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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer
kunststofftechnischen Fügeverbindung zwischen mindestens
zwei mindestens abschnittsweise plattenförmigen Elementen
oder Teilbereichen eines Bauteils aus Kunststoff, wobei die beiden
plattenförmigen Elemente sich mindestens in dem Fügebereich
in zueinander einen Winkel einnehmenden Ebenen erstrecken und wobei
man das das erste Element mit einer sich in Richtung der Fügenaht
erstreckenden hinterschnittenen Nut versieht und man das zweite
Element mit einer sich in Richtung der Fügenaht erstreckenden
in der Passform der Nut entsprechenden Feder versieht, diese Feder
des zweiten Elements in die Nut des ersten Elements einführt
und dann das zweite Element entlang der Nut bis in die gewünschte
Endposition vorschiebt.
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Bei
größeren komplexen Bauteilen aus Kunststoff ist
die Herstellung im Spritzgußverfahren in der Regel wirtschaftlich
nicht sinnvoll, wenn zu geringe Stückzahlen dieser Bauteile
benötigt werden, da dann die hohen Werkzeugkosten nicht
amortisiert werden können. Man geht daher bei der Herstellung solcher
Bauteile üblicherweise so vor, dass man einzelne Elemente
oder Teilbereiche dieser Bauteile zunächst separat fertigt
und diese Elemente oder Teilbereiche dann durch eine entsprechende
Anzahl von Fügevorgängen zu dem gewünschten
Bauteil verbindet. Die übliche kunststofftechnische Fügeverbindung
umfasst dabei ein Schweißverfahren mit Schweißdraht
oder Extruder.
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Dieses
Verschweißen der einzelnen Elemente des zu fertigenden
Bauteils hat verschiedene Nachteile. Zum einen wird das Schweißen
von Hand durchgeführt und ist deshalb sehr zeitaufwändig.
Oft sind weitere Arbeitsgänge notwendig, um den Schweißvorgang
vorzubereiten, beispielsweise das Anheften einzelner Elemente in ihrer
gewünschten Position relativ zueinander, bevor der eigentliche Schweißvorgang
erfolgen kann. In manchen Fällen müssen auch beispielsweise
plattenförmige Elemente oder Teilbereiche zunächst
verformt werden durch Erwärmung, bevor sie durch Schweißen
mit weiteren Elementen des Bauteils verbunden werden, da in dem
herzustellenden Bauteil das plattenförmige Element in sich
gekrümmt ist.
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Besondere
Schwierigkeiten bereitet es, wenn größere Bauteile
aus einzelnen Elementen gefügt werden müssen,
die aus unterschiedlichen Kunststoffen bestehen. Diese Kunststoffe
haben unterschiedliche Schmelzindexe und/oder unterschiedliche Molekularstruktur,
so dass es in der Regel nicht möglich ist, diese durch
ein Schweißverfahren zu fügen, da die verschiedenen
Kunststoffe bei unterschiedlich hohen Temperaturen erweichen. Derlei Anwendungen
zur Herstellung von Bauteilen aus Kunststoff, bei denen verschiedene
Bereiche aus unterschiedlichen Kunststoffen bestehen, sind aber technisch
besonders interessant, beispielsweise wenn Bauteile mit besonders
belasteten Bereichen herzustellen sind, die die Verwendung hochfester Kunststoffe
erfordern, während das gleiche Bauteil andere Bereiche
aufweist, in denen Kunststoffe mit geringerer Festigkeit eingesetzt
werden können. Da die hochfesten Kunststoffe (beispielsweise
Faserverbundstoffe oder dergleichen) in der Regel wesentlich kostenaufwändiger
sind, ist es erstrebenswert, diese nur in den Bereichen des Bauteils
einzusetzen, in denen entsprechende Anforderungen an die Festigkeit bestehen,
während man in den übrigen Bereichen andere Kunststoffe
einsetzt, die aufgrund ihrer massenhaften Herstellung oft um einen
Faktor günstiger zu erstehen sind. Das Fügen der
aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehenden Bereiche durch eine Schweißverbindung
ist jedoch oft technisch nicht möglich. Will man in den
Bereichen, in denen dies gefordert ist, die Festigkeitswerte erreichen,
muss man daher entweder kostengünstige Kunststoffe einsetzen
und mit wesentlichen größeren Materialstärken arbeiten,
was den Nachteil einer nicht unerheblichen Gewichtszunahme des Bauteils
hat, oder aber man verwendet für das gesamte Bauteil den
hochfesten Kunststoff, was aber zu einer erheblichen Verteuerung
des Bauteils führt.
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Das
Verbinden von plattenförmigen Bauteilen untereinander mit
Hilfe von hinterschnittenen Nuten und Federn an den Bauteilen selbst
oder an Leisten, die als Verbindungselemente dienen, ist im Holzbau
bekannt und wird beispielsweise in der
FR 2 712 641 A1 beschrieben.
Die plattenförmigen Bauteile bestehen aus Holz oder Holzwerkstoffen
und können auch über Eck miteinander verbunden
werden, das heißt, dass die plattenförmigen Bauteile
dann miteinander einen rechten oder annähernd rechten Winkel einnehmen.
Holz kommt jedoch aus verschiedenen Gründen für
Anwendungen im industriellen Apparatebau als Werkstoff nicht in
Betracht.
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In
der
DE 2 034 570 ist
ein Verfahren zum Verbinden von Kunststoffteilen der eingangs genannten
Gattung beschrieben, bei dem die Kunststoffteile aus Struktur-Schaumwerkstoff
bestehen und über eine Nut-Feder-Verbindung miteinander
verbunden werden. Da die zu verbindenden Bauteile aus Schaumstoffen
bestehen, ist davon auszugehen, dass die die Nuten aufweisenden
Bauteile mit den Nuten im Spritzguss hergestellt werden. Würde
man die Nuten nachträglich in den Werkstoff fräsen,
würde sich aufgrund der Gaseinschlüsse eine offenporige
Oberfläche ergeben. Derartige Strukturschaumstoffe sind
daher in der Regel nicht für eine spanende Bearbeitung
vorgesehen. Hinzu kommt, dass Bauteile aus derartigen Schaumstoffen
für Anwendungen wie beispielsweise im industriellen Apparatebau
keine ausreichende Festigkeit aufweisen und nicht durch hohe Kräfte,
beispielsweise Biegekräfte belastbar sind. Auch würde
der Fachmann Strukturschaumstoffe nicht für Anlagenbauteile
in Betracht ziehen, die mit aggressiven korrosiven Gasen, Dämpfen
oder Flüssigkeiten in Kontakt kommen. In der genannten
Druckschrift werden die Bauteile daher nur im Möbelbau
für ein leichtes Regal verwendet. Wird ein Fachboden mit
angeformten Federn in die entsprechenden Nuten eingeschoben, muss
die jeweilige Höhenlage des Fachbodens über Füllstücke
gesichert werden. Gerade im Fügebereich kann eine solche
Verbindung nicht die für den Apparatebau geforderte Kraftaufnahme
gewährleisten. In den meisten Fällen werden bei
diesem Stand der Technik zudem zusätzliche Verbindungselemente
eingesetzt, über die die zu verbindenden plattenförmigen
Elemente gefügt werden. Dies führt zu einem erhöhten Aufwand
bei der Herstellung und bei der Montage.
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Die
DE 33 32 149 A1 beschreibt
einen ähnlichen Stand der Technik. Dort werden Schaumstoffisolierrohre
bzw. Schaumstoffisolierplatten aus flexiblem Schaumkunststoff mit
einem in Längsachse angeordneten nut- und federartigen
Verschlusssystem verbunden. Dabei kann die Feder aus einem starreren
oder steiferen Material bestehen als das die Nut bildende Material.
Der Grund hierfür liegt darin, dass beim Verbinden eine
Art Clipsverbindung hergestellt wird, bei der die Feder die die
Nut begrenzenden Flanken des anderen Bauteils auseinanderdrückt (spreizt),
bis eine Rastverbindung erfolgt. Das Bauteil mit der Nut ist somit
bedingt durch die Materialwahl elastisch. Es ist von flexiblen Schaumstoffisolierplatten
die Rede. Diese Materialien sind ebenfalls für den industriellen
Apparatebau bei Anwendungen, in denen Bauteile mit hoher Kraftaufnahme
zu verbinden sind, nicht geeignet. Bei der Fertigung wird die Feder an
das eine Bauteil angeklebt oder angeschweißt.
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Fügeverbindungen
bei Kunststoffteilen im industriellen Anlagenbau sind nach heutigem
Stand in der Regel Schweißverbindungen. Geschäumte Kunststoffe
lassen sich jedoch nur in sehr begrenztem Umfang schweißen.
Auch deshalb würde ein Fachmann in diesem Anwendungsbereich
Schaumstoffe nicht in Betracht ziehen.
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Hier
setzt die vorliegende Erfindung ein. Ausgehend von der genannten
Problematik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin,
ein Verfahren zur Herstellung einer kunststofftechnischen Fügeverbindung
zwischen mindestens zwei mindestens abschnittsweise plattenförmigen
Elementen oder Teilbereichen eines Bauteils aus Kunststoff der eingangs
genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, welches die
Herstellung einer dauerhaft sicheren kraftschlüssigen Fügeverbindung
zwischen einzelnen Elementen oder Teilbereichen mechanisch hoch belasteter
Bauteile im industriellen Apparatebau ermöglicht.
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Die
Lösung dieser Aufgabe liefert ein Verfahren zur Herstellung
einer kunststofftechnischen Fügeverbindung zwischen mindestens
zwei mindestens abschnittsweise plattenförmigen Elementen
oder Teilbereichen eines Bauteils aus Kunststoff der eingangs genannten
Gattung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs.
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Die
Schlagzähigkeit von geschäumten Kunststoffen liegt
aufgrund der geringeren Dichte unter derjenigen der ungeschäumten
Kunststoffe. Mit abnehmender Dichte nimmt die Schlagzähigkeit
in erheblichem Maße ab. Die Biegesteifigkeit eines plattenförmigen
Bauteils wird unter anderem durch den Elastizitätsmodul
des Werkstoffs bestimmt. Die Steifigkeit eines Bauteils aus Kunststoff
ist von der Beanspruchungshöhe und auch von der Zeit abhängig.
Bei Überschreiten der Zeitstandfestigkeit kommt es zu Dauerbrüchen.
Aus diesen Gründen zieht der Fachmann bei der Schaffung
mechanisch hoch belasteter Bauteile im Bereich des industriellen
Apparatebaus geschäumte Kunststoffe als Werkstoff nicht
in Betracht.
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Die
Schaufel eines Laufrads eines Ventilators wird beispielsweise sehr
hohen Belastungen ausgesetzt, da im Betrieb sehr hohe Umfangsgeschwindigkeiten
des Laufrads auftreten können. Daraus resultieren hohe
Zentrifugalkräfte. Die Schaufel des Laufrads ist bei montiertem
Ventilator ein plattenförmiges Bauelement, welches beidseitig
eingespannt ist und somit durch die Zentrifugalkraft auf Biegung
und an den Enden auf Zug beansprucht wird. Diese Kräfte
wirken zudem auch auf die Verbindung zum jeweils angrenzenden Bauteil
(Düsenteil, Ronde) jeweils endseitig an der Schaufel. Bislang
ist man daher davon ausgegangen, dass nur Bauteile aus Stahl, einstückige
oder aufwändig geschweißte Kunststoffbauteile
diesen Belastungen standhalten, wobei der Kunststoff ausreichende
Biegesteifigkeit aufweisen muss. Kommen die Bauteile auch mit korrosiven
Dämpfen oder Flüssigkeiten in Kontakt, müssen
Bauteile aus Stahl mit beispielsweise PVC oder Hartgummi beschichtet
sein, was einen weiteren Aufwand bedingt.
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Durch
die erfindungsgemäße Lösung wird nun
eine formschlüssige und kraftschlüssige Fügeverbindung
zwischen den Elementen oder Teilbereichen des herzustellenden Bauteils
geschaffen, die eine wesentlich einfachere und raschere Montage zulässt
als eine Schweißverbindung, dabei aber eine Fügeverbindung
mit hoher Festigkeit und Kraftaufnahme schafft. Die Anmelderin hat
empirisch festgestellt, dass die Festigkeit der Verbindung über
Nut und Feder mit derjenigen einer Schweißverbindung vergleichbar
ist. Dadurch können nach diesem Verfahren Bauteile hergestellt
werden, deren gefügte Elemente im Betrieb mit vergleichsweise
hohen Kräften beaufschlagt werden, beispielsweise lüftungstechnische
Bauteile wie Ventilatoren, Schalldämpfer, Wäscher,
Siphons, um nur einige wenige Anwendungen beispielhaft zu nennen.
Bislang erforderte die Herstellung dieser Bauteile hingegen sehr
arbeitsaufwändige und langwierige sorgfältig auszuführende Schweißverbindungen,
die zahlreiche Arbeitsgänge notwendig machten.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht
es insbesondere, Bauteile aus nicht geschäumten thermoplastischen
Kunststoffen, insbesondere ausgehend von extrudierten Platten, einfach
und kostengünstig herzustellen, deren Herstellung in vergleichsweise
geringen Stückzahlen erfolgt, so dass die Herstellung im
Spritzguss wegen der zu hohen Werkzeugkosten nicht in Betracht kommt.
Beispielsweise trifft dies für diverse lüftungstechnische
Bauteile wie größere Ventilatoren oder dergleichen
zu. Diese lüftungstechnischen Bauteile können
insbesondere dann, wenn die Lüftungsanlagen mit korrosiven Gasen/Dämpfen/Flüssigkeiten
in Kontakt kommen, auch nicht aus Metall gefertigt wird, da beispielsweise
Stahl den korrosiven Bedingungen nicht standhält. Eine
Fertigung aus Stahl erfordert mindestens eine Beschichtung mit geeigneten
Kunststoffen. Die Herstellung aus geeigneten Kunststoffen, die den
genannten korrosiven Bedingungen standhalten, ist daher eine übliche
Methode für derartige lüftungstechnische Bauteile.
Da diese aus einzelnen Elementen gefügt werden müssen,
sind oft für die Herstellung des Bauteils mehrere Fügevorgänge
notwendig. Da das erfindungsgemäße Verfahren den
Fügevorgang wesentlich vereinfacht, lässt es die
besonders wirtschaftliche Herstellung derartiger lüftungstechnischer
Bauteile zu.
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Beim
Fügen der zu verbindenden Bauteile geht man so vor, dass
man das erste Element mit einer sich in Richtung der Fügenaht
erstreckenden hinterschnittenen Nut versieht und man das zweite
Element mit einer sich in Richtung der Fügenaht erstreckenden
in der Passform der Nut entsprechenden Feder versieht, man diese
Feder des zweiten Elements in die Nut des ersten Elements einführt
und dann das zweite Element entlang der Nut bis in die gewünschte
Endposition vorschiebt.
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Eine
mögliche bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen
Verfahrens sieht vor, dass Nut und Feder die Form eines Hammerkopfs
mit beidseitig hinterschnittenen Bereichen oder etwa eine L-Form mit
einem hinterschnittenen Bereich an einer Seite aufweisen.
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In
dem erfindungsgemäßen Verfahren können
plattenförmige Elemente oder Teilbereiche aus nicht geschäumten
thermoplastischen oder auch duroplastischen Kunststoffen gefügt
werden. Bevorzugt geeignete Werkstoffe sind nicht geschäumte
Polyolefine wie Polypropylen oder Polyethylen, Polyvinylidenfluorid
(PVDF), PVC oder auch Verbundstoffe mit Fasern wie zum Beispiel
Glasfasern, Kohlefasern oder ähnliches.
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Die
für die plattenförmigen Elemente verwendeten Kunststoffe
haben erfindungsgemäß bevorzugt die nachfolgenden
Eigenschaften: eine Dichte von wenigstens etwa 0,9 g/cm3 und/oder
einen Zug-E-Modul nach DIN EN ISO 527 von wenigstens etwa
900 MPa und/oder eine Kerbschlagzähigkeit nach DIN
EN ISO 179 von wenigstens etwa 5 kJ/m2, bevorzugt
wenigstens etwa 10 kJ/m2.
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Andere
Formen für Nut und Feder, die die genannten Kriterien erfüllen,
kommen ebenfalls in Betracht. Hier ist grundsätzlich eine
Vielzahl von Nutformen denkbar, beispielsweise seien schwalbenschwanzförmige
Nuten genannt oder omega-förmige, dreieckige oder vieleckige
Nuten oder Nuten mit zahnförmigen Profilen. Im Prinzip
kommt jegliche Nutform in Betracht, bei der die Nut zunächst
einen schmaleren Eingangsbereich aufweist und sich daran in Richtung
der Nuttiefe gesehen wenigstens ein breiterer Nutabschnitt anschließt.
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Die
plattenförmigen Elemente weisen in der Regel im Bereich
der Nuten/Federn mindestens eine solche Materialstärke
und solche Abmessungen auf, dass ein Eindrücken der Feder
in die Nut in Richtung der Tiefe der Nut (wie bei einer Clipsverbindung) nicht
möglich ist. Eine derartige elastische Verformung wie bei
einer Clips(Rast)-Verbindung ist also nicht vorgesehen. Vielmehr
wird diese Feder des zweiten Elements in die Nut des ersten Elements
einführt und dann das zweite Element entlang der Nut bis
in die gewünschte Endposition vorgeschoben. Die erfindungsgemäße
Nut-Feder-Verbindung ist geeignet hohe Kräfte in Richtung
senkrecht zur Richtung des Mutverlaufs aufzunehmen. Die Anbringung von
Nut und Feder an den plattenförmigen Elementen erfolgt
bevorzugt mit hoher maßlicher Genauigkeit, so dass die
komplementären Elemente beim Fügevorgang mit hoher
Paßgenauigkeit und vergleichsweise geringen maßlichen
Toleranzen ineinander greifen. Ein etwaiges Spiel der beiden Elemente
im Bereich der Nut/Feder-Verbindung liegt bevorzugt im zehntel Millimeter-Bereich
oder darunter. Bei der Herstellung der Fügeverbindung kann
es daher notwendig sein, für den Vorschub des die Feder
aufweisenden Elements in der Nut eine Kraft in Vorschubrichtung
aufzubringen und dazu ein Werkzeug zu verwenden, beispielsweise
das zweite Bauteil in Richtung der Nut des ersten Bauteils mit einem
Hammer oder dergleichen einzuschlagen. Prinzipiell geht es im Rahmen
der vorliegenden Erfindung nicht darum, diese Fügeverbindung
wieder lösbar zu gestalten. Vielmehr werden die Elemente
in der Regel dauerhaft zu einem Bauteil gefügt. Gleichwohl
ist es theoretisch möglich, die Fügeverbindung
bei Aufwenden einer entsprechenden Kraft auch wieder zu lösen. (Durch
Verschieben in Gegenrichtung entlang der Nut).
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Die
hohe Maßgenauigkeit von Nut und Feder kann man beispielsweise
durch CNC-Bearbeitung in einem Bearbeitungscenter erzielen, wobei
Nut und Feder beispielsweise gefräst werden können.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Fügeverfahren kann
die Nut geradlinig oder auch entlang einer gekrümmten Linie
verlaufen. Im letzteren Fall kann man beispielsweise auch ein ebenes
plattenförmiges Element mit Feder in eine Nut einschieben,
die entlang einer gekrümmten Linie verläuft, wodurch
das Element mit der Feder eine entsprechende Krümmung erhält.
Die Fügeverbindung wird in diesem Fall noch fester, da
das eingeschobene Element verformt wird. Die Verformung ist möglich,
wobei hier insbesondere plattenförmige Elemente aus elastisch-zähen
Kunststoffen verwendet werden. Insbesondere ist hierbei vorteilhaft,
dass die Verformung erfolgen kann, ohne dass das eingeschobene Element
erwärmt wird. Hier liegt auch ein weiterer Vorteil gegenüber
dem herkömmlichen Schweißverfahren, da bei diesem
nämlich durch die partielle Erwärmung der zu verbindenden
Elemente im Bereich der Schweißnaht, an den Elementen Verzug
entsteht.
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Bei
der erfindungsgemäßen Nut/Feder-Verbindung ist
bei bestimmten Anwendungen die Festigkeit höher als bei
einer herkömmlichen Schweißverbindung. Die erfindungsgemäßen
Steckverbindungen haben weiter den Vorteil, dass sie im Reparaturfall
auch wieder gelöst werden können. So können beispielsweise
bei einem Ventilator Laufradschaufeln ausgetauscht werden, statt
das gesamte Laufrad zu ersetzen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren bringt als weiteren
Vorteil mit sich, dass beispielsweise bei der Verbindung mehrerer
in rechtem Winkel zueinander angeordneter plattenförmiger
Elemente für diese teilweise Meterware verwendet werden
kann, die kostengünstig erhältlich ist, in die
dann lediglich die entsprechenden Nuten/Federn eingebracht werden.
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Nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren können
beispielsweise zwei, drei, oder vier sich jeweils in den Fügebereichen
in zueinander rechtwinkligen Ebenen erstreckende plattenförmige
Elemente zu einem in der Grundform kastenförmigen Bauteil gefügt
werden. Derartige Formen, beispielsweise an zwei Seiten offene hohle
Quader, die aus vier solcher Platten bestehen, kommen in der Lüftungstechnik
in verschiedenen Anwendungsbereichen vor, zum Beispiel bei Schalldämpfern,
Wäschern, Filtervorrichtungen, Siphons etc. Die Fertigung
erfolgt bei größeren Bauteilen dieser Art in Kleinserien
oder Einzelfertigung, wobei die Montage einen hohen Anteil an Handarbeit
erfordert. Das Ersetzen von Schweißverbindungen durch die
erfindungsgemäßen Fügeverbindungen führt
daher zu einer erheblichen Zeitersparnis.
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Andere
Anwendungsbereiche in der Lüftungstechnik, bei denen die
Fügenaht entlang einer gekrümmten Linie verläuft,
sind beispielsweise das Verbinden von Schaufeln mit tellerartigen
Düsenteilen oder Ronden an den Laufrädern von
Ventilatoren. Ab einer gewissen Größe werden diese
Ventilatoren ebenfalls in Kleinserien oder Einzelfertigung gefertigt.
Das bisher übliche Verschweißen der in sich gekrümmten
Schaufeln mit den Tellern des Laufrads ist ein sehr arbeitsaufwändiger
Vorgang. Die Herstellung der Laufräder im Spritzgußverfahren
ist aufgrund der hohen Werkzeugkosten bei geringen Stückzahlen
unwirtschaftlich.
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Zunächst
wurden bislang dazu Schablonen hergestellt, um den Radius der Krümmung
der Schaufeln vorzugeben. Dann wurden die Schaufeln erwärmt
und so in die gewünschte gekrümmte Form gebracht.
Man ließ diese dann Abkühlen in einem Metallkern,
um eine Rückverformung zu verhindern. Dann erfolgte gegebenenfalls
noch ein Zuschnitt, falls der Teller einen Radius aufwies. Danach
wurde in der Regel die Schaufel in der vorgesehenen Position am
Teller zunächst angeheftete zum Beispiel durch Erwärmen
und erst dann erfolgte schließlich der Schweißvorgang
mit einem Schweißdraht aus Kunststoff entlang beider Seiten
der Schaufel. Alle genannten Arbeitsgänge lassen sich nun
in dem erfindungsgemäßen Verfahren durch wenige
Schritte ersetzen. Das Einbringen von Nut und Feder in die plattenförmigen
Elemente kann auf einem CNC-Automaten erfolgen. Es verbleibt somit
lediglich der von Hand auszuführende Montageschritt des
Einschiebens (Einschlagens) des die Feder aufweisenden Elements,
welches später die Schaufel bildet und zudem bei diesem
Einschubvorgang durch die Führung in der Nut automatisch
die Krümmung erhält.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn nach einem erfindungsgemäßen
Verfahren beispielsweise mindestens zwei Elemente oder Teilbereiche
gefügt werden, die aus verschiedenen Kunststoffen bestehen.
In diesem Fall kommen die Vorteile der formschlüssigen/kraftschlüssigen
Fügeverbindung gemäß der Erfindung besonders
zum Tragen, da meist eine Verbindung der Elemente durch einen Schweißvorgang
technisch nicht möglich ist.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung sind weiterhin Bauteile für
lüftungstechnische Anlagen, welche nach einem Verfahren
der zuvor beschriebenen Art hergestellt sind. Dies können
beispielsweise sein Ventilatoren, bei denen die Schaufeln mit Ronden
oder Tellern des Laufrads auf diese Weise fügetechnisch
miteinander verbunden werden können oder beispielsweise
kastenförmige Bauteile für Schalldämpfer,
Wäscher oder Siphons, bei denen mindestens zwei zueinander
rechtwinklige plattenförmige Elemente nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren miteinander verbunden werden können.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist weiterhin die Verwendung eines Verfahrens
der vorgenannten Art zur Herstellung von Bauteilen für
lüftungstechnische Anlagen, insbesondere für solche lüftungstechnische
Anlagen, die mit hochkorrosiven Gasen/Dämpfen/Flüssigkeiten
belasteter Abluft in Kontakt kommen.
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Die
in den Unteransprüchen beschriebenen Merkmale betreffen
bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen
Aufgabenlösung.
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Nachfolgend
wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
Ansicht eines Füllkörperkastens für einen
Wäscher;
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2 einen
vertikalen Längsschnitt durch den Füllkörperkasten
entlang der Linie A-A von 1;
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3 einen
horizontalen Querschnitt durch den Füllkörperkasten
entlang der Linie B-B von 1;
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4 eine
vergrößerte Detailansicht eines Ausschnitts aus
der Schnittdarstellung gemäß 2 im
Eckbereich des Füllkörperkastens;
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5 eine
Ansicht des Füllkörperkastens ähnlich
wie in 1, jedoch in einer hinter der Frontebene liegenden
Schnittebene gesehen, so dass man die Nuten erkennt;
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5a eine
vergrößerte Detailansicht eines Ausschnitts im
Eckbereich des in 5 dargestellten Füllkörperkastens;
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6 eine
Seitenansicht eines Laufrads eines Ventilators;
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7 einen
Schnitt entlang der Linie A-A durch das Laufrad von 6;
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8 einen
Schnitt durch das Laufrad von 6 entlang
der Linie B-B;
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9 eine
vergrößerte Detailansicht eines Ausschnitts A
aus 8 im Verbindungsbereich zwischen einer Schaufel
und einem Teller des Laufrads;
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10 eine
Ansicht eines Randabsaugkanals einer Lüftungsanlage;
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11 eine
vergrößerte Ansicht eines Querschnitts durch den
Randabsaugkanal entlang der Schnittlinie A-A von 10;
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12 eine
Ansicht einer Führungsschiene;
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13 eine
vergrößerte Ansicht eines Schnitts durch die Führungsschiene
entlang der Schnittlinie A-A von 12.
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Zunächst
wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 eine
erste beispielhafte Anwendungsmöglichkeit für
kunststofftechnische Fügeverbindungen nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren erläutert. Die Ansicht gemäß 1 zeigt
einen Füllkörperkasten 10 wie er beispielsweise
in lüftungstechnischen Anlagen für einen Wäscher
verwendet wird. Der Füllkörperkasten 10 ist
ein im Umriss etwa quaderförmiger Kasten, der an zwei seiner
gegenüber liegenden seitlichen Flächen Lochplatten
mit einer Lochstruktur aufweist mit rechteckigen Löchern 11 und
waagrechten und senkrechten Stegen 12, 13, so
dass der Füllkörperkasten über die Lochplatten von
einem zu reinigenden Gas (oder Dämpfen) durchströmt
werden kann. Das Gas trifft auf die hier nicht dargestellten Füllkörper,
die eine Art Filterfunktion ausüben, wobei an der mit Waschflüssigkeit
befeuchteten Oberfläche der Füllkörper
ein Stoffübergang von Schadstoffen des Rohgases in die
Waschflüssigkeit stattfindet, welche an den Füllkörpern nach
unten läuft und über weitere Löcher in
der ebenfalls als Lochplatte ausgebildeten Bodenplatte 14 (siehe 3)
abläuft. Auf die näheren Details der Anlage, in
der der Füllkörperkasten verwendet wird, kommt
es im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht an.
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2 zeigt
den Längsschnitt durch den quaderförmigen Füllkörperkasten 10,
wobei die Füllkörper aus Gründen der Übersichtlichkeit
in dieser Darstellung weggelassen sind. Dieser Füllkörperkasten umfasst
im Prinzip eine untere Bodenplatte 14, einen obere Deckelplatte 17,
die beiden als Lochplatte ausgebildeten gegenüber liegenden
Seitenwände 18, 19 und zwei stirnseitige
Wände 15, 16, die die an den beiden Seiten
teilweise offene Quaderform definieren. Die Deckelplatte 17 ist
mit den beiden Seitenwänden 18, 19 jeweils über
Nut/Feder-Verbindungen verbunden, die durch Einschieben entlang
der Nut hergestellt werden. Ebenso ist die Bodenplatte 14 mit den
beiden Seitenwänden 18, 19 über
eine entsprechende Nut/Feder-Verbindung verbunden. In gleicher Weise
kann man auch Deckelplatte 17 und Bodenplatte 14 jeweils
mit den beiden in 1 erkennbaren stirnseitigen
Wänden über Nut/Feder-Verbindungen verbinden.
Eine der Verbindungen zwischen der Deckelplatte 17 in ihrem
einen Randbereich und der einen Seitenwand ist in dem Detailausschnitt
gemäß 4 vergrößert
dargestellt und wird nachfolgend anhand dieser im Detail näher
erläutert.
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Die
Seitenwand 19 weist in ihrem oberen Endbereich eine Feder
auf, die in eine entsprechend geformte Nut der Deckelplatte 17 formschlüssig
eingreift. Dabei ergibt sich die Feder an der Seitenwand 19 dadurch,
dass diese mit Abstand von ihrem oberen Ende an einer ihren seitlichen
Flächen (in diesem Fall an der inneren) eine Nut 19a aufweist,
in die ein Steg 17a der Deckelplatte 17 eingreift.
Durch die Nut 19 verbleibt an der Seitenwand 19 jenseits
der Nut ein gegenüber der Nut vorstehender Steg 19b der Seitenwand 19,
welcher den Steg 17a der Deckelplatte 17 hintergreift.
Im Bereich dieses Stegs 19b kann die Seitenwand 19 beispielsweise
genauso breit sein wie in ihrem übrigen Bereich vor der
Nut 19a. Durch den endseitigen Steg 19b ergibt
sich eine endseitige Feder 24 an der Seitenwand, die insgesamt
die Form eines Winkelkopfs hat bzw. eine L-Form, wobei die Nut 25 an
der Deckelplatte 17 entsprechend L-förmig ausgebildet
ist mit einem Hinterschnitt 17b, in den der Steg 19b der
Feder 24 eingreift. Über diese Nut/Feder-Verbindung 24, 25 sind somit
Deckelplatte 17 und Seitenwand 19 quasi miteinander
verzahnt. Die Materialstärken der beiden Stege 19b und 17a sind
so groß, dass ein Ausziehen der Seitenplatte 19 senkrecht
zur Einschubrichtung in die Nut 25 nicht möglich
ist. Die Tiefe der Nut 19a an der Seitenplatte 19 ist
in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel geringer als die
Hälfte der Materialstärke, so dass jenseits der
Nut 19a in dem Bereich 19c eine ausreichende Restplattenstärke
verbleibt, um beispielsweise ein Abbrechen der Feder bei Auftreten
seitlich auf die Seitenwand 19 einwirkender Kräfte
zu verhindern.
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Die 5 zeigt
noch einmal eine Ansicht einer Lochplatte des Füllkörperkastens
für sich allein, welche eine der Seitenwände 18, 19 bildet,
wobei man auf die Innenseite der Lochplatte schaut. Die Seitenplatte 18, 19 hat
einen rechteckigen Umriss mit einer oberen Kante 18a, einer
parallelen unteren Kante 18b und zwei parallelen beabstandeten
seitlichen Kanten 18c und 18d. Die Nuten 19a (siehe auch 4)
und die Feder 24 sind an der Seitenplatte 18/19 wie
man aus den 5 und 5a erkennt umlaufend
vorhanden, das heißt an allen vier Seitenkanten 18a–18d.
Aus der vergrößerten Ansicht gemäß 5a geht
außerdem hervor, dass sich die jeweiligen Nuten 19a entlang
der oberen 18a (bzw. unteren) und der seitlichen Kanten 18d der
Lochplatte in den Eckbereichen jeweils in einem rechten Winkel schneiden
und dass die Nuten 19a jeweils nach außen hin
offen sind, so dass ein seitliches Einschieben in die Nut 25 beispielsweise
der Deckelplatte 17 (siehe auch 4) und auch
noch ein Einschieben der Stirnplatte 16 (siehe 1)
zu dessen Verbindung mit der Seitenplatte 18/19 möglich
ist, wodurch dann schließlich der im Wesentlichen quaderförmige
Füllkörperkasten mit den als Lochplatten ausgebildeten Seitenplatten
und mit als Lochplatte ausgebildeter Bodenplatte entsteht.
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Nachfolgend
wird auf die 6 bis 9 Bezug
genommen und anhand dieser wird eine weitere beispielhafte Möglichkeit
der Anwendung des Verfahrens zum Fügen kunststofftechnischer
Bauteile gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.
In diesem Fall ist ein in den 6 und 7 dargestelltes Laufrad 20 für
einen vergleichsweise großen Ventilator dargestellt, welcher
im Prinzip zwei tellerartige runde Platten umfasst, nämlich
eine Ronde 22 für die Wellenbefestigung und ein
Düsenteil 23 für die Lufteintrittsdüse
aufweist, welcher mit Abstand der Ronde 22 gegenüberliegt.
Zwischen diesen beiden, (Ronde 22 und Düsenteil 23)
erstrecken sich die gekrümmten Schaufeln 21, die
sich jeweils in einer Ebene senkrecht zu den Ebenen von Ronde 22 und
Düsenteil 23 erstrecken. Die Krümmung
der Schaufeln 21 kann man in 7 gut erkennen.
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8 zeigt
nun einen Schnitt durch das Laufrad 20 aus dem die Verbindung
zwischen Ronde 22 und einer Schaufel 21 bzw. zwischen
Düsenteil 23 und einer Schaufel 21 ersichtlich
ist. In stark vergrößerter Detailansicht ist die
Fügeverbindung zwischen Schaufel 21 und Düsenteil 23 noch
einmal in der 9 dargestellt, welche einen
Ausschnitt A aus 8 zeigt. Diese Fügeverbindung
ist eine Nut-Feder-Verbindung, die es ermöglicht, dass
die Schaufeln 21 durch ein einfaches Einschieben entlang
der Nut mit dem Düsenteil 23 verbunden werden.
Die Verbindung mit der Ronde 22 erfolgt ebenfalls über Nut
und Feder in analoger Weise.
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Wie
aus 9 ersichtlich ist, weist die Feder 24 im
Randbereich der Schaufel 21 ein etwa hammerkopfartiges
Profil auf und erstreckt sich entlang des stirnseitigen Randbereichs
der Schaufel 21. Die Feder ist in diesem Ausführungsbeispiel
symmetrisch bezüglich einer gedachten Mittelebene der Schaufel 21 aufgebaut.
Die Form der Schaufel in diesem Randbereich ist dabei so, dass sich
zunächst beidseitig nutartige Vertiefungen 26 mit
jeweils gleicher Tiefe ergeben, welche jeweils ein Rechteckprofil aufweisen.
Zum Endbereich der Feder 24 hin wird die Schaufel wieder
breiter und hat dort ihre ursprüngliche Breite. Die nutartigen
Vertiefungen 26 sind demnach wie Einstiche, in die entsprechende
Stege 27 des Düsenteils, die ebenfalls beidseitig
ausgebildet sind, jeweils eingreifen. Die Form der Nut 25 in
dem Düsenteil ist entsprechend derjenigen der zuvor beschriebenen
Feder 24, wobei die Breite der Nut 25 bis auf
eine bevorzugt minimale Toleranz der Breite der Feder 24 entspricht.
In dem vorderen Bereich ist demnach die Nut 25 ebenso breit
wie in dem hinteren Bereich 28, der das Hammerkopfende 29 der
Feder 24 aufnimmt. Dort wo die beiden Stege 27 des
Düsenteils in die nutartigen Vertiefungen 26 der
Schaufel eingreifen, ist hingegen die Nut 25 an beiden
Seiten entsprechend schmaler. Dadurch ergibt sich die hinterschnittene
Form der Nut, deren breiterer hinterer Bereich 28 den Hinterschnitt
bildet, so dass ein Ausziehen der Schaufel in Pfeilrichtung in 9 nicht möglich
ist. Es ergibt sich folglich eine sehr feste Fügeverbindung,
die ein Einschieben in Nutlängsrichtung ermöglicht,
wobei die Fügeverbindung jedoch eine hohe Kraftaufnahme
zulässt und ein Ausziehen der Schaufel in Richtung senkrecht
zum Nutverlauf ausgeschlossen ist.
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In 7 erkennt
man, dass die Schaufeln 21 in sich gekrümmt sind.
Die erfindungsgemäße Lösung hat den weiteren
Vorteil, dass man für die Schaufeln entsprechend zugeschnittene
ebene plattenförmige Elemente verwenden kann, die man in
die Nuten des Düsenteils 23 und der Ronde 22 einschiebt,
wobei diese Nuten sich entlang des gewünschten Krümmungsverlaufs
der Schaufeln erstrecken und beim Einschieben der Feder 24 einer Schaufel
in die Nut 25 entlang der Nutbahn die Schaufel 21 in
die gekrümmte Form gezwungen wird. Dadurch ist es nicht
notwendig, die Schaufel vorab zu Verformen und dazu gegebenenfalls
der Einwirkung von Wärme auszusetzen.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die 10 und 11 ein
weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
näher beschrieben. In den 10 und 11 ist
ein Randabsaugkanal 30 aus Kunststoff einer lüftungstechnischen
Anlage in der Seitenansicht und im vergrößerten
Querschnitt dargestellt. Der vergrößerte Querschnitt
gemäß 11 zeigt,
dass der Randabsaugkanal 30 eine linke Seitenwand 31 umfasst,
eine rechte Seitenwand 32, in denen sich jeweils Schlitze 35 befinden,
eine Bodenplatte 33 und eine Deckelplatte 34,
wobei alle vier genannten Elemente miteinander jeweils über Nut/Feder-Verbindungen
formschlüssig verbunden sind, so dass sich insgesamt der
Randabsaugkanal mit einem unregelmäßigen viereckigen
Querschnitt ergibt. Endseitig können an den Randabsaugkanal Leitungen
oder Rohre mit rundem Querschnitt angeschlossen werden.
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Wir
man aus 11 erkennt, verläuft
hier die Deckelplatte 34 nicht in einem rechten Winkel
zu den beiden Seitenwänden 31, 32, sondern
in einem leicht geneigten Winkel zu diesen, so dass die linke Seitenwand 31 höher
ist als die rechte Seitenwand 32, welche kürzer
ist. Dadurch ergeben sich ein spitzer Winkel im Verbindungsbereich
zwischen der Deckelplatte 34 und der linken Seitenwand 31 und
ein stumpfer Winkel zwischen der Deckelplatte 34 und der
rechten Seitenwand 32. Die Neigung der Deckelplatte zur
Horizontalen kann jedoch vergleichsweise gering sein und nur einige
Winkelgrade betrage wie man aus der Zeichnung sieht. Dieses Ausführungsbeispiel
verdeutlicht jedoch, dass es nach dem erfindungsgemäßen
Prinzip möglich ist, auch plattenförmige Elemente
miteinander zu verbinden, welche zueinander nicht in einem rechten
Winkel stehen. Man erkennt aus der 11, dass
die einzelnen plattenförmigen Elemente, aus denen der Randabsaugkanal 30 aufgebaut ist,
jeweils an ihrem Ende entweder eine Feder 24 der anhand
von 4 beschriebenen Art oder eine Nut 25 aufweisen,
die eine solche Feder 24 aufnimmt. Konkret hat die Seitenwand 31 in
ihrem oberen Endbereich eine Feder 24, die von einer Nut
der Deckelplatte 34 aufgenommen wird, während
die Seitenwand in ihrem unteren Endbereich eine Nut aufweist, die
die Feder 24 der Bodenplatte 33 aufnimmt. Die
Bodenplatte 33 hat auch in ihrem anderen Endbereich eine
Feder 24, über die sie mit der reichten Seitenwand 32 verbunden
wird, allerdings verläuft die Bodenplatte 33 mit
Abstand vom unteren Ende der beiden Seitenwände 31 und 32 in
Querrichtung, so dass sich unterhalb der Bodenplatte 33 ein Hohlraum
befindet.
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Die
rechte Seitenwand hat wiederum an ihrem oberen Ende eine Feder 24,
die in eine entsprechende Nut der Deckelplatte 34 eingreift.
Im anderen Endbereich der Deckelplatte 34 ist eine weitere
solche Nut vorgesehen, so dass diese mit der Feder im oberen Endbereich
der linken Seitenwand 31 verbunden werden kann. Die Nut/Feder-Verbindungen
zwischen den Seitenwänden 31 und 32 und
der Deckelplatte 34 sind so ausgebildet, dass die leichte
Abweichung von der Rechtwinkligkeit nicht stört, denn es ergibt
sich dennoch ein nahezu formschlüssiger Eingriff und eine
kraftschlüssige Fügeverbindung. Die Form der Federn 24 entspricht
hier derjenigen in dem oben unter Bezugnahme auf 4 beschriebenen Beispiel,
das heißt die Feder 24 hat eine L-Form. Wegen
der Neigung der Deckplatte 34 ist hier allerdings in Abweichung
dazu die Nut in der Deckplatte 34 an einer Seite etwas
breiter als der Kopf der Feder, so dass an einer Seite die Feder
in der Nut der Deckplatte etwas Freiraum hat. Bei der unteren Verbindung zwischen
der Bodenplatte 33 und den beiden Seitenwänden 31 und 32 ist
dies anders, da hier ein vollständiger Formschluss ohne
nennenswerten Freiraum gegeben ist.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die 12 und 13 eine
weitere beispielhafte Ausführungsvariante der vorliegenden
Erfindung näher erläutert. Die Zeichnung 12 zeigt
eine Führungsschiene 40, die beispielsweise für
einen Wäscher einer lüftungstechnischen Anlage
verwendet wird (letzterer ist nicht dargestellt). Die Führungsschiene
umfasst eine Grundplatte 41, die mit einer Reihe von Löchern 42 versehen
ist, durch die eine zu entfernende Flüssigkeit ablaufen
kann. Die genaue Funktion der Führungsschiene ist für
die vorliegende Anmeldung nicht von Bedeutung. Wesentlich ist hingegen
die Tatsache, dass es sich bei einer solchen Führungsschiene 40 gemäß 12 um
ein Bauteil aus mehreren miteinander verbundenen plattenförmigen
Elementen handelt, zu deren Verbindung die erfindungsgemäße
Fügetechnik angewandt werden kann.
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Wie
man aus der Detailansicht gemäß 13 erkennt,
sind mit der Grundplatte 41 mehrere sich von dieser in
einem rechten Winkel zur einen oder anderen Seite hin erstreckende
plattenförmige Stege verbunden, nämlich zwei Stege 43,
die sich zu der einen Seite hin erstrecken und ein weiterer Steg 44,
der sich zur gegenüber liegenden Seite hin erstreckt. Man
erkennt in 13, dass zwischen den Stegen 43, 44 und
der Grundplatte 41 jeweils eine Nut/Feder-Verbindung durch
Einschieben in Längsrichtung der Nut hergestellt wurde,
wobei sich in dem Ausführungsbeispiel die Feder 24 jeweils
an den Stegen 43, 44 befindet und die entsprechend
geformten Nuten 25 in der Grundplatte 41 geformt
sind. Ähnlich wie bereits zuvor unter Bezugnahme auf 9 beschrieben
sind die Federn 24 hier hammerkopfartig geformt. Somit
lässt sich in einfacher Weise eine formschlüssige
Verbindung mit hoher Kraftaufnahme zwischen den Stegen 43, 44 und
der Grundplatte 41 der Führungsschiene 40 herstellen.
-
- 10
- Füllkörperkasten
- 11
- Löcher
- 12
- waagrechter
Steg
- 13
- senkrechter
Steg
- 14
- Bodenplatte
- 15
- Stirnplatte
- 16
- Stirnplatte
- 17
- Deckelplatte
- 17a
- Steg
- 17b
- Hinterschnitt
- 18
- Seitenplatte
- 18a
- obere
Kante
- 18b
- untere
Kante
- 18c
- seitliche
Kante
- 18d
- seitliche
Kante
- 19
- Seitenplatte
- 19a
- Nut
- 19b
- Steg
- 19c
- Bereich
mit Restplattenstärke
- 20
- Laufrad
- 21
- Schaufel
- 22
- Ronde
- 23
- Düsenteil
- 24
- Feder
- 25
- Nut
- 26
- Vertiefungen
- 27
- Stege
des Düsenteils
- 28
- Hinterschnitt
- 29
- Hammerkopfende
- 30
- Randabsaugkanal
- 31
- linke
Seitenwand
- 32
- rechte
Seitenwand
- 33
- Bodenplatte
- 34
- Deckelplatte
- 35
- Schlitze
- 40
- Führungsschiene
- 41
- Grundplatte
- 42
- Löcher
- 43
- Steg
- 44
- Steg
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - FR 2712641
A1 [0005]
- - DE 2034570 [0006]
- - DE 3332149 A1 [0007]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - DIN EN ISO
527 [0018]
- - DIN EN ISO 179 [0018]