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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beseitigen von Formabweichungen
an einem Bauteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Es
ist bekannt, dass bei metallischen Bauteilen, insbesondere bei Gussstücken oder
Blechen, Formabweichungen von einem Sollmaß am Bauteil auftreten. So
kann als Formabweichung beispielsweise ein Verzug sowohl in einer
als auch in zwei z.B. rechtwinklig zueinander stehenden Querrichtungen gerichtet
sein. Bei einem Bauteil, bei dem es auf Maßhaltigkeit ankommt, ist daher
ein Richten notwendig, um die Formabweichung zu eliminieren.
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Zur
Beseitigung solcher Formabweichungen sind verschiedene Verfahren
bekannt. Teilweise wird während
des Richtens die Formänderung
des Bauteils verfolgt und das Richten an die aktuelle noch bestehende
Formabweichung angepasst, wie in dem Patent
US 5,104,462 oder dem Patent
US 5,433,800 beschrieben
wurde.
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Ein
gesteuerter Streckvorgang wird in der Offenlegungsschrift
DE 2 361 611 eingesetzt,
um nach dem Gießen
und Abkühlen
eine gewünschte
Formänderung
bei Legierungserzeugnissen aus Leichtmetall zu erreichen.
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Ein
thermisches Verfahren zur Beseitigung von Formabweichungen in Blechwerkstoffen
ist in der Offenlegungsschrift
DE 198 04 577 A1 beschrieben. Formabweichungen
werden durch eine thermische Bearbeitung beseitigt, indem ein Bereich
einer Formabweichung mit Hilfe von Laserbestrahlung erwärmt wird.
Mit Hilfe dieser Strahlungsquellen werden gezielt thermische Spannungen
induziert, wodurch die bestrahlten Bauteilbereiche plastifiziert
werden und so die gewünschte
Formänderung
erzielt wird.
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Ein
gattungsbildendes Verfahren zum Beseitigen von Formabweichungen
an Bauteilen ist in der Offenlegungsschrift
DE 197 38 976 A1 offenbart.
Dort werden Formabweichungen durch gezielte Erwärmung des Bauteils gerichtet.
Dabei wird ein zu richtender Bereich, etwa eine erhabene oder zu
lange Seite eines Bauteils, auf Glühtemperatur erwärmt, wodurch
zunächst
die Formabweichung noch vergrößert wird.
Gleichzeitig treten durch die Volumenänderung in dem erwärmten Bereich
Druckspannungen auf, die bei einer Erwärmung auf Glühtemperatur
ein Stauchen im erwärmten
Bereich herbeiführen.
Beim anschließenden
Abkühlen
schrumpft der gestauchte Bereich zusammen, wobei sich das Bauteil über seine
Ausgangsform hinaus gerade zieht. Die gezielte Erwärmung des
zu richtenden Bereichs erfolgt mittels einer Vorrichtung, bei der
ein Wärmkopf
den zu richtenden Bereich des Bauteils mittels elektrischer Induktion
erwärmt.
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Allerdings
zeigt sich, dass beispielsweise bei dickwandigen Bauteilen nur begrenzte
Richtmöglichkeiten
im zu richtenden Bereich möglich
sind und eine undefinierte Verformung des Bauteils außerhalb des
zu richtenden Bereichs eintreten kann. Auch wird beobachtet, dass,
etwa beim thermischen Richten, sich der Vorgang auf das gesamte
Bauteil und nicht nur auf den zu richtenden Bereich auswirkt, so
dass ursprünglich
Bereiche ohne oder mit zumindest tolerierbaren Formabweichungen
nach dem Richten verschlechtert sein können.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Beseitigen
von Formabweichungen in einem zu richtenden Bereich eines Bauteils anzugeben,
bei dem bereits maßhaltige
Bereiche des Bauteils weniger beeinflusst werden.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird außerhalb
eines zu richtenden Bereichs, welcher eine Formabweichung von einem
Sollmaß aufweist, eine
Wärmezone
gebildet, die wärmer
ist als der zu richtende Bereich. Ein Vorteil ist, dass dies eine
freie Wahl von Verformungszonen ermöglicht. Dadurch werden ungewollte
Formabweichungen außerhalb von
zu richtenden Bereichen vermieden oder zumindest verringert.
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In
bevorzugter Weiterbildung der Erfindung erfolgt eine Erwärmung gezielt
in einer verglichen mit Abmessungen des Bauteils eng begrenzten
Wärmezone
außerhalb
des zu richtenden Bereichs. Dadurch wird der benachbart liegende,
kältere
zu richtende Bereich thermisch definiert und so begrenzt, dass außerhalb
des zu richtenden Bereichs und gegebenenfalls in der eng begrenzten
Wärmezone
praktisch keine Formänderung
erfolgt.
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Besonders
bevorzugt wird der zu richtende Bereich durch zwei Wärmezonen
eingeschlossen. Optional kann der zu richtende Bereich auch durch mehr
als zwei Wärmezonen
eingeschlossen und damit festgelegt werden. Dies eignet sich besonders
für lokal
begrenzte Formabweichungen, die inmitten einer Fläche des
Bauteils vorliegen.
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Günstig ist,
den zu richtenden Bereich mit Druck und/oder Zug zu beaufschlagen,
während
sich die Wärmezone
oder Wärmezonen
auf gegenüber dem
zu richtenden Bereich erhöhter
Temperatur befindet oder befinden. Der zu richtende Bereich lässt sich leicht
verformen, so dass nur relative geringere Kräfte aufgewendet werden müssen oder
bei gegebener Kraft sich eine größere Formänderung
erzielen lässt
als im kalten Zustand.
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Bevorzugt
wird die Wärmezone
auf eine Temperatur erwärmt,
bei der noch keine Gefügeumwandlung
auftritt. Dies belastet das Bauteil weniger als die Anwendung einer
höheren
Temperatur und spart Heizenergie.
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Vorzugsweise
werden die Wärmezonen
induktiv erwärmt.
Dies ermöglicht
eine wohl definierte Einwirkung von Wärme in das Bauteil und eine
sichere und reproduzierbare Positionierung der Wärmezonen. Weiterhin gelingt
damit eine Ausbildung räumlich
eng begrenzter Wärmezonen
besonders zuverlässig,
und der zu richtende Bereich kann durch diese Wärmezonen gut gegen das restliche
Bauteil abgegrenzt werden.
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In
einer günstigen
Weiterbildung werden Wärmezonen
während
des Richtens auf im wesentlichen konstanter Temperatur gehalten.
Damit kann eine Richtzeit definiert eingestellt werden und das Richten
verläuft
unter definierten Bedingungen ab.
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Günstige Ausgestaltungen
und Vorteile der Erfindung sind der Beschreibung sowie den weiteren Ansprüchen zu
entnehmen.
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Dabei
zeigen:
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1 in schematischer Darstellung
ein Bauteil mit einem zu richtenden Bereich und zwei Wärmezonen,
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2 in schematischer Darstellung
ein rahmenförmiges
Bauteil mit einem zu richtenden Bereich und zwei Wärmezonen,
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3 in schematischer Darstellung
einen Randbereich eines Bauteils mit einem zu richtenden Bereich
und einer Wärmezone,
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4 in schematischer Darstellung
ein Bauteil mit einer zu richtenden Zone und drei Wärmezonen,
und
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5 ein Kraft-Wegdiagramm
eines bevorzugten Bauteils aus Aluminium-Druckguss.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
eignet sich besonders zum Richten von Bauteilen aus metallischen
Werkstoffen und ganz besonders für
Bauteile aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen, die mittels Druckguss
hergestellt wurden. Mit besonderem Vorteil werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
Teile von Fahrzeugkarosserien gerichtet, etwa Fahrzeugrahmen, Integralträger, Seitenteile
und dergleichen. Das Verfahren bietet Vorteile für einen Serieneinsatz, bei
dem es auf geringe Taktzeiten und hohe Zuverlässigkeit des Richtens ankommt,
da solche Teile in sehr hohen Stückzahlen
hergestellt werden und eine möglichst
gleich bleibende Qualität
und Reproduzierbarkeit bieten sollen.
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1 zeigt in schematischer
Darstellung ein Prinzip der Erfindung. Ein Bauteil 1 weist
einen zu richtenden Bereich 2 auf, wobei dieser zu richtende Bereich 2 auf
Sollmaß eingestellt
oder zumindest soweit an das Sollmaß angenähert werden muss, dass eine
etwaige restliche Formabweichung innerhalb einer Toleranzgrenze
liegt. Das Bauteil 1 ist hier als lang gestreckter Körper ausgebildet.
Gemäß einer bevorzugten
Weiterbildung der Erfindung werden außerhalb des zu richtenden Bereichs 2 Wärmezonen 3 und 4 erzeugt,
die wärmer
sind als der zu richtende Bereich 2. Dabei wird bevorzugt
eine Erwärmung
gezielt in den Wärmezonen 3, 4 so
vorgenommen, dass diese verglichen mit Abmessungen des Bauteils 1 eng
begrenzt sind.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel
wird der zu richtende Bereich 2 durch zwei schmale, streifenförmige Wärmezonen 3, 4 festgelegt,
wobei die beiden Wärmezonen 3, 4 durch
den zu richtenden Bereich 2 getrennt sind. Besonders bei
relativ dicken Gussstücken
kann es passieren, dass beim Richten von Formabweichungen auch bereits
maßhaltige
Bereiche von Verformungen betroffen werden und sich das ganze Bauteil 1 undefiniert
verformen kann. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird jedoch eine
freie Wahl von Verformungszonen möglich, indem eine Verformung
im wesentlichen nur in dem zu richtenden Bereich 2 erfolgt,
der durch eine oder mehrere Wärmezonen 3, 4 definiert
und im wesentlichen vom restlichen Bauteil 1 abgegrenzt
ist. Verformungszonen entsprechen daher im wesentlichen dem Bereich
des Bauteils 1, der von der oder den Wärmezonen 3, 4 eingeschlossen
ist.
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Bevorzugt
werden die Wärmezonen 3, 4 klein
gegenüber
ihrem gegenseitigen Abstand ausgebildet. Durch die eng begrenzte
lokale Erwärmung in
der jeweiligen Wärmezonen 3, 4 lässt sich
der zu richtende Bereich 2 scharf von den benachbarten Gebieten
des Bauteils 1 abgrenzen, die dann vom Richtvorgang praktisch
unbeeinflusst bleiben.
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Die
Erwärmung
erfolgt vorzugsweise durch elektrische Induktion. Dazu wird ein
Induktor, dessen elektrische Spule von einem Wechselstrom durchflossen
wird, an das Bauteil 1 herangeführt. Durch elektrische Induktion
bei Strom durchflossener Spule werden im Bauteil 1 Wirbelströme angeregt,
die durch ohmsche Verluste das Bauteil 1 im Bereich der Wirbelströme erwärmen. Die
Wärme entsteht
also direkt im Bauteil 1. Durch eine geeignete Formgebung des
Induktors kann die Größe und Form
einer jeden Wärmezone 3, 4 bestimmt
werden und der Induktor jeweils an die Form des Bauteils 1 angepasst
werden. Damit ist eine gezielte, lokale Erwärmung in eng begrenzten Wärmezonen 3, 4 besonders
einfach möglich.
Gegebenenfalls kann dies auch in Schutzgasatmosphäre erfolgen,
insbesondere im oberen Temperaturbereich.
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Alternativ
sind auch andere Arten der Erwärmung
möglich,
wie etwa Erwärmung
mit einer Flamme oder dergleichen.
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Werden
die Wärmezonen 3, 4 erwärmt, treten
etwaige Verformungen zuerst an diesen Stellen auf. Diese sind vorzugsweise
räumlich
jedoch eng begrenzt und beeinflussen ihre Nachbargebiete kaum. Der
zwischen den Wärmezonen 3, 4 liegende zu
richtende Bereich 2 lässt
sich dann, obwohl er kälter
ist als die Wärmezonen 3, 4,
einfach beim Richten verformen, indem beispielsweise das Bauteil 1 mit
einer Kraft F gezogen oder gedrückt
wird und/oder der zu richtende Bereich 2 mit Druck und/oder
Zug F beaufschlagt wird. Der Druck und/oder Zug F zum Beseitigen
der Formabweichung kann bedarfsweise im wesentlichen parallel zu
einer Längserstreckung 5 und/oder
zu einer Oberfläche 6 des
Bauteils 1 angelegt. Je nach Art der Formabweichung kann
der Druck und/oder Zug F zum Beseitigen der Formabweichung auch
im wesentlichen senkrecht zu der Längserstreckung 5 und/oder
zu der Oberfläche 6 des
Bauteils 1 angelegt werden.
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Die
Temperatur der Wärmezonen 3, 4 kann relativ
niedrig sein und beträgt
höchstens
etwa 500°C,
bevorzugt etwa 300°C,
besonders bevorzugt etwa 20°C.
Bevorzugt ist dies die Temperatur, die im Volumen des Bauteils 1 in
den Wärmezonen 3, 4 gemessen
wird, z.B. mit einem Pyrometer oder einer Wärmebildkamera, mit der die
temperaturabhängige Infrarotabstrahlung
des Bauteils 1 bestimmt werden kann. Vorteilhaft ist es,
eine Temperatur zu wählen, die
unterhalb der Glühtemperatur
liegt. Dies ist besonders für
Bauteile 1 aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen günstig, da
deren Schmelztemperatur nur wenig oberhalb der Glühtemperatur
liegt.
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Zweckmäßigerweise
wird der zu richtende Bereich 2 mit Druck und/oder Zug
F beaufschlagt, während
sich die Wärmezonen 3, 4 auf
gegenüber dem
zu richtenden Bereich 2 erhöhter Temperatur befinden.
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In
einer günstigen
Weiterbildung werden die Wärmezonen 3, 4 während des
Richtens auf im wesentlichen konstanter Temperatur gehalten.
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Wird
ein Induktor zum Erwärmen
der Wärmezonen 3, 4 verwendet,
ist es günstig,
deren gegenüber
dem zu richtenden Bereich 2 erhöhte Temperatur aufrecht zu
erhalten und im wesentlichen konstant zu halten, indem der Induktor
die Wärmezonen 3, 4 mit
elektrischen Pulsen beaufschlagt.
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In 2 ist schematisch eine weitere
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
dargestellt. Gleiche oder sich entsprechende Elemente sind mit denselben
Bezugszeichen wie in der vorangegangenen 1 bezeichnet. Das bevorzugte Bauteil 1 ist
rahmenförmig
und kann beispielsweise ein Integralträger aus Aluminium-Druckguss
sein. Der zu richtende Bereich 2 ist in einer Ecke des
Rahmenförmigen
Bauteils 1 angeordnet und wird durch zwei Wärmezonen 3, 4,
die so breit sind wie der Rahmen des rahmenförmigen Bauteils 1,
gegenüber
dem restlichen Bauteil 1 abgegrenzt. Der Bereich innerhalb
der beiden Wärmezonen 3, 4 bildet
dann die Verformungszone beim Richten.
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In
den zwei Wärmezonen 3, 4 kann
in einer kurzen Erwärmungsphase
von etwa 20 s Dauer an dem Bauteil 1 mittels eines Induktors
eine maximale Temperatur von etwa 210°C in Wärmezonen 3, 4 erreicht
werden. Direkt anschließend
wird das Bauteil 1 während
einer Zeit von wenigen Sekunden, vorzugsweise etwa 10 s, gerichtet,
indem das Bauteil 1 im Bereich des zu richtenden Bereichs 2 z.B.
gedrückt und/oder
gestreckt wird. Dabei sinkt die Temperatur der Wärmezonen 3, 4 um
etwa 100°C
ab. Im Vergleich mit kalten Bauteilen 1 sind die vorzunehmenden
Richtoperationen jedoch wesentlich einfacher. Werden auf dem Bauteil 1 mehrere
Messpunkte verteilt, um die Maßhaltigkeit
zu verfolgen, werden deutlich geringere Auswirkungen des Richtens
auf diese Messpunkte beobachtet als bei kalten Bauteilen 1 ohne
Wärmezonen 3, 4.
Zusätzlich
ist bei gleicher Kraft beim Richten, etwa bei gleichem Richthub,
eine größere plastische
Verformung erzielbar. Auch ist die Streuung zwischen Richtergebnissen
von einzelnen Bauteilen 1 sowie die zum Richten benötigte Kraft
geringer.
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3 zeigt ein Bauteil 1,
welches einen zur richtenden Bereich in einem Endstück oder
Randstück
des Bauteils 1 aufweist. Hier kann es ausreichend sein,
dem zu richtenden Bereich 2 nur eine einzige Wärmezonen 3 zuzuordnen,
welche den zu richtenden Bereich 2 gegen das restliche
Bauteil 1 abgrenzt. Bei einer einzigen Wärmezone 3 entspricht die
Verformungszone dem Bereich von Wärmezone 3 und zu richtendem
Bereich 2. Hier ist eine Anwendung beispielsweise für ein Seitenteil
oder ein Eckstück
eines Fahrzeugrahmens günstig.
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Optional
kann der zu richtende Bereich 2 durch mehr als zwei Wärmezonen 3, 4, 7 festgelegt werden.
Dies ist in 4 skizziert.
Gleiche oder sich entsprechende Elemente sind in der Figur jeweils
mit denselben Bezugszeichen wie in den vorherigen Figuren bezeichnet.
Die in den vorangegangenen Figuren beschriebenen Verfahrensschritte
und Erklärungen
lassen sich einfach auf diese Konfiguration übertragen, nur dass hier statt
ein oder zwei Wärmezonen 3, 4 drei
Wärmezonen 3, 4, 7 vorgesehen
sind. Dadurch kann eine etwaige komplexere Geometrie des Bauteils 1 berücksichtigt
werden oder eine Formabweichung, die in einer Fläche des Bauteils 1 ausgebildet
ist, besser korrigiert werden. Besonders günstig ist es, die Zahl und
Anordnung der Wärmezonen 3, 4, 7 bedarfsabhängig an
die Geometrie und/oder das Volumen des Bauteils 1 anzupassen.
So können auch
mehr Wärmezonen 3, 4, 7 vorgesehen
sein. Ebenso kann die Form der Wärmezonen 3, 4, 7 der dem
Bauteil 1 angepasst werden und braucht nicht gerade zu
sein, sondern kann auch gekrümmt und/oder
geknickt sein.
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Das
Schaubild in 5 zeigt
eine Kennlinie für
ein erfindungsgemäß behandeltes
Bauteil 1 (Kurve B) und einen konventionellen Richt-Versuch
an einem Bauteil 1 ohne Wärmezonen 3; 4 beim
Richten (Kurve A). Als Bauteile 1 wurden Integralträger verwendet.
Zum Richten mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden nur etwa
2/3 der Kräfte
notwendig wie bei einem konventionellen Richtversuch. Dabei zeigt
sich auch, dass sehr kleine Abschnitte von Integralträgern gezielt
erwärmt
und dann mit deutlich reduziertem Aufwand verformt werden können. Weiterhin
sind keine negativen Auswirkungen auf den Werkstoff erkennbar.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung wird ein Bauteil 1 in eine
Maschine eingespannt, eine Formabweichung des Bauteils 1 bestimmt,
ein Induktor oder mehrere Induktoren bevorzugt von unten an das Bauteil 1 herangeführt und
eine oder mehrere Wärmezonen 3, 4, 7 an
oder um den zu richtenden Bereich 2 auf eine gegenüber dem
zu richtenden Bereich 2 erhöhte Temperatur erwärmt. Das
Bauteil 1 wird mit dann mit Druck und/oder Zug F zum Beseitigen
der Formabweichung beaufschlagt. Werden mehrere zu richtende Bereiche 2 im
Bauteil 1 erkannt, können
diese gleichzeitig gerichtet werden oder auch nacheinander.
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Besonders
bei dickwandigen Bauteilen, insbesondere aus Aluminium-Druckguss
oder Aluminiumlegierungs-Druckguss, lassen sich Bauteile 1 durch
Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
einfacher Berechnen, und solche Berechnungen sind daher auch genauer
durchzuführen.
Auch sind die zum Richten notwendigen Kräfte und damit auch die resultierenden
elastischen Spannungen im Bauteil 1 geringer. Im Grenzfall
wird dadurch das Richten bei einigen Typen von Bauteilen 1 erst
möglich
gemacht.
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Zwar
sind die Wärmezonen 3, 4, 7 vorzugsweise
relativ klein, ein von ihnen gegen das restliche Bauteil 1 abgegrenzter
zu richtender Bereich 2 kann dagegen wesentlich größer sein.
Die verfügbare
Verformungszone in und um den zu richtenden Bereich 2 ist
durch die eine oder mehrere Wärmezonen 3, 4, 7 quasi
elastisch vom restlichen Bauteil 1 abgekoppelt.
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Es
versteht sich, dass die Merkmale und Parameter der einzelnen Ausführungsbeispiele
miteinander einzeln oder zu mehren kombinierbar sind, ohne den Rahmen
der Erfindung zu verlassen.