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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Spinnboxrahmens
für eine
Offenend-Spinnvorrichtung.
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Spinnboxrahmen
für Offenend-Spinnvorrichtungen
sind, beispielsweise in Verbindung mit Rotorspinnmaschinen seit
langem bekannt und in verschiedenen Literaturstellen beschrieben.
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Durch
die
DE 32 47 411 C2 ist
zum Beispiel eine Offenend-Spinnmaschine
mit Offenend-Rotorspinnvorrichtungen bekannt, bei denen die einzelnen Spinnboxrahmen
jeweils aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzt sind. Die Einzelteile
sind dabei über
Schraubverbindungen und Paßstifte
exakt miteinander verbunden.
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Die
Spinnboxrahmen bestehen im wesentlichen aus zwei am Maschinengrundgestell
festlegbaren Seitenteilen, zwei oberen Verstrebungselementen sowie
einem unterer Abstandshalter. Sowohl die Seitenteile als auch die
Verstrebungselemente weisen bereits vor ihrem Zusammenbau alle für eine funktionsgerechte
Montage des Spinnboxrahmens beziehungsweise für einen vorschriftsmäßigen Ein- und
Anbau der Spinnvorrichtungskomponenten notwendigen Bohrungen auf.
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Nachteilig
bei derartig gefertigten Spinnboxrahmen ist allerdings, daß die einzelnen
Bauteile eine Vielzahl von Paßbohrungen
aufweisen müssen,
da nur über
solche Paßbohrung/Paßstift-Anordnungen eine
paßgenaue
Montage der Teile zu gewährleisten ist.
Es hat sich außerdem
gezeigt, daß mit
Schraubverbindungen auf die Dauer keine ausreichende Steifigkeit
des Spinnboxrahmens sichergestellt werden kann.
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Es
ist aus dem Textilmaschinenbau allerdings auch bekannt, Bauteile
durch Elektroschweißen
unlösbar
mit einander zu verbinden. In der
DD 254 963 A1 ist beispielsweise eine Unterriemchenbrücke für das Streckwerk
einer Spinnmaschine beschrieben, die aus einer Führungsbrücke und einem Steg bestehen,
wobei die Führungsbrücke und
der Steg durch Elektroschweißen
dauerhaft verbunden sind.
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Man
ist daher bereits vor längerer
Zeit dazu übergegangen,
auch die Seitenteile und die Verstrebungselemente der Spinnboxrahmen
durch Elektroschweißen
zu verbinden.
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Da
es beim Elektroschweißen
jedoch zu einer relativ starken und großflächigen Erwärmung der zu verschweißenden Werkstücke kommt,
sind wärmespannungsbedingte
Verzöge
dieser Bauteile bei diesem Fügeverfahren
nicht zu vermeiden.
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Es
ist bei dem bekannten Fügeverfahren
daher notwendig, den verschweißten
Spinnboxrahmen nach dem Abkühlen
zu richten. Paßgenaue
Funktionsbohrungen können
erst nach dem Richtvorgang eingebracht werden.
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Neben
dem an sich bewährten
und weit verbreiteten Elektroschweißverfahren sind auch andere thermische
Fügeverfahren
bekannt.
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Insbesondere
im Zusammenhang mit der Herstellung großflächiger, doppelwandiger Plattenelemente
hat sich beispielsweise das Laserschweißverfahren als durchaus vorteilhaftes
thermisches Fügeverfahren
erwiesen. Das heißt,
das Laserschweißverfahren
kommt speziell beim Fügen
von Bauteile zum Einsatz, die von innen nicht oder nur sehr schwer
zugängig
sind.
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In
der
DE 43 43 859 A1 ist
der Einsatz des Laserschweißverfahrens
beispielsweise im Zusammenhang mit doppelwandigen Plattenelementen
beschrieben, wie sie vorzugsweise im Schiffbau Verwendung finden.
Die aus Stahl gefertigten, großflächigen Plattenelemente
bestehen im Wesentlichen aus zwei Außenblechen, die mit zwischengeschalteten
Stegflächen
ausgesteift sind. Die Stegbleche sind dabei mittels Laserschweißverfahren
mit den Außenblechen
verbunden.
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Das
Laserschweißverfahren
ist auch in der
US-PS 5,483,034 im
Zusammenhang mit einem doppelwandigen, flügelartigen Plattenelement für eine Flugzeugturbine
beschrieben. Das flügelartige
Plattenelement besteht in diesem Fall aus zwei unterschiedlich konvex
gekrümmten
Außenteilen,
an die speziell geformte Anfangs- und Endstücke angeschlossen sind. Zwischen
diesen Anfangs- und Endstücken
ist das Plattenelement durch stegartige Zwischenstreifen ausgesteift,
die durch Laserschweißen mit
den Außenteilen
verbunden sind.
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Ausgehend
vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, ein Fügeverfahren
zu entwickeln, das eine kostengünstige
Fertigung stabiler Spinnboxrahmen ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren gelöst,
wie es im Anspruch 1 beschrieben ist.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
hat insbesondere den Vorteil, daß sowohl die Seitenteile als auch
die Verstrebungsteile bereits vor dem Fügeprozeß ihre endgültige Ausbildung einschließlich aller Funktionsbohrungen
erhalten können,
da ein Wärmeverzug
der Bauteile beim Einsatz des im Anspruch 1 beschriebenen Fügeverfahrens
nicht zu befürchten ist.
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Das
heißt,
bei Anwendung des Laserschweißverfahrens
kann die eingesetzte Energie exakt dosiert und durch die Focussierung
des Laserstrahles sehr genau lokalisiert werden. Durch die relativ
kleine eng begrenzte Wärmequelle
mit hoher Energie ist folglich eine großflächige Wärmebeeinflussung der Werkstücke, wie
sie beim konventionellen E-Schweißverfahren unvermeidlich ist,
nicht gegeben.
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Das
bedeutet, in die Seitenteile und in die Verstrebungselemente können bereits
vor dem Fügeprozeß alle Bohrungen
auch die bislang relativ problematischen Funktionsbohrungen eingearbeitet werden.
Die Funktionsbohrungen können
dabei während
des Fügeprozesses
teilweise zur exakten Positionierung der Bauelemente benutzt werden.
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Es
ist dabei besonders vorteilhaft, wenn die Verstrebungselemente stumpf
an der Innenwandung der Seitenteile zur Anlage kommen und durch
einen Laserstrahl, der auf die Außenwandung der Seitenteile
gerichtet ist, verschweißt
werden. Das Ansetzen des Laserstrahles an der Außenwandung der Seitenteile
ermöglicht
ein problemloses Handling der Laserschweißeinrichtung, so daß der eingesetzte
Laserschweißautomat
beziehungsweise dessen Positioniereinrichtung relativ einfach, das
heißt
unkompliziert, aufgebaut sein kann.
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Die
erfindungsgemäße Ausgestaltung
führt zu
einer besonders hohen Steifigkeit des Spinnboxrahmens, da die Verstrebungselemente
beim Laserschweißen,
im Gegensatz zum konventionellen Elektroschweißverfahren, wo aufgrund des
relativ starken Wärmeverzuges
nur relativ kurze Schweißnähte angeraten
sind, über
verhältnismäßig lange
Schweißnähte, die
sich vorzugsweise über
die gesamte Anlagefläche
der Verstrebungselemente an den Seitenteilen erstrecken, verbunden
werden.
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Das
Laserschweißen
hat dabei außerdem den
Vorteil, daß dieses
Fügeverfahren
zwar zu einer schlanken Nahtgeometrie führt, wobei die Schweißnähte jedoch
ein großes
Tiefe/Breite-Verhältnis aufweisen.
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Wie
im Anspruch 3 dargelegt, sind sowohl die Verstrebungselemente als
auch die Seitenteile während
des Laserschweißprozesses
paßgenau
in einer speziellen Schweißvorrichtung
fixiert. Dieses paßgenaue
Fixieren der Bauteile führt
dazu, daß die verschweißten Spinnboxrahmen
auch bei einer Serienfertigung jederzeit identisch, das heißt im Bedarfsfall
problemlos austauschbar bleiben.
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In
bevorzugter Ausbildung verfügt
die Schweißvorrichtung
dabei, wie in Anspruch 4 beschrieben, über Stecklehren, die in entsprechende Funktionsbohrungen
der Seitenteile eingeführt,
auf einfache Weise eine exakte Ausrichtung der Seiteteile des Spinnboxrahmens
während
des Laserschweißprozesses
ermöglichen.
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In
vorteilhafter Ausgestaltung erfolgt die Laserschweißung mittels
eines CO2-Lasers. Mit einem solchen CO2-Laser lassen sich insbesonders
bei relativ kohlenstoff- und schwefelarmen Werkstoffen beste Ergebnisse
erzielen, wobei die Nacharbeiten aufgrund der geringen Spritzerbildung
sowie der schmalen und gleichmäßigen Schweißnahtoberfläche minimal
bleibt. Des weiteren zeichnet sich ein solcher CO2-Laser durch besonders
günstige
Gaskosten aus.
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung sind einem nachfolgend anhand der Zeichnungen
erläuterten
Ausführungsbeispiel
entnehmbar.
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Es
zeigt:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines im Laserschweißverfahren gefügten Spinnboxrahmens,
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2 eine
Schweißvorrichtung
in Seitenansicht, strichpunktiert ist ein Spinnboxrahmen angedeutet,
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3 eine
Draufsicht auf die Schweißvorrichtung
gemäß 2,
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4 bis 8 den
Funktionsablauf beim Bestücken
der Schweißvorrichtung.
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Die 1 zeigt
einen im Laserschweißverfahren
gefügten
Spinnboxrahmen 1. Dieser Spinnboxrahmen 1 besteht,
wie an sich üblich,
im wesentlichen aus zwei Seitenteilen 2, 3 sowie
aus Verstrebungselementen 4, 5, 6, die
zwischen die Seitenteile 2, 3 einfügbar sind.
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Die
Seitenteile 2, 3 weisen endseitig jeweils Abwinkelungen 7 auf. Über die
Abwinkelungen 7 beziehungsweise die in die Abwinkelungen 7 eingearbeiteten
Bohrungen 9 kann der Spinnboxrahmen 1 am (nicht
dargestellten) Maschinengrundgestell einer Offenend-Rotorspinnmaschine
befestigt werden.
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Des
weiteren ist an den Seitenteilen 2, 3 jeweils
eine Abwinkelungen 8 vorgesehen, an der in Bohrungen 10 und 11 eine
(nicht dargestellte) Lagerbrücke
für eine
Stützscheibenlagerung
festgelegt werden kann.
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Solche
Stützscheibenlagerungen,
in denen ein Spinnrotor mit hoher Drehzahl umläuft sind beispielsweise in
der
DE 32 47 411 C2 dargestellt
und dort relativ ausführlich
beschrieben.
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Die
Seitenteile 2, 3 weisen eine Vielzahl weiterer
Bohrungen 12 bis 17 auf, an denen die verschiedenen
Bauteile der Offenend-Spinnvorrichtung, wie
die Lagerung für
die Antriebswelle des Faserbandeinzugszylinder oder dergleichen,
befestigt werden können.
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Die
zwischen die Seitenteile 2, 3 eingeschalteten
Verstrebungselemente 4, 5 verfügen ebenfalls über verschiedene
Befestigungsbohrungen 18, 19, etc.. In der Bohrung 19 des Verstrebungselementes 5 wird
beispielsweise eine Andruckrolle festgelegt, die, wie bekannt, einen
Tangentialriemen in Anlage mit dem Schaft des Spinnrotors hält. Die
Befestigungsbohrung 18 im verstebungselement 4 kann
beispielsweise zur Arretierung eines (nicht dargestellten) Rotorgehäuses benutzt
werden.
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Die
Seitenteile 2, 3 und die Verstrebungselemente 4, 5, 6 sind über Laserschweißnähte 22, 23, 24, 25 miteinander
verbunden. Die Laserschweißnähte 22, 23, 24 verbinden
dabei die stumpf auf die Innenwandungen 20 der Seitenteile 2, 3 angesetzten Verstrebungselemente 4, 5, 6 mit
diesen Seitenteilen 2, 3, während über die Laserschweißnaht 25 die
Verstrebungselemente 4 und 5 außerdem untereinander verbunden
sind.
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Während des
Laserschweißprozesses
sind die einzelnen Bauteile des Spinnboxrahmens 1 paßgenau in
einer Schweißvorrichtung 26 festgelegt.
Die Schweißvorrichtung 26 verfügt dabei über eine Grundplatte 27 auf
der verschiedene Anschlagelemente zum Positionieren sowie Spanneinrichtungen zum
Fixieren der Bauteile angeordnet sind.
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Die
Anschlagelemente oder zumindest deren Anlageflächen sind dabei vorzugsweise
durch Härten
verschleißfest
gemacht.
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Eine
Ansicht auf die 2 und 3 zeigt, daß auf der
linken Seite der Grundplatte 27 ein relativ hoch aufragendes
Anschlagelement 28 angeordnet ist, das vertikal verlaufende
Anlageflächen 43 aufweist. Über diese
Anlageflächen 43 stehen
Positionierstifte 29 vor, die im Montagezustand der Einrichtung
mit entsprechenden Bohrungen in den Seitenteilen 2, 3 korrespondieren.
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Vor
dem Anschlagelement 28 sind zwei seitliche Anschlagelemente 30 angeordnet,
deren Anlageflächen 44 ebenfalls
vertikal, jedoch orthogonal zu den Anlageflächen 43 verlaufen.
Die Anlageflächen 44 weisen
jeweils eine Paßbohrung
auf in der eine Stecklehre 32 positioniert werden kann.
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Oberhalb
der Anschlagelemente 30 ist eine tischartige Auflage 34 angeordnet,
deren horizontal verlaufende Auflagefläche 47 von Positionierstiften 35 überragt
wird.
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Zwischen
dem Anschlagelement 28 und der tischartigen Auflage 34 ist
des weiteren ein Anschlagelement 36 mit einer V-förmig ausgebildeten
Führung 46,
die außerdem
eine vertikale Anlagefläche 51 aufweist,
installiert.
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Auf
der rechten Seite der Grundplatte 27 der Schweißvorrichtung 26 sind
weitere Anschlagelemente vorgesehen. Die Anlageflächen 45 der
beiden seitlichen Anschlagelemente 31 bilden dabei eine Verlängerung
der Anlageflächen 44 der
Anschlagelemente 30. Auch in den Anlageflächen 45 ist
jeweils eine Paßbohrung
für eine
Stecklehre 32 vorgesehen.
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Bei
diesen sogenannten Stecklehren 32 handelt es sich um Positioniereinrichtungen,
die vorzugsweise einen gehärteten
Führungskörper aufweisen.
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Die
Stecklehren 32 können
durch entsprechende Funktionsbohrungen der Seiteteile 2, 3 hindurch
mit ihrem zapfenartigen, exakt maßhaltig geschliffenen Ansatz
in eine entsprechende Paßbohrung
in den Anlageflächen 44, 45 der
Anschlagelementen 30, 31 einfädelbar werden und richten dabei die
Seitenteilen 2, 3 exakt an den Anlageflächen 44, 45 der
Anschlagelemente 30 beziehungsweise 31 aus.
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Etwas
oberhalb der Anschlagelemente 31 ist des weiteren, etwa
in Höhe
der tischartigen Anlage 34, zum Ausrichten eines stabförmigen Verstrebungselementes 6 ein
beispielsweise prismatisches Anschlagelement 33 angeordnet.
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Im
Bereich der vorbeschriebenen Anschlagelemente 28, 30, 31, 33, 34 und 36 ist
außerdem
jeweils eine Spanneinrichtungen 48, 37, 38, 39, 40 angeordnet.
Diese Spannvorrichtungen ermöglichen es,
die an den Anschlagelementen lagegenau positionierten Bauteile für den Laserschweißprozeß sicher zu
fixieren.
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Verfahrensablauf beim Bestücken der
Schweißvorrichtung:
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Wie
in 4 dargestellt, wird zunächst das Seitenteil 2 an
den Anschlagelementen 28, 30, 31 ausgerichtet.
Das heißt,
die Bohrungen 9 in der Abwinkelung 7 des Seitenteiles 2 werden über die
Positionierstifte 29 an der Anlagefläche 43 geschoben und
die Stecklehren 32 durch Funktionsbohrungen 12 und 16 am
Seitenteil 2 hindurch in entsprechende Paßbohrungen
an den Anschlagelementen 30 und 31 eingefädelt. Das
Seitenteil 2 ist damit exakt ausgerichtet und kann über die
Spannmittel 37 und 48 festgelegt werden.
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Im
nächsten
Schritt (5) werden die Verstrebungselmemente 4, 5, 6 eingelegt.
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Das
vorzugsweise als Rundstab ausgebildete Verstrebungselement 6 wird
dabei in das beispielsweise prismatisches Anschlagmittel 33 eingelegt.
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Das
Verstrebungselement 5, das unter anderem auch Bohrungen 49 aufweist,
wird mit diesen Bohrungen 49 über Positionierstifte 35 auf
der Auflage 34 geschoben und damit auf der tischartigen
Auflagefläche 47 ausgerichtet.
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Schließlich wird
das Verstrebungselement 4 mit seinem zungenartigen Ansatz 50 in
eine Führung 46 des
Anschlagelementes 36 eingelegt und übergreift in dieser Stellung
teilweise das Verstrebungselement 5.
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Wie
in 6 angedeutet, wird anschließend das Seitenteil 3 in
die Schweißvorrichtung 26 eingelegt.
Die Verfahrensschritte zum Positionieren des Seitenteiles 3 entsprechen
dabei den Verfahrensschritten, wie sie vorstehend bereits im Zusammenhang
mit dem Seitenteil 2 beschrieben wurden.
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Wie
aus 6 ersichtlich, liegen die Verstrebungselemente 4, 5, 6 mit
ihren seitlichen Stoßkanten
stumpf an den Innenwandungen 20 der Seitenteile 2 und 3 an.
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Beim
Festspannen des Seitenteiles 3 durch die Spannvorrichtungen 37 und 48 werden,
soweit das noch notwendig ist, die Verstrebungselemente 4, 5, 6 automatisch
bezüglich
der Mittellängsachse
der Schweißvorrichtung
ausgerichtet und können
anschließend
durch die entsprechenden Spannvorrichtungen 38, 39, 40 an
den Anlageelementen 33, 34, 36 für den Laserschweißvorgang
fixiert werden, wie es in 7 dargestellt
ist.
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Die
in der Schweißvorrichtung 26 festgelegten
Spinnboxrahmenteile werden anschließend, wie in 8 angedeutet,
durch einen Laserschweißroboter
oder einen Laserschweißautomaten 41,
der in einer entsprechenden (nicht dargestellten) Positioniereinrichtung
definiert geführt
ist, gefügt.
Der Laserstrahl 42 des Laserschweißautomaten 41 ist
dabei auf die Außenwandung 21 der
Seitenteile 2, 3 bzw. auf die Außenwandung
des Verstrebungselementes 4 gerichtet.
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Wie
in der Beschreibungseinleitung bereits angedeutet, verfügt der Laserstrahl 42 über ein
hohes Energiepotential und kann sowohl sehr exakt dosiert als auch
sehr genau lokalisiert werden, so daß die Verstrebungselemente 4, 5, 6 durch
den Laserschweißautomaten 42 von
der Außenwandung 21 der
Seitenteile 2, 3 her nacheinander mit den Seitenteilen 2, 3 verschweißt werden
können.
Wärmebedingte
Verzugsspannungen treten aufgrund der sehr lokalen Erwärmung dabei
nicht auf. Da durch den Laserschweißautomaten 42 nicht
nur die Verstrebungselemente 4, 5, 6 mit
den Seitenteilen 2, 3 verbunden sondern die Verstrebungselemente 4, 5 auch
untereinander gefügt
werden, erhält
man einen sehr stabilen Spinnboxrahmen 1, der bereits alle,
auch die bezüglich
ihrer Paßgenauigkeit
sehr empfindlichen Funktionsbohrungen aufweist.