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Die Erfindung betrifft ein Blech für ein Blechpaket einer elektrischen Maschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, sowie ein Blechpaket für eine elektrische Maschine. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen wenigstens eines Bleches für ein Blechpaket einer elektrischen Maschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 5.
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Ein solchen Blech für ein Blechpaket einer elektrischen Maschine, ein solches Blechpaket für eine elektrische Maschine sowie ein Verfahren zum Herstellen wenigstens eines Bleches für ein Blechpaket einer elektrischen Maschine sind beispielsweise bereits aus der
DE 10 2014 019 763 A1 bekannt. Das Blech weist dabei zumindest einen Kantenbereich auf, der durch Trennen des Blechs von einem weiteren Blechelement gebildet ist. Mit anderen Worten, im Rahmen der Herstellung des Bleches wird das Blech beispielsweise aus einem Blechband oder aus einer Platine hergestellt, in dem das Blech beispielsweise zunächst einen ersten Bereich des Blechbandes beziehungsweise der Platine bildet und von einem sich daran anschließenden zweiten Bereich des Blechbandes beziehungsweise der Platine getrennt wird. Insbesondere wird das Blech beispielsweise durch Stanzen, insbesondere Ausstanzen, hergestellt, wodurch der Kantenbereich gebildet wird.
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Um beispielsweise das Blechpaket herzustellen, wird eine Vielzahl solcher Bleche aufeinandergestapelt und insbesondere miteinander verbunden. Dabei sind das jeweilige Blech und somit das Blechpaket insgesamt beispielsweise aus Elektroblech hergestellt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Blech, ein Blechpaket und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, sodass besonders vorteilhafte Eigenschaften des Bleches und somit des Blechpakets insgesamt auf einfache Weise realisierbar sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Blech mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Blechpaket mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um ein Blech der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass besonders vorteilhafte Eigenschaften des Bleches und somit des Blechpakets insgesamt auf besonders einfache Weise realisierbar sind, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass zumindest ein Abschnitt des Kantenbereichs bei einer Temperatur von mehr als 100 Grad Celsius thermisch nachbehandelt ist. Vorzugsweise ist lediglich eine lokale thermische Nachbehandlung vorgesehen, sodass sich an den Kantenbereich anschließende weitere Bereiche nicht oder nur unwesentlich thermisch nachbehandelt sind.
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Zur Erfindung gehört auch ein Blechpaket für eine elektrische Maschine, wobei das erfindungsgemäße Blechpaket wenigstens ein oder vorzugsweise mehrere erfindungsgemäße Bleche umfasst, welche beispielsweise aufeinandergestapelt und insbesondere miteinander verbunden sind.
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Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 5 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass besonders vorteilhafte Eigenschaften des Bleches und somit des Blechpakets insgesamt auf besonders einfache Weise realisierbar sind, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass zumindest ein Abschnitt des Kantenbereichs thermisch nachbehandelt wird. Unter der thermischen Nachbehandlung ist insbesondere zu verstehen, dass zumindest der Abschnitt des Kantenbereichs wärmebehandelt, das heißt einer Wärmebehandlung unterzogen wird, nachdem der Kantenbereich durch Trennen hergestellt wurde.
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Der Erfindung liegt insbesondere folgende Erkenntnis zugrunde: Bleche, insbesondere Elektrobleche, werden oftmals gestanzt, das heißt durch Stanzen hergestellt. Ferner ist es denkbar, den Kantenbereich durch mechanisches Trennen und/oder Wasserstrahltrennen und/oder ein Strahltrennen herzustellen. Durch Stanzen des Bleches wird der Kantenbereich als Stanzkante ausgebildet. Im Bereich einer solchen Stanzkante treten üblicherweise starke plastische Verformungen und damit einhergehend kaltverfestigte Zonen auf. Dadurch werden dort die Festigkeitseigenschaften, insbesondere unter schwingender Beanspruchung, oftmals verschlechtert. Die Reduzierung der Schwingfestigkeit tritt auch deshalb ein, da beim Stanzen in der Regel eine ungleichmäßige Oberflächenstruktur im Schnittbereich entsteht, wodurch eine Kerbsituation entstehen kann. Zusätzlich oder alternativ werden durch diese lokalen Störzonen in Folge des Stanzens auch die magnetischen Eigenschaften ungünstig beeinflusst. Insbesondere bei Elektroblechen wird in der Einflusszone des Stanzens die Ummagnetisierbarkeit verschlechtert, das heißt herkömmliche Elektrobleche weisen in der Regel deutliche Ummagnetisierungsverluste auf. Die oben genannten Probleme und Nachteile können nun durch die Erfindung vermieden werden, sodass im Vergleich zu herkömmlichen Blechen und Blechpaketen folgende Vorteile erzielt werden können:
- – erhöhte statische Bauteilfestigkeit und/oder
- – erhöhte dynamische Bauteilfestigkeit und/oder
- – verbesserte magnetische Eigenschaften, zum Beispiel geringere Ummagnetisierungsverluste
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Erzielt werden die Vorteile durch die thermische Nachbehandlung, welche eine dem Trennen nachgeschaltet, zumindest örtliche oder ausschließlich örtliche Wärmebehandlung des Kantenbereiches ist. Die Erfindung kann auch für andere Blechpakete und Bleche angewendet werden, welche nicht bei elektrischen Maschinen zum Einsatz kommen. Besonders vorteilhaft ist die Erfindung jedoch für Bleche und Blechpakete, die bei elektrischen Maschinen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, zum Einsatz kommen, wobei das jeweilige Kraftfahrzeug mittels der jeweiligen elektrischen Maschine elektrisch antreibbar ist. Durch die Erfindung kann ein besonders effizienter Betrieb dargestellt werden.
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Herkömmlicherweise erfolgt eine mechanische Nacharbeit des Kantenbereichs, insbesondere um die statischen und/oder dynamischen Eigenschaften im Kantenbereich zu verbessern. Eine solche mechanische Nacharbeit kann beispielsweise durch spanende Prozesse erfolgen, wie sie beispielsweise in der
DE 689 07 730 A1 , der
DE 41 34 273 A1 , der
DE 198 43 045 A1 und der
DE 100 27 364 A1 offenbart sind. Ferner kann eine Nacharbeit durch spanlose Prozesse erfolgen, wie sie beispielsweise aus der
DE 10 2015 108 305 A1 hervorgehen.
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Eine mechanische Kantennachbearbeitung nach dem Stanzen wäre für Elektrobleche vermutlich zu kostenintensiv und erscheint insbesondere im Hinblick auf die Verbesserung der magnetischen Eigenschaften nicht zielführend. Die thermische Behandlung beziehungsweise Nachbehandlung des gesamten Verbunds zum Beispiel in einem Ofen verändert andere Bauteileigenschaften wie zum Beispiel die mechanische Festigkeit des Bleches, was zum Beispiel für Rotoren für elektronische Maschinen äußerst unerwünscht ist. Das Erwärmen ganzer Bauteile nicht nur örtlicher Bereiche ist zudem aufwendig, energie- und damit kostenintensiv. Somit ist es vorzugsweise vorgesehen, das erfindungsgemäße Blech lediglich lokal und somit vorzugsweise ausschließlich in dem Kantenbereich zu erwärmen, sodass beispielsweise eine thermische Nachbehandlung von sich an den Kantenbereich anschließenden Bereichen des Bleches unterbleibt.
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Bei der Wärmebehandlung zum Zwecke des martensitischen Härtens von Stählen werden heute schon geregelte Laserprozesse eingesetzt. Allerdings steht hier immer der Härteeffekt im Fokus, nicht die Veränderung der magnetischen Eigenschaften. Beim Härten ist zudem erforderlich, im Stahl eine Phasenumwandlung herbeizuführen. Erfindungsgemäß wird keine Phasenumwandlung zum Zwecke des martensitischen und/oder bainitischen Härtens angestrebt, sondern vielmehr vorrangig eine so genannte Erholung des Materials, also ein Abbau der durch das zum Beispiel Stanzen im Kantenbereich verursachten hohen Versetzungsdichte.
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Wie bereits angedeutet wird der Kantenbereich beispielsweise durch mechanisches Trennen und/oder Wasserstrahltrennen und/oder Energiestrahltrennen hergestellt. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Blech um ein Elektroblech beziehungsweise vorzugsweise ist das Blech aus Elektroblech gebildet. Das Blechpaket ist somit beispielsweise ein Paket, das zumindest überwiegend aus Elektroblech gebildet ist. In der Folge ist das Blechpaket beziehungsweise das Blech besonders vorteilhaft für eine elektrische Maschine, insbesondere für eine Anwendung in einem Kraftwagen, vorgesehen.
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Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die thermische Behandlung mittels energiereicher Strahlung geregelt erfolgt, indem die Oberflächentemperatur des auch als Bauteil bezeichneten Bleches pyrometrisch erfasst und die Strahlungsleistung entsprechend geregelt wird, sodass sich eine vorab definierte Oberflächentemperatur und/oder Temperatur-Eindringtiefe und/oder ein definiertes Oberflächentemperatur-Zeitprofil einstellt.
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Im Rahmen des Verfahrens wird beispielsweise bei einem ersten Schritt des Verfahrens zumindest ein Blech wie beispielsweise ein Elektroblech bereitgestellt. Bei einem zweiten Schritt des Verfahrens wird zumindest ein Kantenbereich an dem zumindest einen Blech durch mechanisches Trennen, beispielsweise durch Stanzen, und/oder durch Wasserstrahltrennen und/oder durch Energiestrahltrennen erzeugt. Bei einem dritten Schritt des Verfahrens wird beispielsweise ein Blechpaket aus dem Blech sowie aus wenigstens einem weiteren Blech hergestellt, wobei der dritte Schritt optional ist. Zum Herstellen des Blechpakets werden die Bleche beispielsweise aufeinandergestapelt. Bei einem ebenfalls optional vorgesehenen vierten Schritt wird beispielsweise das Blechpaket im Zuge der Herstellung des Kantenbereichs, beispielsweise durch Stanzpaketieren hergestellt, wodurch beispielsweise die auch als Einzelbleche bezeichneten Bleche miteinander verbunden werden. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zumindest ein Abschnitt des Kantenbereichs des Bleches thermisch nachbehandelt.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass die thermische Nachbehandlung zumindest des Abschnittes mit zumindest einer Laserstrahlquelle und/oder zumindest einer Elektronenstrahlquelle und/oder zumindest einer induktiven Wärmequelle und/oder zumindest einer Infrarotstrahlungsquelle erfolgt.
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Ferner ist es denkbar, dass die thermische Nachbehandlung im Wesentlichen nur in den Kantenbereich beziehungsweise nur in dem Abschnitt erfolgt, während von dem Kantenbereich entfernte Zonen des Bleches nicht beziehungsweise nicht wesentlich wärmebeeinflusst werden.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn zumindest der Abschnitt auf eine Temperatur erwärmt wird, welche höher als 100 Grad Celsius, insbesondere höher als 300 Grad Celsius, ist, um dadurch zumindest den Abschnitt thermisch nachzubehandeln.
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Ferner ist es denkbar, dass zumindest zeitlich partiell an der Oberfläche des Kantenbereichs die Schmelztemperatur des Bleches überschritten wird und der auch als Blechkante bezeichnete Kantenbereich und/oder ein Grat an der Blechkante aufschmilzt und durch zumindest partielles Verschweißen der Bleche miteinander die Festigkeit des Gesamtverbunds erhöht wird. Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn zumindest partiell in der Nähe des Kantenbereichs die Schmelztemperatur einer auf den Blechen vorhandenen thermoplastischen Schicht oder die Aushärtetemperatur einer auf den Blechen vorhandenen Klebeschicht zumindest partiell überschritten wird und durch zumindest partielles Verschweißen beziehungsweise Verkleben der Bleche miteinander die Festigkeit des Gesamtverbunds erhöht wird.
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Im Rahmen der Erfindung ist unter einem Blechpaket insbesondere eine Übereinanderschichtung von mindestens zwei Blechen zu verstehen. Dabei können die einzelnen Bleche beziehungsweise Blechpakete lose aufeinander liegen oder vorteilhafter Weise miteinander verbunden sein. Eine Fixierung der Bleche erfolgt beispielsweise durch Stanzpaketieren und/oder durch wenigstens eine Schweißnaht, insbesondere durch wenigstens eine Laserschweißnaht.
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Das jeweilige Blech kann beschichtet oder unbeschichtet sein. Hinsichtlich der Temperatur des Bleches, insbesondere des Kantenbereichs, ist es bei einer örtlichen, also nicht durchgreifenden Wärmebehandlung vorgesehen, dass nicht alle Volumenelemente des Bauteils dieselbe Temperatur aufweisen. Im wärmebehandelten Probenvolumen liegt vielmehr ein Temperaturfeld vor, das sich zeitlich und/oder räumlich ändern kann. Im Folgenden und zuvor sei daher vereinfachend mit einer Temperaturangabe im Wesentlichen diejenige Temperatur gemeint, die an einem Messort auf der Oberfläche des Kantenbereichs vorliegt. Außerdem ist beispielsweise unter einem Energiestrahl ein Strahl einer Laserquelle oder einer Elektronenstrahlquelle oder einer Infrarotquelle zu verstehen.
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Das Blechpaket kann beispielsweise für einen Rotor oder aber einen Stator der elektrischen Maschine verwendet werden. Bei der thermischen Nachbehandlung handelt es sich besonders bevorzugt um eine gefügeentspannende Wärmebehandlung, wobei vorzugsweise der Kantenbereich in Paketform der Bleche, das heißt dann, wenn das Blechpaket hergestellt ist, wärmebehandelte wird. Die zuvor genannte Schicht beziehungsweise Klebeschicht wird beispielsweise in einem der thermischen Nachbehandlung vorgelagerten Schritt auf das jeweilige Blech aufgebracht und dann durch die thermische Nachbehandlung erwärmt und insbesondere aufgeschmolzen, wodurch die Bleche beispielsweise stoffschlüssig miteinander verbunden werden können. Hierdurch kann eine besonders hohe Festigkeit des Gesamtverbunds, das heißt des Blechpakets realisiert werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Bleches, insbesondere für ein Blechpaket einer elektrischen Maschine;
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2 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht des Blechpakets; und
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3 ausschnittsweise eine weitere schematische Perspektivansicht des Blechpakets.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Perspektivansicht ein Blech 10, insbesondere für ein in 2 ausschnittsweise dargestelltes Blechpaket 12, welches beispielsweise für eine elektrische Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, verwendet werden kann. Die elektrische Maschine ist beispielsweise in einem Motorbetrieb und somit als Motor betreibbar, sodass das beispielsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildete Kraftfahrzeug mittels der elektrischen Maschine elektrisch angetrieben werden kann. Das Blechpaket 12 kann beispielsweise für einen Rotor oder aber für einen Stator der elektrischen Maschine verwendet werden.
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Aus 2 ist besonders gut erkennbar, dass das Blechpaket 12 das Blech 10 sowie mehrere weitere Bleche 14 aufweist, wobei die vorherigen und folgenden Ausführungen zum Blech 10 ohne Weiteres auch auf die Bleche 14 übertragen werden können und umgekehrt. Die Bleche 10 und 14 werden auch als Einzelbleche bezeichnet und sind beispielsweise aus Elektroblech gebildet. Um das Blechpaket 12 herzustellen, werden die Einzelbleche beispielsweise aufeinander gestapelt sowie gegebenenfalls miteinander verbunden. Beispielsweise werden die Einzelbleche durch Stanzpaketieren miteinander verbunden. Alternativ oder zusätzlich werden die Einzelbleche beispielsweise stoffschlüssig miteinander verbunden.
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Aus 1 ist erkennbar, dass das Blech 10 beispielsweise dadurch hergestellt wird, dass das Blech 10 von einem weiteren Blechelement getrennt wird. Zunächst bilden das Blech 10 und das weitere Blechelement beispielsweise jeweilige, einstückig miteinander ausgebildete Bereiche einer Platine oder eines Blechbandes. Im Rahmen der Herstellung des Bleches 10 wird das Blech 10 von dem weiteren Blechelement getrennt, was beispielsweise durch mechanisches Trennen, insbesondere durch Stanzen, und/oder durch Energiestrahltrennen und/oder durch Wasserstrahltrennen erfolgt. Bei dem Trennen des Bleches 10 von dem weiteren Blechelement wird zumindest ein Kantenbereich 16 des Bleches 10 beziehungsweise des jeweiligen Einzelbleches hergestellt, sodass der Kantenbereich 16 durch das zuvor beschriebene Trennen hergestellt wird. Das jeweilige Einzelblech weist somit den jeweiligen Kantenbereich 16 sowie eine von dem Kantenbereich 16 entfernte Zone 18 auf, welche beispielsweise durch sich an den Kantenbereich anschließende weitere Bereiche des Bleches 10 gebildet wird.
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Um nun besonders vorteilhafte Eigenschaften des jeweiligen Einzelbleches und somit des Blechpakets 12 insgesamt auf einfache Weise realisieren zu können, wird im Rahmen des Verfahrens zumindest ein Abschnitt des Kantenbereichs 16 thermisch nachbehandelt. Unter der thermischen Nachbehandlung ist eine Wärmebehandlung zu verstehen, welche nach dem Beschriebenen Trennen durchgeführt wird. Die thermische Nachbehandlung erfolgt insbesondere bei einer Temperatur von insgesamt 100 Grad Celsius, insbesondere von mehr als 300 Grad Celsius.
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In 3 ist erkennbar, dass die Einzelbleche beispielsweise mittels wenigstens einer Schweißnaht 20 miteinander verschweißt und dadurch stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Die Schweißnaht 20 ist beispielsweise eine Laserschweißnaht, welche durch Laserschweißen hergestellt wird. Somit ist es beispielsweise vorgesehen, dass die Einzelbleche durch Laserschweißen miteinander verbunden werden.
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Durch die thermische Nachbehandlung zumindest des Abschnitts des Kantenbereichs 16 können folgende Vorteile im Vergleich zu herkömmlichen Blechen und Blechpaketen realisiert werden:
- – Erhöhung der statischen Bauteilfestigkeit und/oder
- – Erhöhung der dynamischen Bauteilfestigkeit und/oder
- – Verbesserung der magnetischen Eigenschaften, das heißt beispielsweise die Verringerung von Ummagnetisierungsverlusten
- – optionale Nutzung einer vorhandenen Strahlungsquelle zum partiellen Verschweißen oder Verkleben der Einzelbleche zeitlich parallel oder sequentiell zur Wärmebehandlung (Einsparung von Invest und zusätzlichen Anlagen)
- – Durch eine optionale Kopplung mit einer Temperaturmessung und Regelung der eingebrachten Leistung kann ein optimaler Temperatur-, Zeit- und Eindringtiefenverlauf für den Kantenbereich 16 eingestellt werden, sodass die oben genannten Verbesserungen auftreten, ohne aber das Innere des Bleches 10 wesentlich zu beeinflussen.
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Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das jeweilige Einzelblech lediglich lokal thermisch nachbehandelt wird, sodass eine thermische Beeinflussung beziehungsweise eine thermische Nachbehandlung der von dem Kantenbereich 16 entfernten Zone 18 unterbleibt. Hierdurch kann eine nach dem Trennen erfolgende, unerwünschte Beeinflussung der Eigenschaften des jeweiligen Einzelbleches vermieden werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014019763 A1 [0002]
- DE 68907730 A1 [0011]
- DE 4134273 A1 [0011]
- DE 19843045 A1 [0011]
- DE 10027364 A1 [0011]
- DE 102015108305 A1 [0011]
