DE102008031222A1 - Apparatus for separating electrically conductive components, e.g. iron plates, has electrodes spaced by gap of specific geometry to apply electric current and fuse connecting bridges - Google Patents
Apparatus for separating electrically conductive components, e.g. iron plates, has electrodes spaced by gap of specific geometry to apply electric current and fuse connecting bridges Download PDFInfo
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- B23K11/22—Severing by resistance heating
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Trennen elektrisch leitender Bauteile, gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1, sowie ein Verfahren zum Trennen elektrisch leitender Bauteile, gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 9.The The invention relates to a device for separating electrically conductive Components, according to the features of the claim 1, and a method for separating electrically conductive components, according to the features of claim 9.
Das
Trennen von Bauteilen durch gezieltes Erhitzen mittels Stromfluss
ist bereits durch die
In
der
Die
Die in den vorstehend genannten Druckschriften beschriebenen Verfahren haben gemeinsam, dass die Trennkante vor dem Trennen mechanisch bearbeitet wird. Dadurch entsteht eine so genannte ”Sollbruchstelle”. Dies geschieht beispielsweise durch eine gezielte Verringerung des Strom leitenden Querschnitts, um genau an diesen im Querschnitt reduzierten Stellen die zum Erreichen der Schmelztemperatur notwendige Stromdichte zu realisieren. Die mechanische Bearbeitung bedingt einen zusätzlichen Fertigungsschritt, ist aber unvermeidbar, um den Verlauf der Schnittkante festzulegen. Die mechanische Bearbeitung führt zu längeren Fertigungszeiten sowie höheren Fertigungskosten.The in the above-mentioned documents described method have in common that the cutting edge before separating mechanically is processed. This creates a so-called "predetermined breaking point". This happens, for example, through a targeted reduction of the Current conducting cross section to exactly this in cross section reduced points necessary for reaching the melting temperature To realize current density. Mechanical processing requires an additional manufacturing step, but is unavoidable to set the course of the cut edge. The mechanical processing leads to longer production times as well as higher ones Production costs.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Trennen elektrisch leitender Bauteile aufzuzeigen, mittels welcher ohne vorherige mechanische Bearbeitung des Trennspaltes ein Trennen mittels Durchleiten elektrischen Stroms durchführbar ist, bzw. ein Verfahren aufzuzeigen, mittels welchem der vorbeschriebene Trennvorgang kostengünstig und schnell durchführbar ist.task It is the object of the present invention to provide a device for separating show electrically conductive components, by means of which without prior mechanical processing of the separating gap a separation by means Passing through electrical current is feasible, or to show a method by which the above-described separation process cost and is fast.
Der gegenständliche Teil dieser Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 8.Of the objective part of this task is by a device solved with the features of claim 1. Further advantageous embodiments are the subject of the dependent claims 2 to 8.
Die Vorrichtung zum Trennen elektrisch leitender Bauteile umfasst wenigstens zwei Elektroden, welche relativ zueinander verlagerbar sind. Die Elektroden sind durch einen schmalen Trennspalt beabstandet und mit dem Bauteil in ohmschen Kontakt bringbar und zwar in dem Trennspalt unmittelbar benachbarten Bereichen. Der Verlauf des Trennspaltes ist durch die Geometrie der Elektroden vorgegeben. Da ein über die Elektroden eingeleiteter elektrischer Strom, nach Anlegen der elektrischen Spannung an die Elektroden, im Bereich des Trennspaltes ausschließlich über das zu bearbeitenden Bauteil geleitet wird, werden somit auch nur im Trennspalt die zum Erweichen oder Aufschmelzen notwendigen Temperaturen erreicht. Eine mechanische Vorbearbeitung des Bauteils im Bereich des Trennspalts ist somit nicht mehr erforderlich, da das Material durch den Trennspalt definiert erweicht oder aufgeschmolzen wird. Dadurch können der Produktionsdurchsatz gesteigert und die Fertigungskosten gesenkt werden. Obwohl zum Trennen sehr große Stromdichten notwendig sind, stellt die Einleitung des Stroms in das Bauteil keine Schwierigkeit dar, da die Kontaktflächen zwischen den Elektroden und dem Bauteil sehr groß sind.The Device for separating electrically conductive components comprises at least two electrodes which are displaceable relative to one another. The Electrodes are spaced by a narrow separation gap and be brought into ohmic contact with the component and that in the separation gap immediately adjacent areas. The course of the separation gap is given by the geometry of the electrodes. As an over the electrodes introduced electric current, after applying the electrical voltage to the electrodes, in the region of the separation gap exclusively over the component to be processed is led, are thus only in the separation gap to soften or melting reaches necessary temperatures. A mechanical one Pre-processing of the component in the region of the separation gap is thus no longer necessary because the material defined by the separation gap softened or melted. This can increase the production throughput and the manufacturing costs are lowered. Although very much to disconnect large current densities are necessary, introduces the introduction the current in the component no difficulty, since the contact surfaces between the electrodes and the component are very large.
Das Bauteil wird vor dem Trennen zwischen den Teilelektroden justiert angeordnet und dann von diesen durch eine Klemmkraft in seiner Position lagefixiert. Anschließend wird an die Elektroden eine Spannung angelegt, sodass der Strom im Spaltbereich nur über das Bauteil fließt. Eine Erwärmung des Bauteils in den Übergangsbereichen von Elektrode zum Spalt wird durch die Wärmeleitung zwischen dem Bauteil und den Elektroden begrenzt. Aus diesem Grund wird die zum Trennen notwendige Erwärmung im Bauteil nur im mittleren Bereich des Trennspaltes erreicht und der tatsächliche Erwärmungsbereich ist somit geringer als der theoretische Erwärmungsbereich. Nach dem Hinreichenden Erweichen des Bauteils im Trennspalt, wird das Bauteil durch eine Verschiebung der Elektroden getrennt. Eine erste Möglichkeit besteht darin, das Bauteil bereits während des Stromflusses mit Zug bzw. Scherspannung zu beaufschlagen. Ebenso ist es möglich erst nach dem Abschalten des Stromflusses mit Scher- bzw. Zugkräften auf das Bauteil einzuwirken und es dadurch zu trennen. Eine weitere Möglichkeit zusätzlich Kräfte in den Trennspalt einzubringen besteht darin, die Elektroden gegeneinander in eine schwingende Bewegung zu versetzen. Die maximale Amplitude entspricht dabei der Dicke des Bauteils.The component is arranged before separation between the sub-electrodes adjusted and then fixed in position by a clamping force in its position. Subsequently, a voltage is applied to the electrodes, so that the current in the gap region flows only over the component. Heating of the component in the transition regions from electrode to gap is limited by the heat conduction between the component and the electrodes. For this reason, the heating necessary for the separation in the component is achieved only in the central region of the separating gap and the actual heating region is thus smaller than the theoretical heating region. After sufficient softening of the component in the separating gap, the component is separated by a displacement of the electrodes. A first possibility is to apply tensile or shear stress to the component already during the current flow. It is also possible only after switching off the flow of current with shear or tensile forces act on the component and there to separate by. Another possibility to additionally introduce forces into the separating gap is to place the electrodes in oscillating motion relative to one another. The maximum amplitude corresponds to the thickness of the component.
Ein ganz wesentlicher Teil der Erfindung ist, dass neben einer geraden Schnittkante nahezu beliebige Schnittkantenverläufe realisierbar sind, indem die Geometrie der Elektroden verändert wird. Es kann beispielsweise eine der sich gegenüberliegenden Elektrodenseiten mit einer Aussparung, die andere mit einem Vorsprung versehen sein, sodass beide Seiten ineinander greifend ausgestaltet sind und dass der Trennspalt beispielsweise einen bogenförmigen Verlauf aufweist. Dies bietet die Möglichkeit, die Schnittführung an bestimmte Anforderungen oder Konturen anzupassen. Die den Spalt bildenden Flächen der Teilelektroden werden im Folgenden als Spaltwände bezeichnet.One very essential part of the invention is that in addition to a straight Cutting edge can be realized almost any cutting edge courses are by changing the geometry of the electrodes. For example, it can be one of the opposite ones Electrode sides with a recess, the other with a projection be provided so that both sides designed interlocking are and that the separation gap, for example, an arcuate History has. This offers the possibility of cutting to adapt to specific requirements or contours. The the gap forming surfaces of the sub-electrodes are hereafter referred to as gap walls.
Neben einer solchen Adaption der Spaltwände, können die mit dem Bauteil in direktem Kontakt stehenden Ober- und Unterseiten der Teilelektroden räumlich an die Oberfläche des zu bearbeitenden Bauteils angepasst werden. Es wird ein möglichst gleichmäßiger Elektrodenkontakt angestrebt, um eine homogene Stromdichteverteilung zu erreichen. Die mit dem Bauteil in direktem Kontakt stehenden Flächen werden im Folgenden als Kontaktflächen bezeichnet.Next such an adaptation of the gap walls, can the upper and lower surfaces in direct contact with the component the partial electrodes spatially to the surface be adapted to the machined component. It will be as uniform as possible Electrode contact sought to provide a homogeneous current density distribution to reach. The surfaces in direct contact with the component are referred to below as contact surfaces.
Eine 3-dimensionale, also räumliche Anpassung ermöglicht beispielsweise das Schneiden von Rohrprofilen. Hierfür werden die Kontaktflächen der Teilelektroden mit einer dem Rohrdurchmesser entsprechenden Aussparung versehen, sodass der Rohrkörper beim Trennvorgang vollständig von den Teilelektroden umgriffen wird. Durch eine entsprechende zusätzliche Anpassung der beiden Spaltwände der Elektroden wird eine mehrdimensionale Schnittführung beim Trennen eines Rohres ermöglicht. Zum Beispiel kann ein in Umfangsrichtung wellenförmiger oder gezackter Verlauf des Trennspalts realisiert werden, indem die Spaltwände der Elektroden mit gerundeten oder gezackten Vorsprüngen und gegengleichen Aussparungen versehen sind, in welche die Vorsprünge passen. Eine solche Vorrichtung ist zum Trennen vieler unterschiedlicher Profilbauteile denkbar. Vorraussetzung ist ein vollumfänglicher Kontakt zwischen den Kontaktflächen der Elektroden und dem Bauteil.A 3-dimensional, so spatial adjustment allows for example, the cutting of pipe profiles. Therefor become the contact surfaces of the sub-electrodes with a The pipe diameter corresponding recess provided so that the tubular body completely seized by the sub-electrodes during the separation process becomes. By an appropriate additional adjustment of Both gap walls of the electrodes is a multi-dimensional cut when disconnecting a pipe allows. For example, can a wave-shaped or serrated course in the circumferential direction of the separating gap can be realized by the gap walls the electrodes with rounded or serrated protrusions and opposite recesses are provided, in which the projections fit. Such a device is for separating many different ones Profile components conceivable. Prerequisite is a full contact between the contact surfaces of the electrodes and the component.
Eine weitere Vorrichtung sieht eine Anordnung der Elektroden des Elektrodenpaares ineinander vor. Hierbei umgreift eine Elektrode teilweise oder vollständig eine andere Elektrode, wobei beide Elektroden relativ zueinander verschiebbar sind und wobei sie relativ zueinander Rotationsbewegungen ausführen können. Beide Elektroden können dabei aus Teilelektroden zusammengesetzt sein. Die Schnittkante wird von dem Bereich zwischen der Spaltwand der inneren Elektrode und der Spaltwand der äußeren Elektrode definiert.A Another device provides an arrangement of the electrodes of the electrode pair into each other. Here, an electrode encompasses partially or completely another electrode, with both electrodes relative to each other are displaceable and wherein they rotate relative to each other can execute. Both electrodes can be composed of partial electrodes. The cutting edge is from the area between the gap wall of the inner electrode and the gap wall of the outer electrode is defined.
Nach dem Trennen durch eine relative Verschiebung der Elektroden zueinander, werden die das Bauteil haltenden Teilelektroden auseinander bewegt und das Bauteil entnommen.To the separation by a relative displacement of the electrodes to each other, the component electrodes holding the component are moved apart and removed the component.
Das Verfahren gemäß Patentanspruch 9 löst den verfahrensmäßigen Teil der Aufgabe. Maßnahmen zur Durchführung des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche 10–15.The The method according to claim 9 solves the procedural part of the task. activities to carry out the method are the subject of the dependent claims 10-15.
Das beanspruchte Verfahren zum Trennen elektrisch leitender Bauteile, nachfolgend Trennverfahren genannt, beschreibt die Trennung von Bauteilen über zwei ineinander angeordnete Elektroden zur Herstellung von Durchgangslöchern. Während des Trennvorgangs werden durch die Rotation der inneren Elektrode relativ zur äußeren Elektrode Scherkräfte in den Trennspalt eingeleitet.The claimed method for separating electrically conductive components, hereinafter called separation process, describes the separation of Components via two nested electrodes for production of through holes. During the separation process are due to the rotation of the inner electrode relative to the outer Electrode shear forces introduced into the separation gap.
Die Elektroden des Elektrodenpaares sind bei diesem Verfahren, im folgenden Trennverfahren genannt, so ineinander angeordnet, dass eine Elektrode eine zylindrische Durchgangsöffnung aufweist, mit welcher sie eine zweite zylinderförmige Elektrode umfasst. Der Durchmesser der inneren Elektrode bestimmt den Durchmesser des herzustellenden Durchgangsloches. Der Abstand zwischen der Spaltwand der inneren Elektrode und der Spaltwand der äußeren Elektrode bestimmt die Breite des Trennspaltes. Beide Elektroden sind senkrecht zur Längsrichtung des Zylinders bzw. der Durchgangsöffnung in jeweils zwei Teilelektroden unterteilt. Die Elektroden sowie die Teilelektroden sind relativ zueinander verschiebbar gelagert. Das heißt, die innere Elektrode kann entlang der zylindrischen Durchgangsöffnung bewegt werden. Ebenso können die Elektroden unabhängig voneinander und gegenläufig gedreht werden.The Electrodes of the electrode pair are in this process, in the following Called separation method, arranged one inside the other, that an electrode has a cylindrical passage opening, with which it comprises a second cylindrical electrode. Of the Diameter of the inner electrode determines the diameter of the through hole to be produced. The distance between the gap wall of the inner electrode and the Slit wall of the outer electrode determines the width of the separating gap. Both electrodes are perpendicular to the longitudinal direction of the cylinder or the passage opening in each case two Sub-electrodes divided. The electrodes as well as the partial electrodes are mounted relative to each other displaceable. This means, the inner electrode may be along the cylindrical passage opening to be moved. Likewise, the electrodes can be independent be turned from each other and in opposite directions.
Zu Beginn des Trennverfahrens wird ein Bauteil zwischen den Teilelektroden positioniert. Dabei ist das Verhältnis der Dicke D des Bauteils zur Breite S des Trennspaltes (D/S) ein wichtiger und variabler Verfahrensparameter, welcher entsprechend dem zu trennenden Bauteil und dem Verlauf der Trennkante optimiert wird. Das Verhältnis kann dabei einen Wert von 1 annehmen, es kann aber auch durch Anpassungen an die geforderte Kontur und die Dicke des Bauteils Werte zwischen 0,1 und 2,5 annehmen. Anschließend werden die Teilelektroden so stark gegen das Bauteil gedrückt, dass dieses während des Trennvorgangs lagefixiert ist. Nach dem Anlegen der Spannung an die Elektroden stellt sich der Stromfluss ein und das Bauteil im Bereich des Trennspaltes wird erhitzt. Durch eine Rotationsbewegung der inneren Elektrode gegenüber der äußeren Elektrode werden Scherkräfte in den erwärmten Trennbereich des Bauteils eingeleitet und der von der inneren Elektrode gehaltene Teil des Bauteils wird gegenüber dem von der äußeren Elektrode gehaltenen Teil des Bauteils abgeschert. Durch eine zusätzliche axiale Bewegung der inneren Elektrode relativ zur äußeren Elektrode wird der von der inneren Elektrode gehaltene Teil des Bauteils vollständig von dem Teil getrennt, welcher von der äußeren Elektrode gehalten wird. Die Scherkräfte wirken dabei einem Verzug der Bauteilkanten im Trennbereich, wie er bei einer rein axialen Bewegung der inneren Elektrode entstehen kann, entgegen.At the beginning of the separation process, a component is positioned between the sub-electrodes. The ratio of the thickness D of the component to the width S of the separating gap (D / S) is an important and variable process parameter, which is optimized according to the component to be separated and the course of the separating edge. The ratio can assume a value of 1, but it can also assume values between 0.1 and 2.5 by adapting to the required contour and the thickness of the component. Subsequently, the sub-electrodes are pressed against the component so strong that it is fixed in position during the separation process. After the voltage has been applied to the electrodes, the current flow sets in and the component in the region of the separating gap is heated. By a rotation movement Shearing forces are introduced into the heated separation region of the component of the inner electrode relative to the outer electrode, and the part of the component held by the inner electrode is sheared off from the part of the component held by the outer electrode. By additional axial movement of the inner electrode relative to the outer electrode, the part of the component held by the inner electrode is completely separated from the part held by the outer electrode. The shear forces act against a distortion of the component edges in the separation region, as it may arise in a purely axial movement of the inner electrode, contrary.
Anstelle einer Rotation der Elektroden können diese auch zueinander in eine schwingende Bewegung parallel zum Trennspalt versetzt werden, wodurch die Scherkräfte nicht mehr tangential, sondern vertikal in den erwärmten Trennbereich eingeleitet werden. Die maximale Amplitude entspricht der Dicke des Bauteils. Die schwingende Bewegung kann mit konstanter Amplitude oder mit zunehmender Amplitude ausgeführt werden. Durch eine Verschiebung der Elektroden gegeneinander wird das Bauteil entlang der Trennkante getrennt. Durch diese Verschiebung der Elektroden wird das Bauteil mit einer Zugkraft beaufschlagt, während das Bauteil weiter über eine Klemmkraft zwischen den Teilelektroden gehalten wird.Instead of a rotation of the electrodes can these also to each other be placed in a swinging motion parallel to the separation gap, whereby the shear forces are no longer tangential but vertical be introduced into the heated separation area. The maximal Amplitude corresponds to the thickness of the component. The swinging movement can be performed with constant amplitude or with increasing amplitude become. By a displacement of the electrodes against each other the component separated along the separating edge. By this shift the electrodes are subjected to a tensile force on the component, while the component continues to have a clamping force is held between the sub-electrodes.
Der Zeitpunkt der Elektrodenverschiebung ist variabel. So können beispielsweise die Zugkräfte erst nach dem Abschalten des elektrischen Stroms eingebracht werden, wenn das Material im Trennspalt eine entsprechende Erweichungs- oder Schmelztemperatur erreicht hat. Es ist aber auch möglich, den elektrischen Strom erst nach der Verschiebung der Elektroden und der vollständigen Trennung des Bauteils abzuschalten. Weiterhin ist es möglich bei angelegtem elektrischen Strom bereits während das Material im Trennspalt seine Erweichungstemperatur erreicht, Zugkräfte durch Verschiebung der Elektroden in den Trennspalt einzubringen.Of the Time of electrode displacement is variable. So can For example, the tensile forces only after switching off the electric current are introduced when the material in the separation gap reaches a corresponding softening or melting temperature Has. But it is also possible, the electric current only after the displacement of the electrodes and complete separation to turn off the component. Furthermore, it is possible at applied electric current already while the material in the separating gap reaches its softening temperature, tensile forces to be introduced by displacement of the electrodes in the separation gap.
Sowohl das Verhältnis der Dicke des Bauteils zur Breite des Trennspaltes, als auch der Zeitpunkt der Elektrodenverschiebung, sowie der Zeitpunkt der Abschaltung des elektrischen Stromes sind variable Parameter, welche flexibel an Bauteil und Trennvorrichtung anpassbar sind.Either the ratio of the thickness of the component to the width of the separation gap, as well as the timing of the electrode displacement, as well as the time the shutdown of the electric current are variable parameters, which are flexibly adaptable to component and separator.
Nach dem Trennvorgang befinden sich die Teilelektroden wieder in ihrer Ausgangsposition und das bearbeitete Bauteil kann aus der Trennvorrichtung entnommen werden.To the separation process, the sub-electrodes are back in their Starting position and the machined component can from the separator be removed.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:The The invention is described below with reference to the schematic drawings illustrated embodiments explained in more detail. It shows:
In
Die
In
In
In
Die
In
In
Eine äußere
Elektrode
Die
Befinden
sich die Elektroden
Die
Ausführungsform der
Da
die Gefahr besteht, dass sich beim Andrücken der äußeren
Teilelektrode
- 11
- Trennvorrichtungseparating device
- 1a1a
- Trennvorrichtungseparating device
- 1b1b
- Trennvorrichtungseparating device
- 1c1c
- Trennvorrichtungseparating device
- 22
- Elektrodeelectrode
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- Elektrodeelectrode
- 44
- Teilelektrodepartial electrode
- 55
- Teilelektrodepartial electrode
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- Teilelektrodepartial electrode
- 77
- Teilelektrodepartial electrode
- 88th
- Spaltwandgap wall
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- Spaltwandgap wall
- 1010
- Spaltwandgap wall
- 1111
- Spaltwandgap wall
- 1212
- Bauteilcomponent
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- Elektrodeelectrode
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- Elektrodeelectrode
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- Teilelektrodepartial electrode
- 1616
- Teilelektrodepartial electrode
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- Teilelektrodepartial electrode
- 1818
- Teilelektrodepartial electrode
- 1919
- Kontaktflächecontact area
- 19a19a
-
Aussparung
in
19 Recess in19 - 2020
- Spaltwandgap wall
- 20a20a
-
Vorsprung
in
20 Lead in20 - 2121
- Kontaktflächecontact area
- 21a21a
-
Aussparung
in
21 Recess in21 - 2222
- Spaltwandgap wall
- 22a22a
-
Aussparung
in
22 Recess in22 - 2323
- Kontaktflächecontact area
- 23a23a
-
Aussparung
in
23 Recess in23 - 2424
- Spaltwandgap wall
- 24a24a
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Vorsprung
in
24 Lead in24 - 2525
- Kontaktflächecontact area
- 25a25a
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Aussparung
in
25 Recess in25 - 2626
- Spaltwandgap wall
- 26a26a
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Aussparung
in
26 Recess in26 - 2727
- Führungguide
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- Bauteilcomponent
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- Teilelektrodepartial electrode
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- Teilelektrodepartial electrode
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- Teilelektrodepartial electrode
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- Elektrodeelectrode
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- Teilelektrodepartial electrode
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- Teilelektrodepartial electrode
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- Spaltwandgap wall
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- Spaltwandgap wall
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- Bauteilcomponent
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- DurchgangslochThrough Hole
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- elektrischer Kontaktelectrical Contact
- 4040
- elektrischer Kontaktelectrical Contact
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- Elektrodeelectrode
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- Teilelektrodepartial electrode
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- Teilelektrodepartial electrode
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- Elektrodeelectrode
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- Teilelektrodepartial electrode
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- Teilelektrodepartial electrode
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- Führungguide
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- Führungguide
- 4848
- Bauteilcomponent
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- Kontaktflächecontact area
- 5050
- Spaltwandgap wall
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- Kontaktflächecontact area
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- Spaltwandgap wall
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- Kontaktflächecontact area
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- Bauteilcomponent
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- Elektrodeelectrode
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- Teilelektrodepartial electrode
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- Teilelektrodepartial electrode
- 6161
- Segmentsegment
- 6262
- Segmentsegment
- S1S1
- Abstand des Trennspaltsdistance of the separation gap
- S2S2
- Abstand des Trennspaltsdistance of the separation gap
- S3S3
- Abstand des Trennspaltsdistance of the separation gap
- S4S4
- Abstand des Trennspaltsdistance of the separation gap
- AA
- axiale Bewegungaxial Move
- D1D1
- Dicke Bauteilthickness component
- D2D2
- Dicke Bauteilthickness component
- D3D3
- Dicke Bauteilthickness component
- D4D4
- Dicke Bauteilthickness component
- FF
- Klemmkraftclamping force
- RR
- Rotationrotation
- EI E I
- tatsächlicher Erwärmungsbereichactual heating area
- ES E S
- theoretischer Erwärmungsbereichtheoretical heating area
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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DE102008031222B4 (en) | 2010-06-17 |
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