oder das Gitterwerk nach dem Schweißvorgang in einem entsprechenden
Preßvorgang
auszurichten. Auch das für
diesen weiteren Arbeitsgang erforderliche Handling ist sowohl von
der Technik als auch der erforderlichen Arbeitszeit aufwendig und
muß Rücksicht
auf die beim Schweißverfahren
sich entwickelnde Wärme
nehmen. Desweiteren müssen
die Elektroden bei Gleich- oder
Wechselwiderstandsschweißverfahren
unbedingt zwischen jedem neuen Schweißvorgang gekühlt werden.
Hinzu kommt, daß dieses
in der Praxis übliche
Widerstandsschweißverfahren
einen hohen Energieverbrauch hat und aufgrund des während des
Schweißverfahrens
erforderlichen hohen Stroms entsprechend große elektrische Anschlußwerte erfordert.
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Bekannt
ist ferner ein Verfahren zum Kondensator-Widerstands-Schweißen von
Werkstücken geringer
Breitenausdehnung und vorwiegend rundem Querschnitt unter Verwendung
eines Transformators besonders fester Kopplung, bei dem in an sich
bekannter Weise in dem Arbeitsstromkreis ein Strom von großer Stärke und
kurzer Dauer erzeugt wird. Infolge der magnetischen Blaswirkung
dieses Stromstoßes
auf das flüssige
Schweißgut
werden die ausgetretenen Schmelztropfen mit hoher Geschwindigkeit
aus der Schweißzone
fortgeblasen. Zusätzlich
zu der magnetischen Blaswirkung des Stromstoßes wird das flüssige Schweißgut noch
mechanisch durch den Pressdruck der Elektroden aus der Schweißzone herausgepresst
(
DE 965 058 ).
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Die Erfindung und ihre Vorteile
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 erfolgt der Stromstoß durch
die Entladung eines Kondensators über einen Impulstransformator
und am Schweißling
angeordnete Elektroden, wobei die Elektroden derart gestaltet sind,
beispielsweise durch flächige
Auflage auf den sich kreuzenden Drähten, daß die Berührungsstelle im Kreuzungspunkt
die Stelle größten elektrischen
Widerstandes bildet, mit der Folge, daß in dieser Schweißzone eine extrem
hohe Temperatur in extrem kurzer Schweißzeit entsteht. Das hat den
Vorteil, daß aufgrund
der extrem kurzen Schweißzeit
in Folge der impulsartig durch Entladung der Kondensatoren zugeführten Energie,
die zudem ausschließlich
dort wirksam ist, wo sie über
die Elektroden unterschiedlich gepolten, sich kreuzenden Drähte berühren, nur
eine verhältnismäßig geringe
thermische Belastung der Nachbarbereiche der Schweißzone entsteht.
Dieses Schweißverfahren
ist an sich bekannt (
DE-PS 44
34 106 ;
DE 965 058 ).
Hierdurch erfolgt das Verschweißen
von derartigen Gitterwerken aus Draht nahezu verzugsfrei und es
erfolgt ein schnelles Abkühlen
der Schweißzone. Auch
die Elektroden brauchen nicht gekühlt zu werden. Das Aufladen
der Kondensatoren erfolgt in der zwischen den einzelnen Arbeitsgängen sich
ergebenden Nebenzeit über
einen konstanten Strom, der das elektrische Netz außerordentlich
gering belastet. Die für
den Schweißtakt
gesteuerten Impulstransformatoren leiten den Strom von den Kondensatoren
zu den Elektroden, ohne dabei eine erhebliche Erwärmung zu
erfahren. Der für
diesen Schweißvorgang erforderliche
Preßdruck
im Bereich der Berührung der
drahtförmigen
Schweißlinge
ist vorgegeben und hängt
einerseits von den Metallen ab, die verschweißt werden sollen, dann aber
auch von der Form und Oberfläche
der Schweißelektroden
und nicht zuletzt von der Dicke der Drahtschweißlinge. Hierbei hat sich gezeigt,
daß die
erforderliche Schmelztemperatur bei ausreichendem Strom nur in den
Kreuzungspunkt zwischen den Drähten
entsteht, weil nur dort die Stromflußmöglichkeit gegeben ist. Die übrigen Drahtabschnitte
erfahren keine elektrische Widerstandserwärmung, sondern lediglich eine leichte
Erwärmung
von der Schweißzone
her. Die Schmelztemperatur selbst, d. h. die Höhe des impulsartig zugeführten elektrischen
Stroms hängt
von der spezifischen Wärmeleitfähigkeit
bzw. der thermischen oder elektrischen Leitfähigkeit der Drähte des Gitterwerks
ab, von deren Querschnitt und Oberflächenbeschaffenheit, sowie von
dem an den Elektroden sich ergebenden Wärmeverlust. Aufgrund der sehr
partiellen Erwärmung
und damit geringen im Gitterwerk sich ergebenden Wärmespannungen
ist ein Ausrichten des verschweißten Gitterwerks nicht erforderlich
und es ist auch eine außerordentlich schnelle
Restabkühlung
des Werkstückes
gegeben. Darüber
hinaus ist der Energieverbrauch bei diesem Schweißverfahren
außerordentlich
gering.
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Dieses
sogenannte Kondensatorentladungsschweißen ist an sich seit langem
bekannt als sogenanntes Ringbuckelschweißen. Hierbei werden zwei Teile
miteinander verschweißt,
in dem ein an einem Teil angeordneter Buckel, beispielsweise ein
im Querschnitt konischer Wulst auf eine Fläche des anderen Teils gepreßt wird,
wonach die stoßartige Stromzuführung erfolgt,
nach der der Kamm dieses Buckels mit der gegenüberliegenden Fläche verschweißt wird.
Da es sich bei den Stromstößen um hohe
Ströme
handelt, geht man davon aus, daß nur dann
die erforderliche hohe Erwärmung
im Kamm des Buckels erreicht wird, wenn der Stromwiderstand in den
umgebenden Bereichen möglichst
gering ist, d. h. daß dort
ausreichend viel durchströmbares
Material vorhanden ist. Vor einer Nutzung einer Kondensatorentladungsschweißmaschine
für andere Schweißverbindungen
als das Buckelschweißen
wird deshalb vom Hersteller gewarnt. Dies gilt insbesondere für Drahtgitter,
die im Fall der vorliegenden Erfindung als Schutzgitter für einen
Ventilator dessen Stator aufnehmen und als ein solches Konstruktionselement
unter andauernden Schwingungen stehen.
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Nach
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die beim Schweißverfahren
aufgrund der Zusammenpressung sich ergebende Änderung der Dicke, nämlich zwischen
den vor der Verschweißung
aufeinanderliegenden Drähten
bis nach der Verschweißung
durch das Ineinanderschmelzen im Kreuzungspunkt gegebenen Verringerung
der Dicke durch eine die Ist-Werte und Soll-Werte verarbeitende
Meßvorrichtung
erfaßbar,
wobei der Meßwert
zur Wegsteuerung der Elektroden und des Preßdruckes zwischen den einander
kreuzenden zu verschweißenden
Drähten
dient. Hierdurch wird vor allem vermieden, daß die Drähte beim Schmelzvorgang und dem
entsprechenden folgenden Schweißvorgang
zu stark zusammengepreßt
werden, wobei eine Schwächung
an den Kreuzungspunkten entstehen könnte.
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Besonders
bei Schutzgittern für
durch einen elektrischen Außenläufermotor
angetriebenen Lüfter ist
dieses Schweißverfahren
von Vorteil, da dort erhebliche dynamische Belastungen auftreten,
die eine entsprechende hohe Festigkeit der Verbindung zwischen den
Drähten
erfordert, wobei andererseits derartige Lüftungsgitter möglichst
leicht sein, nämlich aus
einem Gitterwerk aus Draht bestehen sollen. Bei dem im übrigen bekannten
Widerstandsschweißverfahren,
die bei der Herstellung solcher Drahtgitterwerke eingesetzt werden,
wird naturgemäß versucht, die
Temperaturen die auch zu der Verformung des Gitterwerks führen, möglichst
gering zu halten, was auf Kosten der Schweißqualität gehen kann. So kommt es immer
wieder vor, daß sich
in den Kreuzungspunkten die Drähte
voneinander lösen,
mit den entsprechenden Gefahren und Folgen für den Lüfter.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der
Preßdruck
bei Einleitung des Stromimpulses erhöht. Hierdurch wird gezielt das
Ineinanderdringen am Kreuzungspunkt der Schweißlinge gefördert.
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Nach
einer zusätzlichen
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Abstand der Elektroden
während
des Schweißvorgangs
(Schmelzvorgang) gezielt verringert, wobei dieser Hub gemessen und über eine
Hubsteuerung gesteuert wird. Hiermit soll vor allem vermieden werden,
daß die
Schweißlinge
am Kreuzungspunkt zu stark ineinanderdringen, was gegebenenfalls
zu einer Schwächung
der Verbindung führen
könnte.
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Bei
einer Vorrichtung zum Verschweißen
von Schutzgittern bestehen die Schweißlinge aus einem Gitterwerk
sich kreuzender übereinanderliegender Drähte, wobei
die Elektroden einander zugewandte Kontaktflächen aufweisen, zwischen denen
das Gitterwerk angeordnet und zum Verschweißen eingepreßt wird.
Hierbei liegen die sich kreuzenden Drähte jeweils an einer der Elektroden
an, so daß der
Strom über
den Kreuzungspunkt strömen
muß, mit
der dadurch gegebenen Erhitzung im Kreuzungspunkt.
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Nach
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung ist der Preßdruck zwischen
den Elektroden auf die Dicke bzw. das Material der den Schweißlinge einstellbar.
Hierbei werden sowohl die Form, die Wärme und elektrische Leitfähigkeit
der Drähte,
als auch der Wärmeverlust
an den Elektroden bzw. die jeweilige Oberflächenbeschaffenheit berücksichtigt.
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Nach
einer vorteilhaften Ausgestaltung des in 1 dargestellten
Schutzgitters ist eine luftdurchströmte Bodenfläche des Gitterwerks vorhanden,
in deren Zentrum der Stator des Außenläufermotors mit dem Gitterwerk
verbunden ist. Nach einer weiteren Ausgestaltung können die
Drähte
innerhalb der Bodenfläche
einerseits ausgehend vom Zentrum spiralförmig angeordnet sein und andererseits
zur Erzielung der Kreuzungspunkte weitgehend radial verlaufen. Gegenüber der
bekannten Anordnung mit konzentrischen Drahtringen kann bei der
spiralförmigen Anordnung
von einem Draht ”unbegrenzter” Länge ausgegangen
werden, der über
eine Vorrichtung zu einer Spirale geformt wird mit Vorteilen bei
der Stromführung,
die dann radial laufende Drähte
möglicherweise
anderen Querschnitts und mit der Spirale Kreuzungspunkte bildend
als Stege erfindungsgemäß verschweißt werden.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Gitterwerk napfförmig oder
in an sich bekannter Weise topfförmig
ausgebildet, mit einem luftdurchströmten radialen gegebenenfalls
die Lüfterflügel teilweise
umgreifenden Wandbereich und wobei nach weiterer Ausgestaltung die
Drähte
mit diesem Wandbereich einerseits schraubenförmig und andererseits weitgehend
in axialer Richtung des Lüfters verlaufen
können.
Für die
schraubenförmige
Anordnung der Drähte
gilt das gleiche wie für
das spiralförmige
Gestalten, da auch hier mit einer ”unbegrenzten” Drahtlänge gearbeitet
werden kann, wobei für die
axiale Richtung die in der Bodenfläche vorhandenen Stege nach
einer zum Wandbereich hin erfolgenden Kröpfung weiterlaufen. An diesen
Stegen können
Laschen zur Befestigung der aus Lüfter und Schutzgitter bestehenden
Einheit an das zu lüftende Aggregat
erfolgen.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist im Kreuzungspunkt
der Drähte
nach dem Verschweißen
die Gesamtdicke der miteinander verschweißten sich kreuzenden Drähte geringer,
als die Summe der Querabmessungen dieser Drähte im übrigen. Diese Verringerung
der Dicke des Gitterwerks durch das Schweißen beruht darauf, daß nach dem Schmelzen
der Schweißlinge
und dem gegebenen Zusammenpreßen
eine Materialverschmelzung in den Kreuzungspunkten stattfindet,
die naturgemäß zu einer
Verringerung der Gesamtdicke führt.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der
nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
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Zeichnung
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Ein
Ausführungsbeispiel
des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und im folgenden näher
beschrieben. Es zeigen:
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1 ein
Schutzgitter für
einen Lüfter
in der Draufsicht,
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2 einen
Teilschnitt durch den Lüfter
aus 1 und
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3 einen
Ausschnitts aus einer Vorrichtung zur Verschweißung von Schutzgittern und
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4 bis 8 verschieden
gestaltete Schutzgitter
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Bei
dem in 1 und 2 dargestellten Lüftungsgitter
ist ein aus Draht bestehendes Gitterwerk vorhanden mit koaxial in
einer Ebene zueinander angeordneten Ringen 1, welche über diese
Ringe 1 kreuzende Drahtstege 2 miteinander verbunden und
in ihrer Lage gehalten werden. Innerhalb des kleinsten Ringes 1 ist
im Zentrum 3 des Luftgitters Raum vorhanden für die Aufnahme
des nicht dargestellten Stators eines elektrischen Außenläufermotors
eines Ventilators, auf welchem der die Lüfterflügel tragende Motorläufer angeordnet
ist. Zur Befestigung des Stators an dem Lüftungsgitter sind vier von den
acht Stegen 2 als Doppelstege 4 ausgeführt, an deren
Innenlaschen 5 der nicht dargestellte Stator befestigt
ist. Um eine die Lüfterflügel teilweise
umgreifende topfförmige
Form des Schutzgitters zu erhalten, sind die Stege 2 in
ihrem außeren
Abschnitt gekröpft
und auf der Innenseite mit Ringen gleichen Durchmessers verbunden,
die in etwa gleichem Abstand voneinander angeordnet sind. Am Ende
weisen die Doppelstege 4 Außenlaschen 7 auf, über die das
Lüftergitter
an dem zu belüftenden
Aggregat befestigbar ist.
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Sowohl
die Stege 2 und 4 als auch die Ringe 1 und 6 bestehen
aus entsprechend geformten Drähten,
welche einen verhältnismäßig geringen
Durchmesser von 2 bis 3 mm aufweisen. Diese Drähte sind erfindungsgemäß an den
Kreuzungspunkten 8, die sich jeweils durch die Radial-
bzw. Axialanordnung der Stege 2 und 4 einerseits
und der zentrischen Anordnung der Ringe 1 und 6 andererseits
ergeben, miteinander verschweißt.
Diese Schweißverbindung wird
erfindungsgemäß über ein
Kondensatorentladungschweißen
durchgeführt,
bei dem in diesen Kreuzungspunkten 8 aufgrund des durch
die Berührung
der sich kreuzenden Drähte
sich ergebenden Kurzschlusses und die stoßartige Zuführung hohen Stroms ein Schmelzvorgang
an den sich berührenden
Drähten
erzielt wird, der zu der gewünschten Verschweißung führt.
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In 3 ist
das Prinzip dieses Kondensatorentladungsschweißverfahrens dargestellt, bei
dem sich in jedem Fall zwei Elektroden 9 und 11 gegenüberliegen,
die jeweils über
einen nicht dargestellten Impulstransformator von einem Kondensator
her stoßartig
mit einem elektrischen Strom versorgt werden können, wobei dieser Strom äußerst kurzfristig, nämlich lediglich
zu Entladung des Kondensators zur Verfügung steht. Die obere Elektrode 9 ist
in Richtung des Doppelpfeiles 12 in bezug auf die untere
Elektrode 11 verstellbar, wobei beide Elektroden 9 und 11 eine
einander zugewandte ebene Kontaktfläche 13 aufweisen,
welche der Form des Gitterwerks 14 angepaßt ist.
Für den
Schweißvorgang
wird das Gitterwerk 14 aus sich kreuzenden Drähten, wie
es in 1 und 2 und 4 bis 8 dargestellt
ist, auf die untere Elektrode 11 aufgelegt, wobei die Ringe 1 unmittelbar
auf der Kontaktfläche 13 aufliegen. Wie
dieses Gitterwerk 14 auf die Elektrode 11 aufgelegt
wird, wird hier nicht näher
beschrieben, da es sowohl von hand als auch automatisch über eine
Handling-Vorrichtung erfolgen kann. Nach Einlegen des Gitterwerks 14 wird
die obere Elektrode 9 heruntergefahren, bis die Kontaktfläche 13 dieser
Elektroden 9, 11 auf den Drähten der Stege 2 bzw.
der Ringe unter einem gewissen Vordruck aufliegt. Hierdurch ergibt
sich zwischen den Kontaktflächen 13 der
Elektroden und den von diesen linienförmig berührten Drähten eine verhältnismäßig große Kontaktfläche. Sehr viel
kleiner ist die Kontaktfläche 15 zwischen
den sich kreuzenden Drähten,
weil hier lediglich eine Punktberührung stattfindet.
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Bei
Zuführung
des Stromstoßes
zu den Elektroden 9 und 11 steht an der Kontaktfläche 15 ein
verhältnismäßig großer Strömungswiderstand,
der zu einer partiellen Erhitzung führt, mit der Folge, des Schmelzens
der Drähte
an dieser Stelle und einem entsprechenden Verschweißen derselben.
Damit bei diesem Schmelzen keine zu starke Zusammenpressung der
einander kreuzenden Drähte
stattfindet, ist dieser Resthub während dem Schweißvorgang
kontrolliert begrenzt, wobei vorteilhafterweise der Preßdruck erhöht wird,
um auch diesen Resthub zu gewährleisten.
Nach dem Schweißvorgang
wird die obere Elektrode 9 wieder hochgefahren, um das
nunmehr miteinander verschweißte
Gitterwerk 14 entnehmen zu können und die Drähte für das nächste zu schweißende Schutzgitter
einzuführen.
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In
den 4 bis 8 sind verschiedene Varianten
des Ausführungsbeispiels,
nämlich
von Gitterwerken, dargestellt. In 4 und 5 ist
ein Lüftungsgitter
dargestellt, mit einem napfförmigen Querschnitt
(d. h. der Übergang 18 zwischen
dem Boden 19 un dem Zentrum 3 ist konisch abgebildet) und
einem Befestigungszapfen 10 für den Stator des Lüftermotors.
Die ringförmig
angeordneten Drähte könnten auch
spiralförmig
angeordnet sein.
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In 6 und 7 ist
eine Ausführung
dargestellt, bei der das Gitter absolut flach ist, mit Drahtringen 21 die
mit radial verlaufenden, flachen Stegen 22 verschweißt sind.
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In 8 ist
ein Gitter napfförmigen
Querschnitts dargestellt, bei der die Außenwand 23 konisch
verläuft
und bei der die umlaufenden Drähte 24 außen angeordnet
sind, während
sie am Bodenabschnitt 25 innen bzw. oberhalb der Stege 26 verlaufen.
Mit der unterschiedlichen Anordnung und Gestaltung von Stegen und
umlaufenden Drähten,
ist die vielfältige
Anwendungsmöglichkeit
der Erfindung gegeben, solange es sich um ein Gitterwerk handelt.