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Die Erfindung betrifft ein Haushaltsgerät mit mindestens zwei miteinander verbundenen Leitungsabschnitten. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindung zweier Leitungsabschnitte eines Haushaltsgeräts.
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Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft anwendbar auf Wäschetrocknungsgeräte und Kühlgeräte. Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft anwendbar auf Haushaltsgeräte mit einer Wärmepumpe.
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Bei einem Wärmepumpentrockner umfassend eine Kompressor-Wärmepumpe werden bislang Rohre des Wärmetauschers sowie Verbindungen zwischen dem Wärmetauscher und einem Kompressor gelötet. Der Lötprozess wird ganz oder teilweise manuell durchgeführt. Aufgrund des manuellen Lötens ist eine Gleichmäßigkeit der Lotverbindung nicht immer gewährleistet. Zudem ist manuelles Löten aufwändig und damit kostenintensiv. Beispielsweise
WO 2012/020373 A1 oder
WO 2013/144875 A1 offenbaren Wärmetauscher für einen Wärmetrockner jeweils mit einem Satz von Rohren.
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Die Magnetumformung ist beispielsweise grundsätzlich in dem Artikel am 12.05.2015 von der Internet-Adresse
www.pstproducts.com/WhitePaper_PSTproducts_Juni2009.pdf heruntergeladenen Artikel: Dr.-Ing. Ralph Schäfer, Dr.-Ing. Pablo Pasquale, PSTproducts GmbH, Alzenau, "Die Elektromagnetische Puls Technologie im industriellen Einsatz", beschrieben.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine besonders preisgünstige Möglichkeit zur Verbindung von Leitungsabschnitten eines Haushaltsgeräts mit gleichmäßigerer Qualität bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Patentansprüchen, nachfolgender Beschreibung und beigefügter Zeichnung entnehmbar.
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Die Aufgabe wird demnach gelöst durch ein Haushaltsgerät mit mindestens zwei miteinander verbundenen Leitungsabschnitten, von denen zumindest ein Leitungsabschnitt elektrisch leitend ist, wobei die beiden Leitungsabschnitte miteinander durch Magnetumformung verbunden sind bzw. worden sind.
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Die Magnetumformung weist den Vorteil auf, dass sie bei geringen Prozesskosten zuverlässig vollautomatisch durchführbar ist, so dass menschliche Fehlerquellen beim Verbinden der Leitungsabschnitte praktisch ausgeschlossen werden können und sich folglich eine besonders hohe Gleichmäßigkeit der Verbindung ergibt. Die Verbindung der beiden Leitungsabschnitte weist zudem eine sehr hohe Qualität auf. Es ist eine praktisch vollständige Prüfung oder Überwachung des Magnetumformprozesses durch Fertigungsparameter möglich. Die Magnetumformung ist zudem sehr schnell und mit komplexen Geometrien durchführbar.
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Das Magnetumformen arbeitet berührungslos, wobei die Verbindung aufgrund von hohen, lokalen Magnetfeld-Pulsen in mindestens einem der Verbindungsabschnitte erzeugt wird. Bei diesem Prozess entsteht eine flächige Verbindung ohne Erzeugung einer lokalen Schmelze mit sehr geringer Wärmeeinwirkung und ohne Wärmeeinflusszone. Durch das Magnetumformen kann folglich zumindest einer von zwei ineinandergesteckten Leitungsabschnitten an den anderen Leitungsabschnitt angeformt werden, insbesondere praktisch spaltfrei.
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Dass die beiden Leitungsabschnitte miteinander durch Magnetumformung verbunden sind bzw. worden sind, umfasst insbesondere, dass die beiden Leitungsabschnitte durch Magnetumformung miteinander verfügt sind bzw. worden sind. Wird die Magnetumformung mittels Magnetfeld-Pulsen bewirkt, kann auch von "elektromagnetischem Pulsfügen" gesprochen werden.
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Die Leitungsabschnitte können beispielsweise Rohre oder Schläuche mit festen – insbesondere metallischen – Endstücken sein. Die Leitungsabschnitte können separat hergestellt worden sein.
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Unter einem Haushaltsgerät kann insbesondere ein elektrisch betriebenes Haushalts-Großgerät verstanden werden, insbesondere im Sinne "weißer Ware". Jedoch kann das Haushaltsgerät z.B. auch ein elektrisch betriebenes Haushalts-Kleingerät sein.
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Es ist eine Ausgestaltung, dass die beiden Leitungsabschnitte durch elektromagnetische Pulsverschweißung verbunden sind und also elektromagnetisch pulsverschweißt oder pulsverfügt sind bzw. worden sind. Die Pulsverschweißung weist den Vorteil auf, dass die beiden Leitungsabschnitte an ihrem Verbindungsbereich bzw. an ihren Kontakt- oder Fügeflächen stoffschlüssig verbunden sind und daher besonders dicht sind. Dies ist beispielsweise für den Fall vorteilhaft, dass in den Leitungen unter Druck stehendes und/oder sehr dünnflüssiges und/oder hochgradig kriechfähiges bzw. niedrigviskoses Fluid (Flüssigkeit und/oder Gas) geführt werden soll.
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Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Leitungsabschnitte durch die Magnetumformung formschlüssig verbunden sind. Dadurch wird auch für Leitungsabschnitte, die sich nicht pulsverschweißen lassen oder nicht pulsverschweißt werden sollen, eine besonders feste und sichere Verbindung geschaffen, die auch unter mechanischer Dauerbelastung (z.B. unter Vibrationen) langzeitstabil ist. Dazu kann beispielsweise ein Leitungsabschnitt an seiner Kontakt- oder Fügefläche einen in Längsrichtung hinterschnittenen Verlauf aufweisen, z.B. einen gewellten oder mit mindestens einer Wulst oder einem Flansch versehenen Verlauf, an den sich der andere Leitungsabschnitt bei der Magnetumformung anschmiegt.
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Es ist auch noch eine Ausgestaltung, dass in einem Verbindungsbereich der beiden Leitungsabschnitte zwischen diesen eine – insbesondere umlaufende – Dichtung eingebracht ist. So wird eine besonders dichte Verbindung zwischen den beiden Leitungsabschnitten erreicht, insbesondere auch für den Fall, dass die beiden Leitungsabschnitte nicht pulsverschweißt werden und/oder formschlüssig miteinander verbunden sind. Dies ist beispielsweise vorteilhaft, wenn in den Leitungsabschnitten geführte Flüssigkeit und/oder Gas unter Druck steht und/oder besonders dünnflüssig oder fließfähig ist.
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Es ist eine Weiterbildung, dass die beiden Leitungsabschnitte ineinandergesteckt sind und in dem Verbindungs- bzw. Überlappungsbereich einen innenliegenden oder inneren Leitungsabschnitt und einen außenliegenden oder äußeren Leitungsabschnitt bilden und durch die Magnetumformung der äußere Leitungsabschnitt auf den inneren Leitungsabschnitt aufgedrückt worden ist ("Kompression"). Der innere Leitungsabschnitt hat folglich als selbst nicht oder nicht wesentlich verformter Kern gewirkt. Diese Weiterbildung lässt sich beispielsweise so umsetzen, dass als Arbeitsspule zum Erzeugen des verformenden Magnetfelds eine Zylinderspule benutzt wird, die beide Leitungsabschnitte umfasst. Die Kräfte auf den äußeren Leitungsabschnitt sind dann insbesondere radial nach innen gerichtet und drücken ihn zusammen bzw. pressen ihn auf den inneren Leitungsabschnitt.
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Es ist auch eine Weiterbildung, dass die beiden Leitungsabschnitte ineinandergesteckt sind und in dem Verbindungs- bzw. Überlappungsbereich einen innenliegenden oder inneren Leitungsabschnitt und einen außenliegenden oder äußeren Leitungsabschnitt bilden und durch die Magnetumformung der innere Leitungsabschnitt auf den äußeren Leitungsabschnitt aufgedrückt worden ist ("Expansion"). Die Arbeitsspule für die Erzeugung des für diese Umformung geeigneten Magnetfeldes kann in diesem Fall beispielsweise eine Zylinderspule sein, die in den inneren Leitungsabschnitt eingeführt worden ist. Die auf den inneren Leitungsabschnitt wirkenden Kräfte sind dabei insbesondere radial nach außen gerichtet.
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Beim Umformen kann – beispielsweise zur Gewährleistung geometrischer Toleranzen – sowohl bei Kompression als auch bei Expansion der Einsatz von Stützelementen wie Dornen oder Gesenken vorgesehen sein. Dabei können die Stützelemente teilbar sein, so dass eine Ausformung des gefertigten Bauteils einfach möglich ist.
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Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass die beiden Leitungsabschnitte Abschnitte eines Kühlkreislaufs einer Wärmepumpe darstellen. Dafür ist die Magnetumformung besonders vorteilhaft, da die Leitungsabschnitte vibrieren können, so dass eine zuverlässige Verbindung von Leitungsabschnitten besonders vorteilhaft ist, um eine lange Lebensdauer des Kühlkreislaufs sicherzustellen.
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Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass die beiden Leitungsabschnitte Abschnitte eines Wärmetauschers einer Wärmepumpe darstellen. Dies ist besonders vorteilhaft, da Wärmetauscher häufig auf vielen gekrümmten Leitungsabschnitten zusammengesetzt sind, die bisher besonders aufwändig per Hand verlötet werden müssen. Somit ergibt sich insbesondere für einen Wärmetauscher eine hohe Zeitersparnis und Aufwandsersparnis bei der Herstellung.
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Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass einer der beiden Leitungsabschnitte zu einem Wärmetauscher einer Wärmepumpe führt und der andere Leitungsabschnitt der beiden Leitungsabschnitte zu einem Antrieb, insbesondere Kompressor, der Wärmepumpe führt.
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Hierbei ist eine Verbindung mittels Magnetumformung vorteilhaft, weil an diesen Übergangsverbindungen aufgrund des Betriebs des Antriebs starke Vibrationen auftreten können und daher die verbesserte Zuverlässigkeit der Verbindung einen besonders vorteilhaften Einfluss auf die Lebensdauer hat.
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Es ist auch eine Ausgestaltung, dass einer der beiden Leitungsabschnitte aus Kupfer besteht und der andere der beiden Leitungsabschnitte aus Aluminium besteht. Allgemein können die beiden Leitungsabschnitte aus unterschiedlichem Metall oder aus gleichem Metall (z.B. Aluminium oder Kupfer) bestehen. Die Weiterbildung, dass beide Leitungsabschnitte zumindest an ihrem Verbindungsbereich aus Metall bestehen, ist insbesondere für die elektromagnetische Pulsverschweißung vorteilhaft. Jedoch kann grundsätzlich auch einer der beiden Leitungsabschnitte aus einem nichtmetallischen Material bestehen, insbesondere aus einem merklich plastisch verformbaren Material.
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Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass das Haushaltsgerät ein Wäschetrocknungsgerät ist. Die Magnetumformung ist hierbei besonders vorteilhaft anwendbar, weil Wäschetrocknungsgeräte üblicherweise über Wärmetauscher verfügen, um zur Wäschebehandlung verwendete Prozessluft abzukühlen und/oder aufzuwärmen und diese Wärmetauscher häufig aus vielen rohrförmigen Leitungsabschnitten zusammengesetzt sind. Somit ergibt sich ein besonders großer Zeit- und Aufwandsvorteil bei der Herstellung. Das Wäschetrocknungsgerät kann eine Wärmepumpe aufweisen, in welchem Fall die Magnetumformung, insbesondere elektromagnetische Pulsverschweißung, aufgrund ihrer besonders hohen Zuverlässigkeit besonders vorteilhaft anwendbar ist. Die Wärmepumpe kann eine Kompressor-Wärmepumpe sein, die einen Kompressor als Antrieb aufweist. Die Wärmepumpe kann aber auch eine Sterling-Wärmepumpe oder eine Vuilleumier-Wärmepumpe sein.
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Es ist zudem eine Ausgestaltung, dass das Haushaltsgerät ein Kühlgerät (z.B. ein Kühlschrank, ein Gefriergerät oder einen Kombination davon) ist. Auch hier ist die Magnetumformung, insbesondere elektromagnetische Pulsverschweißung, vorteilhaft anwendbar, da in einem Kühlgerät häufig viele Leitungen zum Leiten von Kühlmittel einer Wärmepumpe verwendet werden.
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Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindung zweier Leitungsabschnitte eines Haushaltsgeräts, wobei die beiden Leitungsabschnitte durch Magnetumformen, insbesondere elektromagnetisches Pulsverschweißen, verbunden werden. Das Verfahren kann analog zu dem Haushaltsgerät ausgebildet werden und ergibt die gleichen Vorteile.
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So ist es eine Ausgestaltung, dass die beiden Leitungsabschnitte ineinandergesteckt werden, an einem durch das Ineinanderstecken erzeugten Verbindungsbereich außenseitig eine Kompressionsspule angeordnet wird und die Kompressionsspule zur Verformung eines äußeren der beiden Leitungsabschnitte bestromt wird. Diese Ausgestaltung ist eine Möglichkeit, eine Kompression bei der Magnetumformung umzusetzen.
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Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die beiden Leitungsabschnitte ineinandergesteckt werden, in einen durch das Ineinanderstecken erzeugten Verbindungsbereich innenseitig eine Expansionsspule eingeführt wird und die Expansionsspule zur Verformung eines inneren der beiden Leitungsabschnitte bestromt wird. Diese Ausgestaltung ist eine Möglichkeit, eine Expansion bei der Magnetumformung umzusetzen.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das im Zusammenhang mit den Figuren der beigefügten Zeichnung näher erläutert wird. Darin zeigen jeweils als Schnittdarstellung in Seitenansicht:
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1 Ausschnitte aus zwei ineinandergesteckten, aber noch nicht umgeformten Leitungsabschnitten eines Haushaltsgeräts gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel an deren Verbindungsbereich, und zwar zusammen mit einer Arbeitsspule einer Magnetumformeinrichtung;
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2 die zwei Leitungsabschnitte aus 1 nach einem Magnetumformen;
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3 Ausschnitte aus zwei weiteren ineinandergesteckten, aber noch nicht umgeformten Leitungsabschnitten eines Haushaltsgeräts gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel an deren Verbindungsbereich, und zwar zusammen mit einer Arbeitsspule einer Magnetumformeinrichtung;
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4 die zwei Leitungsabschnitte aus 3 nach einem Magnetumformen.
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1 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht Ausschnitte aus zwei ineinandergesteckten, aber noch nicht umgeformten Leitungsabschnitten eines Haushaltsgeräts H1, nämlich einen ersten, rohrförmigen Leitungsabschnitt 1 und einen zweiten, rohrförmigen Leitungsabschnitt 2. Die beiden Leitungsabschnitte 1 und 2 können Teile eines Leitungssystems, insbesondere Rohrsystems, des Haushaltsgeräts H1 sein.
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Der erste Leitungsabschnitt 1 besteht beispielhaft aus Kupfer und weist einen aufgeweiteten Endbereich auf. Der zweite Leitungsabschnitt 2 besteht beispielhaft aus Aluminium und ist endseitig in den aufgeweiteten Endbereich des ersten Leitungsabschnitts 1 eingesteckt. Der Bereich, an dem die beiden Leitungsabschnitte 1 und 2 ineinandergesteckt sind und an dem sie folgend miteinander verbunden werden, kann auch als ein Verbindungsbereich 3 bezeichnet werden. Der zweite Leitungsabschnitt 2 weist an seinem in den ersten Leitungsabschnitt 1 eingesteckten Endbereich außenseitig eine umlaufende Wulst 4 auf. Die Wulst 4 bewirkt einen Hinterschnitt in Längsrichtung des zweiten Leitungsabschnitts 2.
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Um die beiden Leitungsabschnitte 1 und 2 miteinander zu verbinden bzw. zu fügen, ist an dem Verbindungsbereich 3 außenseitig eine als Kompressionsspule vorgesehene Arbeitsspule AS einer Magnetumformeinrichtung (o. Abb.) angeordnet, die z.B. mit einem Pulsgenerator (o. Abb.) verbunden sein kann. Die Arbeitsspule AS kann den Verbindungsbereich 3 beispielsweise umlaufend umgeben. Durch Erzeugung eines oder mehrerer elektrischen Pulse mittels des Pulsgenerator und Weiterleitung an die Arbeitsspule AS wird durch die Arbeitsspule AS ein kurzes, aber starkes Magnetfeld erzeugt. Das Magnetfeld wirkt zumindest auf den äußeren ersten Leitungsabschnitt 1 und bewirkt, dass dieser an dem Verbindungsbereich 3 verformt wird. Und zwar wird er so plastisch verformt, dass er auf den zweiten Leitungsabschnitt 2 aufgepresst wird und dort praktisch spaltfrei aufliegt ("Magnetumformung"), wie in 2 gezeigt. Um eine Verengung des zweiten Leitungsabschnitts 2 bei der Magnetverformung zu verhindern, kann in diesen vor dem Magnetverformen ein Stützelement wie ein Dorn o.ä. (o. Abb.) eingebracht werden, der nachher wieder entfernt wird.
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Durch die Wulst 4 ist die Verbindung der beiden Leitungsabschnitte 1 und 2 formschlüssig entlang ihrer Längserstreckung, wodurch sie besonders zuverlässig und langlebig verbunden sind, beispielsweise auch unter vibrierender Dauerbelastung. In einer Variante ist die Magnetumformung zudem so durchgeführt worden, dass die beiden Leitungsabschnitte 1 und 2 miteinander pulsverschweißt worden sind und also stoffschlüssig miteinander verbunden sind, wodurch eine noch weiter verbesserte Zuverlässigkeit und Langlebigkeit erreicht wird. Auch ist so eine besonders dichte Verbindung gegeben. Die Flächen der beiden Leitungsabschnitte 1 und 2, die miteinander verbunden sind, können auch als Kontakt- oder Fügeflächen bezeichnet werden.
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Die beiden Leitungsabschnitte 1 und 2 können Abschnitte eines Kühlkreislaufs des Haushaltsgeräts H1 darstellen, insbesondere einer Wärmepumpe W. In den beiden Leitungsabschnitten 1 und 2 und der daraus zusammengesetzten Leitung kann insbesondere Kühl- oder Arbeitsmittel in fluidischer Form (d.h., in flüssiger und/oder gasförmiger Form) strömen. Die beiden Leitungsabschnitte 1 und 2 können Abschnitte eines Wärmetauschers der Wärmepumpe W sein oder zu einem Antrieb (o. Abb.), insbesondere Kompressor, der Wärmepumpe bzw. zu einem Wärmetauscher der Wärmepumpe W führen. Das Haushaltsgeräts H1 kann unter anderem ein Wäschetrocknungsgerät (z.B. ein Wäschetrockner oder ein kombiniertes Wasch- und Wäschetrocknungsgerät) oder ein Kühlgerät (z.B. ein Kühlschrank und/oder eine Gefriertruhe) sein.
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3 zeigt in einer zu 1 analogen Ansicht Ausschnitte aus zwei weiteren ineinandergesteckten, aber noch nicht umgeformten Leitungsabschnitten 11, 12 eines Haushaltsgeräts H2 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel an deren Verbindungsbereich, und zwar zusammen mit einer Arbeitsspule einer Magnetumformeinrichtung. Der erste Leitungsabschnitt 11 besteht analog zu dem ersten Leitungsabschnitt 1 des Haushaltsgeräts H1 beispielhaft aus Kupfer und weist einen aufgeweiteten Endbereich auf. Der zweite Leitungsabschnitt 12 besteht analog zu dem zweiten Leitungsabschnitt 2 des Haushaltsgeräts H1 beispielhaft aus Aluminium und ist endseitig in den aufgeweiteten Endbereich des ersten Leitungsabschnitts 11 eingesteckt.
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Der zweite Leitungsabschnitt 12 weist an seinem in den ersten Leitungsabschnitt 11 eingesteckten Endbereich nun außenseitig zwei umlaufende Flansche oder Wülste 14 auf, die in Längsrichtung des zweiten Leitungsabschnitts 12 zueinander beabstandet sind.
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Zwischen den beiden Wülste 14 ist eine z.B. umlaufende Dichtung 15 eingebracht. Die umlaufende Dichtung 15 kann ringförmig sein. Sie kann beispielsweise aus Gummi, Silikon oder aus anderem Kunststoff bestehen.
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4 zeigt in einer zu 2 analogen Darstellung die zwei Leitungsabschnitte 11 und 12 aus 3 nach einem Magnetumformen. Ähnlich zu dem in 2 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel wird durch das Magnetumformen der erste, äußere Leitungsabschnitt 11 so plastisch verformt, dass er auf den zweiten Leitungsabschnitt 12 aufgepresst wird und dabei dort praktisch spaltfrei aufliegt. Durch die Wülste 14 ist die Verbindung der beiden Leitungsabschnitte 11 und 12 formschlüssig entlang ihrer Längserstreckung. Die Verbindung ist durch die zusammengedrückte Dichtung 15 besonders dicht, und zwar auch dann, wenn die beiden Leitungsabschnitte 11 und 12 nicht miteinander pulsverschweißt sind.
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Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt.
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So können die beiden Leitungsabschnitte in ihrem Verbindungsbereich auch nicht-hinterschnittene Fügeflächen ausweisen. So mag auf die Wulst bzw. die Wülste auch verzichtet werden, was die Verwendung besonders einfacher und preiswerter Leitungsabschnitte ermöglicht. Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn die beiden Leitungsabschnitte durch Pulsverschweißung stoffschlüssig miteinander verbunden werden.
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Auch braucht kein Leitungsabschnitt endseitig aufgeweitet oder verjüngt sein.
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Allgemein kann unter "ein", "eine" usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von "mindestens ein" oder "ein oder mehrere" usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z.B. durch den Ausdruck "genau ein" usw.
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Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Erster Leitungsabschnitt
- 2
- Zweiter Leitungsabschnitt
- 3
- Verbindungsbereich
- 4
- Wulst
- 11
- Erster Leitungsabschnitt
- 12
- Zweiter Leitungsabschnitt
- 13
- Verbindungsbereich
- 14
- Wulst
- 15
- Dichtung
- AS
- Arbeitsspule
- H1
- Haushaltsgerät
- H2
- Haushaltsgerät
- W
- Wärmepumpe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2012/020373 A1 [0003]
- WO 2013/144875 A1 [0003]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- www.pstproducts.com/WhitePaper_PSTproducts_Juni2009.pdf heruntergeladenen Artikel: Dr.-Ing. Ralph Schäfer, Dr.-Ing. Pablo Pasquale, PSTproducts GmbH, Alzenau, "Die Elektromagnetische Puls Technologie im industriellen Einsatz" [0004]
