DE1627628A1 - Verfahren zur Verbindung laenglicher Metallteile mit Metallblech - Google Patents

Description

Dr. Gertrud Hauser «°°° Mo_w«h.n.Pa.i_B?. £ 5. Jan, 1987

l. Gottfried leiser Emsberger.no». ,9 fc

Patentanwälte Telegramme: Labyrinth München

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Hu/My

. THE STOLIE GOEPORATIOH 1501 Michigan Street Sidney, Ohio / V.St.A.

Unser Zeichen: S 2274

Verfahren zur Verbindung länglicher Metallteile mit

Metallblech

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbindung von Rohren oder anderen linearen Metallteilen, die im Querschnitt entweder hohl oder kompakt sind, mit einem ebenen Metallblech unter Beibehaltung der Ebenheit des Blechs.

Die Erfindung eignet sich zwar für viele Verwendungszwecke, wie aus dem folgenden hervorgeht, ihre größte .Bedeutung hat sie jedoch für die Verbindung eines Rohratücks mit einem ebenen oder flachen Metallblech bei der Herstellung von Strahlungsheiz- bzw. Kühl-

platten.

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platten. Unter "Strahlungsheiz- bzw. Kühlplatten" werden Platten verstanden, die eine äußere Oberfläche aufweisen, die einem Raum zugekehrt ist, sowie Rohre, die zum Durchleiten eines Heiz- oder Kühlmittels in fluider i'orm dienen können, so daß die Platte je nach wünsch zur Strahlungsheizung oder Strahlungskühlung verwendet werden kann.

Wenn man versucht, metallurgisch ein Hohrstück mit einem flachen Blechstück über praktisch seine ganze Länge zu verbinden, so tritt eine Neigung des Blechs zum Werfen oder Verziehen auf. Wenn bisher P^hre mit flachen Blechen in Kühlschrankverdampfern und dergl. verbunden wurden, so trat hierbei niemals die Notwendigkeit zur Beibehaltung eines hohen Grades an Ebenheit beim 31ech auf, da hierbei ein solcher Ebenheitsgrad nicht von kritischer Bedeutung ist. Wenn jedoch die Radiantenplatte als Wand- oder Deckenplatte in einem Raum eines Gebäudes dienen soll, ist es wichtig, daß keine Wellen oder Biegungen in der Frontseite der Platte erkennbar sind, auch wenn diese aus einem sehr flachen Winkel betrachtet .vird. Bisher war es nicht möglich, ein Rohr mit einem Blech

von

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von verhältnismäßig geringer Dicke zu verbinden und gleichzeitig die obige Bedingung au erfüllen»

Hauptziel der Erfindung ist daher die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung, wodurch ein Rohrstück oder ein anderes längliches, hohles oder massives Teil mit einer Oberfläche eines ebenen Metallbleches verbunden werden kann unter Aufrechterhaltung der Ebenheit des Blechs. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung, die es möglich machen, ein wellenförmig gebogenes Stück Kupferrohr mit einer Oberfläche eines Aluminiumbleches zu verbinden unter Aufrechterhaltung der Ebenheit des Aluminiumbleches» Schließlich ist es auch ein Ziel der Erfindung, eine Befestigung des Rohres oder anderen Teils an dem Blech durch Hartlöten oder Löten zu schaffen und eine Platte herzustellen, die einen hohen Grad an Ebenheit aufweist und mit dem Rohr so verbunden ist, daß sich ein guter Wärmeübergang ergibt.

In der beigefügten Zeichnung stellen dar:

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Fig. 1 einen schematischen Aufriß einer erfindungsgemäßen Vorrichtung}

Fig· 2 eine Obenansicht derselben, und

Fig. 3 eine Querschnittsansicht auf der

Linie 3-3 von Fig. 2 in stark vergrößertem Maßstab, welche Einzelheiten der zur Ausführung der Erfindung verwendeten Einspannvorrichtung zeigt.

Bei der Ausführung der Erfindung wird eine Einspannvorrichtung dazu verwendet, das Rohr und das Blech zusammenzufügen. Die Einspannvorrichtung weist als Bauteil eine Platte aus einem Metall auf, welches sich bei den während des Lötens oder Hartlötens auftretenden Temperaturen nicht verzieht. An der Unterseite der Metallplatte ist ein Block mit den gleichen Dimensionen wie
die Platte befestigt, der aus einem nichtmetallischen
Material besteht und eine verhältnismäßig schlechte Wärmeleitfähigkeit aufweist, jedoch mechanisch ausreichend fest ist, um bei den beim löten oder Hartlöten auftretenden Temperaturen seine physikalische Integrität ohne

Verziehen 109828/030 3

Verziehen beizubehalten. Die Einspannvorrichtung hat in horizontaler Ebene mindestens die gleichen "Abmessungen wie das Blech, mit dem das Rohr verbunden werden soll. Die Unterseite des nichtmetallischen Blocks weist eine oder mehrere Vertiefungen mit einer ausreichenden Breite auf, um das mit dem Blech zu verbindende Teil aufzunehmen und einer Tiefe, die größer ist als die Dicke des mit dem Blech zu verbindenden Teils. Innerhalb der Vertiefung oder den Vertiefungen ist ein elastisches Polster befestigt, dessen Dicke größer ist als die Differenz zwischen der Tiefe der Vertiefung oder Ausnehmung und der Dicke des Teils, welches mit dem Blech verbunden werden soll.

Allgemein ausgedrückt, besteht die Vorrichtung aus drei flachen Stahlblöcken, deren obenliegende Oberflächen in einer gemeinsamen horizoiialen Ebene liegen und in einer Heine angeordnet sind mit einem dünnen Metallband von guter Wärmeleitfähigkeit, welches so angeordnet ist, daß es über die oberen Oberflächen der Blöcke läuft. Der erste Block dient als Zusammenbaustation, wo das Blech, das Löt- oder Hartlot- bzw. Schweißmaterial und das Eohrmaterial mit der Einspannvorrich

tuni

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tung zum Löten oder Hartlöten oder Schweißen zusammengesetzt wird. Das Band wird dann so eingerichtet, daß es die zusammengesetzte Struktur einer Heizstation am zweiten Block zuführt, wo die Zusammensetzung auf eine Temperatur über dem Schmelzpunkt der verwendeten Lot- oder Hartlötmasse erhitzt wird. Das Förderband wird so eingerichtet, daß es dann die Zusammensetzung zu einer Kühlstation auf dem dritten Block weitertransportiert, Wo die Zusammensetzung zwar noch erhitzt wird, aber auf eine Temperatur unter der Verfestigungstemperatur der verwendeten Lot- oder Hartlötmasse·

In der Zeichnung wird die Zusanmenbaustation in Pig. 1 mit A bezeichnet, die Heizstation mit B und die Kühlstation mit G. An jeder Station befindet sich ein flacher Block aus gehärtetem Stahl von gleichmäßiger Dicke mit flachen oberen und unteren Oberflächen. Diese Blöcke v/erden mit 10 bzw. 11 und 12 bezeichnet. Über diesen drei Blöcken, deren obere Oberflächen in einer gemeinsamen horizontalen Ebene liegen, befindet sich ein Förderband 13. Das Förderband 13 muß eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen und kann .aus perforiertem Aluminium mit einer Dicke von 0,813 mm (0,032 Zoll) be

stehen. 10982 8/0303

stehen. In. Fig. 1 werden die Einspannvorrichtung und die darin zusammenzusetzenden Teile allgemein mit 14a bei der Zusammenbaustation A be zeichnet, und in gestrichelten Linien wird die Einspannvorrichtung bei Hb auf der Heizstation B gezeigt und bei T4c auf der Kühlstation G.

Als Beispiel wirä in Pig. 2 bei Station A ein Rohrstüek 15 mit wellenförmig gebogener Form gezeigt, welches mit dem Aluminiumblech verbunden werden soll, welches in den Pig. 1 und 3 mit 16 bezeichnet wird. Die spezielle Form des Rohrs 15 wird natürlüi nur beispielsweise gezeigt,und das Rohr kann jede gewünschte Zahl von Windungen aufweisen.

Fig. 3 zeigt die Art des Zusammensetzens des Rohrs 15 und des Blechs 16 mit der Einspannvorrichtung Ha. Die allgemein mit 14a bezeichnete Einspannvorrichtung besteht aus einer Metallplatte, die beispielsweise eine Aluminiumgußwerkzeugherstellung- oder Prägeplatte 17 sein kann. Jäine derartige Platte wird von Aluminium Corporation of America unter der Bezeichnung Nr. 300 Gast Aluminium Tooling Plate hergestellt und vertrieben, beispielsweise in einer Dicke von 2,54 cm. An der Platte

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17 ist mittels der Bolzen 18 ein Block 19 aus einem nichtmetallischen Material befestigt, welches eine verhältnismäßig schlechte Wärmeleitfähigkeit aufweist, dessen mechanische Festigkeit jedoch ausreicht, um seine physikalische Integrität bei den lot- oder öchweißtemperaturen ohne Verziehen aufrechtzuerhalten. Beispielsweise kann der Block 19 aus Asbestfasern und einem anorganischen Bindemittel hergestellt sein,und ein derartiges Material ist von der Johns-Manville Corporation unter der Bezeichnung MKAlTITE erhältlich, Beispielsweise kann der Block 19 eine Dicke von 2,54 cm aufweisen,und das MARAITIIE hat eine Dichte von 1,0413 g/cm⁵ (65 lb/cu. ft.-)-.

Die Unterseite des Blockes 19 weist die Vertiefung oder Vertiefungen 20 auf,und aus Pig. 2 geht hervor, daß die Vertiefung 20 eine solche Form aufweist, daß das vorher gebogene Rohrstück 15 in die Vertiefung paßt. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, weist die Vertiefung 20 eine solche Breite auf, daß sie das Rohr 15 bequem aufnehmen kann, und ihre Tiefe ist größer als der Durchmesser des Rohres 15. Am Grund der Vertiefung 20 sind ein oder mehrere

Streifen

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Streifen 21 aus elastischem Material "befestigt, welches seine Elastizität bei den Lot- bzw. Schweißtemperaturen aufrechterhält. Beispielsweise kann der Streifen 21 aus Silikonkautschuk mit einer Durometer-Härte von 30 bestehen. Die Dicke des Streifens oder Kissens 21 ist größer als die Differenz zwischen dem Durchmesser des Rohres 15 und der Tiefe der Vertiefung 20.

Beim Zusammenbau des Rohres und des Bleches zum Verlöten oder Verschweißen wird das Blech 16 zurechtgelegt, worauf das Lot- oder Schweißmittel an den Stellen auf das Blech gebracht wird, an denen das Hohr befestigt werden soll. Die löt- oder Schweißmasse wird in Mg. 3 mit 22 bezeichnet, wobei natürlich zusammen mit dem Material 22 auch ein geeignetes Flußmittel angewendet wird. In der -Praxis wurde eine aus 91$ Zinn und 9yo Zink zusammengesetzte Lötmasse benutzt, zusammen mit einem Flußmittel, welches von der Aluminium Corporation of America unter der Bezeichnung Alcoa Nr. 62 erhältlich ist. Die Löt- oder Schweiömasse 22 kann in Form eines Bandes oder in Form eines -urahts aufgebracht werden. Mit der Bezeichnung "Streifen" soll, insbesondere in den Ansprüchen,

in

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in Zusammenhang mit der Löt- oder ochweißmasse die Form eines Bandes oder Drahtes umfaßt werden. Falls die Masse die Form eines Bandes aufweist, wird das Rohr 15 auf das Band gelegt.und wenn sie in Form eines -Drahtes vorliegt, wird der Draht in solcher Weise zurechtgelegt, daß sich das Rohr 15 an einer Seite oder beiden Seiten an den Draht fügt.

Die Einspannvorrichtung 14a wird dann über die Zusammensetzung aus Blech, Rohr und Löt- oder LJchweiS-masse gelegt, so daß das Rohr 15 infolge der Elastizität des Streifens oder Kissens 21 gegen das Blech 16 gepreßt wird.

In dem speziell gezeigten Beispiel besitzt das ebene Blech eine Dicke von 1,02 mm (0,040 Zoll) und besteht aus Aluminium, während das Rohr aus Kupfer besteht mit 1,2? cm Innendurchmesser und einer Wanddiclce von 0,711 mm (0,028 Zoll). Das Gewicht der !einspannvorrichtung reicht aus, um auf das Blech 16 an der Zusammenbaustation einen durchschnittlichen Ünheitsdruck von ungefähr 0,00 1 kg^cm . (0,H psi) auszuüben.

Wenn

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Wenn, die in Mg. 3 erläuterte Zusammensetzung vervollständigt ist, wird das Förderband 13 auf irgendeine gewünschte Weise so vorwärtsbewegt, daß die Einspannvorrichtung, das Blech und das Rohr zur Station B gebracht werden. Bei der oben beschriebenen speziellen Lötmasse wird der Block 11 auf irgendeine geeignete Weise auf eine Temperatur von etwa 266⁰O (510⁰F) erhitzt. Diese Temperatur liegt über dem Schmelzpunkt der verwendeten Lötmasse, jedoch unter dem Schmelzpunkt des Aluminiumbleches und des Kupferrohres und natürlich ■ des Förderbandes 13. Es ist günstig,bei der Station B den ianheitsdruck auf dem Blech 16 zu erhöhen, wozu ein zusätzliches Gewicht auf die Oberseite der Einspannvorrichtung gestellt werden kann, um den Einheitsdruck auf etwa 0,04-6 kg/cm (0,65 psi) zu bringen. Bei den oben beschriebenen speziellen Materialien wird die Zusammensetzung Hb an der Station B ungefähr 3 Minuten belassen. Wenn die lot--oder.Schweißmasse 22 schmilzt, preßt die Elastizität des Streifens oder Kissens 21 das Rohr 15 weiterhin nach unten, so daß letztlich das Rohr 15 mit dem Blech 16 auf einer Linie in Berührung kommt, wobei die Lötmasse auf beiden Seiten des Rohres zwischen

Rohr

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Rohr und Blech Kehlnähte bildet * wie aus Pig. 3 deutlieh zu erkennen ist» Wenn die Lötmasse in 3?orm eines
Drahtes vorliegt, wird das Rohr natürlich anfänglich
gegen das Blech -gepreßt, und-wenn die drahtförmige Lötmasse schmilzt, fließt sie ein und bildet auf beiden
Seiten des Rohres in gleicher Weise Kehlnähte» Mit dem oben beschriebenen speziellen Lötmittel und Flußmittel erhält man eine gute Benetzung,und nach etwa 3 Minuten ist die Zusammensetzung fertig zum Kühlen.

Das Förderband wird dann erneut auf geeignete Weise bewegt, um die Zusammensetzung in die mit 14c bezeichnete Position bei der Station C, welche die Kühlstation darstellt, zu bringen. Es wurde gefunden, daß
es von ausschlaggebender Bedeutung ist, das Abkühlen der Lot- öder Schweißmasse bis auf die Verfestigungstemperatur zu regeln, wenn ein Werfen oder Verziehen des Blechs 16 verhütet werden soll. Es besteht eine Maximaltemperaturdifferenz zwischen Block 11 und Block 12,oberhalb welcher ein Verziehen oder Werfen des Blechs 16 auftritt. Die maximale Temperaturdifferenz muß für jede Kombination von Material und Dicke des Blechs und Material und

Abmessungen

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Abmessungen des linearen Bauteils experimentell bestimmt werden. Daher stellt die Station C in Wirklichkeit ebenfalls eine Heizstation dar, da der Block 12 erhitzt wird, und zwar "bei der speziell öeschriebeiien Zusammenstellung auf eine Temperatur von etwa 150⁰G (300⁰P). Mit der speziellen Lötmasse und den oben beschriebenen Materialien erstarrt die Lötmasse in ungefähr 2 Minuten, wenn Block 12 in Station G eine Temperatur von 15O⁰C aufweist. Danach hat die Lötmas.se ausreichende physikalische Eigenschaften entwickelt, um eine Weiterbewegung der Zusammensetzung 14c mit Hilfe des Förderbandes 13 zu einer Entnahmestation zuzulassen, wo die Einspannvorrichtung einfach abgehoben werden kann und die Zusammensetzung aus Blech 16 und Rohr 15 von der Vorrichtung weggenommen werden kann.

Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß das Blech 16 ab dem Zeitpunkt, wo die Einspannvorrichtung aufgelegt wird, auf seiner gesamten Fläche unbeweglich festgehalten wird, außer bei den Vertiefungen 20 zwischen der unteren Frontfläche des nichtmetallischen Blocks 19 und der oberen Frontfläche des Bandes 13, wel

ches

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ch.es wiederum auf der Frontfläche der Blöcke 10, 11 bzw. 12 aufliegt, während das Rohr 15 rait dem Blech 16 in enger Berührung gehalten wird.

Bei der Ausführung der Erfindung wurde festgestellt, daß bei Verfolgung der vorstehend gegebenen Richtlinien eine sowohl vom mechanischen Standpunkt als auch vom Standpunkt der Wärmeübertragung aus ausgezeichnete Verbindung zwischen dem Aluminiumblech und dem Kupferrohr erhalten wird und das Aluminiumblech seinen hohen Grad an Ebenheit beibehält und sich in keiner Weise verzieht· Auf Grund des Unterschieds im Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Aluminium des Blechs und dem Kupfer des Rohrs ist es möglich, daS eine Abweichung von der Ebenheit auftritt, wenn die Zusammensetzung auf Raumtemperatur abkühlt; aber wenn eine solche Abweichung von der Ebenheit auftritt, erfolgt sie in Form einer gleichmäi3igen, unidirektionellen Krümmung mit langem Radius, die später durch einfaches Strecken beseitigt werden kann, wobei man das Blech 16 vollständig flach ohne Wellen, Biegungen oder andere Anzeichen eines lokalen Verziehens erhält.

Die

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Sie Erfindung wurde vorstellend zwar anhand der Herstellung voü. Ötrahlungsheiz- oder -kühlplatten besclirieBenj sie kann Jedoch mit gleichem Erfolg angewendet werden, wenn Versteifungsteile aus einem gleichen oder anderen Metall mit einer Oberfläche eines Blechs verbunden werden sollen unter Beibehaltung der Ebenheit des Blechs.

Pät <ent ansiarüche

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Claims (1)

1627828 1(3 « ϊ δ « ϊ O S ? κ w t;

1. Verfahre» gor V^rbinöuag -eine 3

itetallteils alt einer Oberfläche eiii.es ebenen . »etallbleohe unter Äufrecaterhaltun^ der Ebe;iheit des aetall«-» bleche,, dadurch gekennzeichnett ^öaS Ca) ^e~** l^ßöS-x· dtroifen aua eiuesi metall ait nledri_e;-erep

als Ihn BIeQh mid Bauteil auiVöiaen, auf das »«etallbleeii an der ütelle gelegt wird.j, v/o da© 'feil befestigt v/ej»dea soll» (b) «3as leil in ieriiuni.i.-; nit den Streifen aa die utelle gelegt wird, wo eü bpfeotigt werden soll, (c) das Blech auf prsktisoii der gesaaten Fläche, die uicht von deß teil el ^enoumeu ird, \iater l^iclimäüicen Druck eiugespaüiit -..ird, (d) die g von i'eil, Blecli ujiI streifen üueiuonaer beibehalten wird, während ständig BrucJc &ttf aas χ-eil ausgeübt wird und gleichseitig die 2ue&sm©uaetÄUi*e; Blech und Streifen auf eiiie Temperatur über den fi punJct öee Streifens» aber unter ami ^chjuelfjpuiikt von Blech und 'feil erhitzt wird, urid (e) die :-3usanE*eiiöetzung bei einer verhältnismäßig hohen Tesperatur unter die Er-·

des Streifens gelr'ihlt wird, bis der

Streifen 10982 8/0 3 03

GtroU'en erstarrt ist und das feil a* Blech befestigt
ist·

2m Verfaliren nach 'Anspruch 1» dadurch
daß das l'eli ein Rohr ist.

Verfahren nach Anspruch 1» dadurch gekennz«icb-, daß das Blech aus Aluminium und due Seil aus Xupferrohr besteht»

4· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Streifen ein Band ist*

5· Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4§ dadurch gekennzeichnetf d&0 eine Stra&Lungehele·» oder -kühlplatte hergestellt wird, .

6· Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennaeioh,-net, daß die helsteaperatur etwa 266⁰C und die Kühlteaporatur etwa 15ü°ü beträgt.

7· Verrohren nach Anspruch 6, dadurch gekeimaeichnet» daii das Krhitren etwa 3 lUiiuten bei «ine«

äSSL

109828/0303. _{BAD 0R1QINAL}

gea Druck von etwa 0,046 kg/ca (D,65 psi) durchgeführt vird und die Kühlteaperatur etwa 2 Minuten lang aufrechterhalten v/ird·

B. IÜnBpannvorri:e\tuu£" Kur Verwendung bei der Verbindung einea Hetallroiira iait einem ebenen "..'»ta! !blech, gekennselehnet durch eine flache Metallplatte, die bei Temperaturen. In der Größenordnung von *!trvm 266⁰C pralctlsch sich nicht versieht und- deren V^^re und 3re? to
praktisch gleich derjenigen des TTetallblechs iot, einen Block mis nioktnetalliöciieta i-iaterlal rai t _s*uter nechaniseher Feati^keit bei Temperaturen in der Grön.onordnung von etwa 266⁰C uiia veriiiiltnisaiääl.^ schlechter ^'irrieleitfH.hifjfceit, Vie Icher die gleiche T/lnge und Breite vde die Platte aufweist un-.l an der Unterseite der Platt« befestigt ist und auf seiner !/utereeite eine Vertiefung von solcher Fora aufweist, dai3 sie das Rohr aufnehnen kann, ttad von ein sr 'liefe, die größer ist alo der iurchncsBer des T;ohra, wobei in dor Vertiefung ein elastisches PoI-öber befestigt ist, welches aue eirien iiatprial besteht,

eeiiie jllaatiaität bei Temperaturen in der Orößen- ^ von etwa 2ί6°0 beibehält und vrelohes eine .Dicke

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'-.*· Äluapaarivorrichtuiig nacli A&syruck 3, dadurch

oiciu'iOtf da0 die Vertiefuiig »ur Verwsiiduös ait Kolir \^ron ^ej.lenartlger For^i ©ii»e kongruente -

1'.*t "- crrichtui'C^: sur \>rbildung tines H

«it. eiueü: ebenen 4c6$ll»leeh_f besteliejid aue einer SIn-

rruch 8, €»ir*@i9 Iietallband alt uiid Mitteln gsur Bewegung de© in einer £be»R von einer ",ueanmenbaustation zu einer Heiaat&tion und von dort au finer gili&station» :fitteXn suai ilrhitaeri von Blech und Hohr an der Hi»i2Bta·· tion auf eine £eßpea?atur von etwa 266°G und Kitteln

a ärnitsen von Blec?h und Bohr auf eine von etv/s 150⁰C on 4er Kühlet ation» wobei die B vörrieutuni: dasu ein£*erielitet iet_f auf dem Band zubleiben und su den Stationen */©iterbewegt au

tf · Yorriciitune nach Ar*epj»iich 10, dadurch gekenn*

, daö Blüh an den drei Stationen je eine ge-

härtete

1 O 9 8 2 8/0303

BAD CRIGiNAL

ötöüUiplattö mit öbeuei- Oberfläche drei blatten iii eiueaf Keiiie in ei!*»! g jsfttrt&lett Bböne angeordnet si Ad unn'däs :*ötal lbsu-d über die drei Platten.lauft·

-lcülilpi&tte, heBteh&na aus rtetallbleöh mid #ia«a Jioiir sum ^

β,ίηβΒ Heist» ötter Kfüilffii.ttel8* weicheß in isur «äriaell tragung ge©i-t§iieter VöIbö mit «iner Plüaiie deaselboii verbunden ietf dadurcii gekennt;eic}met, daß das Metallblech oben ißt Uftd fceiuti velluiigen oder Biegungen aufweist und nach dea Verfaiiren voii ütiistdel 1 hergestellt wurde·

13* i^l&tte üach Anspruch 12# d&duröfr gekennaeiehiieti

daß das Metallblech aus Alumimium urui ά&& !»ohr aue Kupier hm teht*