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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Profils durch Kaltwalzprofilieren eines verzinkten oder mit Zink-Aluminium, Aluminium-Zink, Zink-Magnesium oder Aluminium beschichteten Stahlbands nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 4.
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Es ist bekannt, Profile durch Kaltwalzprofilieren eines verzinkten oder anderweitig beschichteten Stahlbands herzustellen. Derartige Profile sind in verschiedensten Ausführungsformen und hergestellt nach verschiedensten Herstellungsverfahren bekannt. Entsprechende Profile werden ausgehend von einem im Wesentlichen rechteckförmigen, länglichen, flachen Stahlband in der Regel durch Biegen oder Rollen des Stahlbandes oder -streifens hergestellt. Hierbei umfassen ”Biegen oder Rollen” alle Arbeitsschritte, die verwendet werden können, um den Metallbandzuschnitt in die gewünschte Form zu bringen, z. B. auch Abwinkeln, Abkanten, Prägen etc..
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Das als Ausgangsmaterial verwendete Stahlband ist in der Regel auf seiner Oberseite sowie Unterseite mit einer Korrosionsschutzschicht versehen, beispielsweise verzinkt. Als Beschichtungsmaterial eignen sich auch andere Metalle bzw. Legierungen, wie Zink-Aluminium, Aluminium-Zink, Zink-Magnesium oder Aluminium. Da das Stahlband üblicherweise von einem großflächigen, beidseitig beschichteten Blech abgeschnitten wird, sind die Schmalseiten des Stahlbands nicht beschichtet. Bei geringer Materialstärke des Stahlbands ist dieser Umstand zumeist nicht weiter tragisch, da die Schmalseiten durch den sogenannten kathodischen Schutz der als Opferanode wirkenden beidseitigen Beschichtung des Stahlbands ausreichend vor Korrosion geschützt sind. Falls die Materialstärke des Stahlbands insbesondere an den Rändern allerdings größer ist, so kann ein wirksamer Korrosionsschutz ohne eine Beschichtung der Schmalseiten nicht mehr gewährleistet werden. Diese Problematik besteht insbesondere, wenn die Ränder des Stahlbands bei der Umformung mittels Kaltwalzprofilieren durch Stauchung aufgedickt werden, sodass die Schmalseiten dadurch verbreitert werden. Durch das bekannte Feuerverzinkverfahren können die Schmalseiten des Stahlbands zwar verzinkt werden, jedoch eignet sich dieses Verfahren nicht zur Beschichtung mit jeglichen metallischen Materialien und ist zudem relativ teuer und aufwändig. Außerdem besteht beim Feuerverzinken der Schmalseiten das Problem, dass die Materialstärke der aufgebrachten Schutzschicht über die Breite der Schmalseite nicht konstant ist. Während sich in der Mitte der Schmalseite eine dicke Schicht bildet, flacht die Beschichtung zur oberen und unteren Kante der Schmalseite deutlich ab, so dass diese Kanten der Schmalseite zur Ober- und Unterseite des Stahlbands selbst nicht ausreichend vor Korrosion geschützt sind. Die großen Dickenunterschiede können bei Belastung des Profils auch zum Abplatzen der Schutzschicht führen.
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Weiter ist es bekannt, das Stahlband oder auch mehrere Stahlbänder zur Profilherstellung während oder nach der Umformung durch die Kaltwalzprofilierung in Längsrichtung zu verschweißen. Die Korrosionsschutzschicht des Stahlbands wird dazu in Vorbereitung der Verscheißung meistens auf den an die spätere Schweißnaht angrenzenden Bereichen der Stahlbandoberflächen entfernt, um beispielsweise bei einer Zinkbeschichtung das Entstehen von Zinkspritzern bei der Schweißung zu vermeiden. Wird die Schutzschicht vor der Verschweißung nicht entfernt, so wird sie in den an die Schweißnaht angrenzenden Bereichen in der Regel durch den Schweißvorgang verdampft oder verletzt. Jedenfalls besteht nach dem Schweißvorgang direkt auf der Schweißnaht sowie aus den vorgenannten Gründen auch neben der Schweißnaht keine wirksame Korrosionsschutzschicht. Bei Schweißverfahren, die mithilfe einer punktförmigen Wärmequelle durchgeführt werden, ist die während der Schweißung in das Material eingebrachte Wärme dabei im Großen und Ganzen lokal auf die Schweißnaht selbst begrenzt. Die Bereiche des Stahlbands neben der Schweißnaht werden durch die Schweißung dagegen nicht stark erwärmt. Beispiele für Schweißverfahren mit punktförmiger Wärmequelle sind das Lichtbogenschweißen und im Speziellen das Laserschweißen. Schweißnähte, die mit einer derartigen punktförmigen Wärmequelle durchgeführt werden, und insbesondere die an die Schweißnaht angrenzenden unbeschichteten Bereiche lassen sich auch unmittelbar nach der Schweißung nicht zufriedenstellend mittels Flammspritzen oder Lichtbogenspritzen beschichten. Die Haftung einer mittels Flammspritzen oder Lichtbogenspritzen aufgebrachten Schutzschicht aus metallischem Material ist aufgrund der niedrigen Temperaturen der an die Schweißnaht angrenzenden Bereiche unzureichend. Aus
AT 004 739 U1 ist ein Verfahren zur nachträglichen Zinkbeschichtung der Schweißnaht mittels eines Plasmastrahls bekannt. Dieses Verfahren ist jedoch energieaufwändig, verfahrensaufwändig und zudem teuer.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines Profils durch Kaltwalzprofilieren eines beidseitig oben und unten verzinkten, oder mit Zink-Aluminium, Aluminium-Zink, Zink-Magnesium oder Aluminium beschichteten Stahlbands anzugeben, das einen wirksamen Korrosionsschutz der Schmalseiten des Stahlbands durch Aufbringen eines metallischen Materials gewährleistet. Die Beschichtung der Schmalseiten soll zudem kostengünstig, aufwandsarm und möglichst gleichmäßig über die gesamte Breite der Schmalseiten erfolgen und eine gute Haftung aufweisen. Außerdem soll sich die für die Beschichtung der Schmalseiten verwendete Vorrichtung im Sinne einer Kostenreduktion auch für weitere Beschichtungsvorgänge bei der Profilherstellung eignen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es weiter, ein Verfahren zur Herstellung eines Profils durch Kaltwalzprofilieren eines verzinkten, oder mit Zink-Aluminium, Aluminium-Zink, Zink-Magnesium oder Aluminium beschichteten Stahlbands anzugeben, das einen wirksamen Korrosionsschutz einer oder mehrerer in Längsrichtung des Profils verlaufenden und durch eine punktförmige Wärmequelle erzeugten Schweißnähte des Stahlbands durch Aufbringen eines metallischen Materials gewährleistet, wobei die Beschichtung kostengünstig, aufwandsarm und möglichst gleichmäßig erfolgen und eine gute Haftung aufweisen soll. Außerdem soll sich die für die Beschichtung der Schweißnaht verwendete Vorrichtung zur Kostenreduktion auch für weitere Beschichtungsvorgänge bei der Profilherstellung eignen.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 der vorliegenden Erfindung gelöst. Demnach liegt dann eine erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe vor, wenn bei einem Verfahren zum Herstellen eines Profils durch Kaltwalzprofilieren eines beidseitig oben und unten verzinkten, oder mit Zink-Aluminium, Aluminium-Zink, Zink-Magnesium oder Aluminium beschichteten Stahlbands, von dessen Rändern mindestens einer vor der Kaltwalzprofilierung oder durch die Kaltwalzprofilierung so dick ist, dass die unbeschichtete Schmalseite des Rands ohne weitere Korrosionsschutzmaßnahmen nicht ausreichend durch den kathodischen Schutz der als Opferanode wirkenden beidseitigen Beschichtung des Stahlbands vor Korrosion geschützt wäre, die mindestens eine Schmalseite vor, während oder nach der Umformung des Stahlbands durch die Kaltwalzprofilierung kontinuierlich mit einer Schutzschicht aus einem metallischen Material beschichtet wird, indem der Rand durch induktive Erwärmung mittels eines Hochfrequenzgenerators erwärmt, und vor oder nach der Erwärmung gereinigt wird, worauf unmittelbar die Schutzschicht durch Flammspritzen oder Lichtbogenspritzen aufgebracht wird.
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Dieses Verfahren ist schnell und günstig. Die Haftung der mittels Flammspritzen oder Lichtbogenspritzen aufgetragenen Schutzschicht wird durch das Aufwärmen und Reinigen der zu beschichtenden Schmalseiten erheblich verbessert bzw. überhaupt erst ermöglicht. Durch das Auftragen mittels Flammspritzen oder Lichtbogenspritzen wird zudem eine gleichmäßige Schichtdicke der auf die Schmalseiten aufgebrachten Schutzschicht erreicht. Insbesondere wird dadurch auf sowie im Bereich der Kanten der Schmalseite zur Ober- und Unterseite des Stahlbands eine hervorragende Güte der Schutzschicht erreicht.
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Die Aufgabe wird zudem auch durch die Merkmale des Anspruchs 4 der vorliegenden Erfindung gelöst. Demnach liegt dann eine erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe vor, wenn bei einem Verfahren zur Herstellung eines Profils durch Kaltwalzprofilieren eines verzinkten, oder mit Zink-Aluminium, Aluminium-Zink, Zink-Magnesium oder Aluminium beschichteten Stahlbands, eine in Längsrichtung des Profils verlaufende durch eine punktförmige Wärmequelle erzeugte Schweißnaht sowie die durch den Schweißvorgang und/oder dessen Vorbereitung entstandenen unbeschichteten und an die Schweißnaht angrenzenden Bereiche des Stahlbands nach dem Schweißvorgang kontinuierlich mit einer Schutzschicht aus einem metallischen Material beschichtet werden, indem zumindest die an die Schweißnaht angrenzenden Bereiche durch induktive Erwärmung mittels eines Hochfrequenzgenerators erwärmt und vor oder nach der Erwärmung gereinigt werden, worauf unmittelbar die Schutzschicht durch Flammspritzen oder Lichtbogenspritzen aufgebracht wird.
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Äußerst saubere Schweißnähte lassen sich beispielsweise mittels Laserschweißen erzeugen. Die während der Schweißung in das Material eingebrachte Wärme ist dabei durch die Verwendung eines Lasers im Großen und Ganzen lokal auf die Schweißnaht selbst begrenzt. Die Bereiche des Stahlbands neben der Schweißnaht selbst werden durch die Schweißung dagegen nicht stark erwärmt. Dies hat zur Folge, dass die Oberflächentemperatur der Schweißnaht selbst für die darauf folgende Beschichtung mittels Flammspritzen oder Lichtbogenspritzen unter Umständen ausreicht, um eine gute Haftung der Beschichtung zu gewährleisten, während die Bereiche neben der Schweißnaht für eine gute Haftung des aufgebrachten metallischen Materials zu kalt sind. Auch kann es erforderlich oder gewünscht sein, einen Grat oder eine wulstige Erhebung der Schweißnaht, die durch den Schweißvorgang entstehen kann, vor der Beschichtung zuerst zu entfernen, beispielsweise durch Abhobeln der Schweißnaht. Dadurch kühlt unter Umständen auch die Schweißnaht derart stark ab, dass die Oberflächentemperatur nicht ausreicht, um eine gute Haftung der aufzubringenden Schutzschicht zu erreichen. In beiden Fällen wird die erforderliche Erwärmung von Schweißnaht bzw. umgebenden Bereichen durch den Hochfrequenzgenerator bewerkstelligt. Im Übrigen ergeben sich die gleichen Vorteile wie bei der oben dargelegten Beschichtung der Schmalseiten des Stahlbands. Für die Beschichtung sowohl der Schmalseiten als auch eventueller Schweißnähte der gefertigten Profile kann die gleiche Vorrichtung bestehend aus Hochfrequenzgenerator, Reinigungseinrichtung und Flammspritz- bzw. Lichtbogenspritzeinrichtung zur Anwendung kommen. Dies bedeutet eine Kosteneinsparung bei der Herstellung verschiedener Profile. Für die zur Erwärmung mittels Hochfrequenzgenerator erforderliche Induktion eignen sich beispielsweise Linien- oder Ringinduktoren.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Vorzugsweise wird bei dem Verfahren zum Herstellen eines Profils durch Kaltwalzprofilieren eines beidseitig oben und unten verzinkten, oder mit Zink-Aluminium, Aluminium-Zink, Zink-Magnesium oder Aluminium beschichteten Stahlbands, von dessen Rändern mindestens einer vor der Kaltwalzprofilierung oder durch die Kaltwalzprofilierung so dick ist, dass die unbeschichtete Schmalseite ohne weitere Korrosionsschutzmaßnahmen nicht ausreichend durch den kathodischen Schutz der als Opferanode wirkenden beidseitigen Beschichtung des Stahlbands vor Korrosion geschützt wäre, ein Stahlband verwendet, das im Ausgangszustand dünn ist und durch die Kaltwalzprofilierung an zumindest einer Schmalseite zu größerer Dicke gestaucht wird. Es hat sich heraus gestellt, dass für Profile, deren Ränder eine größere Materialstärke aufweisen müssen als die sonstigen Bereiche, ein dünnes Stahlband kostengünstiger und besser insbesondere im Randbereich umgeformt werden kann als ein von Anfang an dickes Stahlband, das dafür über weite Bereiche durch die Kaltwalzprofilierung dünner gewalzt werden müsste. Ein partielles Ausdünnen durch Kaltwalzen kann zudem nur bedingt bewerkstelligt werden.
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Ganz besonders eignet sich diese Vorgehensweise zur Herstellung einer C-förmigen Montageschiene. Für eine stabile Montageschiene ist es erforderlich, dass beide Ränder der offenen C-förmigen Montageschiene dicker sind als die restlichen Bereiche der Montageschiene. Dazu wird das Stahlband zunächst an beiden Schmalseiten zu größerer Dicke gestaucht. Im Anschluss erfolgt durch die Kaltwalzprofilierung eine Umformung des Stahlbands zu einer C-förmigen Montageschiene.
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Die folgenden vorteilhaften Ausgestaltungen beziehen sich auf beide unabhängigen Ansprüche.
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Vorteilhafter Weise entspricht das mittels Flammspritzen oder Lichtbogenspritzen aufgebrachte metallische Material dem Material der Beschichtung des Stahlbands. Dadurch wird eine besonders homogene Korrosionsschutzschicht erreicht, Unterschiede der Schutzschicht, insbesondere was das Potential zum Grundmaterial und damit den Korrosionsschutz direkt anbelangt, werden vermieden. Eine gute Verbindung zwischen der ursprünglichen Beschichtung des Stahlbands und der neuen partiellen Schutzschicht ist dadurch ebenfalls gewährleistet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird dass das metallische Material für den Prozess des Flammspritzens oder Lichtbogenspritzens pulverförmig zugeführt. Hierdurch ist lediglich ein geringer Energieaufwand zur Erschmelzung des aufzubringenden metallischen Materials nötig. Außerdem gestaltet sich die Zufuhr des metallischen Materials einfach. Zudem gewährleistet dies ein gleichmäßiges Aufbringen des metallischen Materials auf die zu beschichtenden Bereiche.
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Optimale Haftergebnisse können erzielt werden, indem die zu beschichtenden Oberflächen mithilfe des Hochfrequenzgenerators auf eine Temperatur gebracht werden, die der Schmelztemperatur des aufzubringenden metallischen Materials entspricht oder geringfügig über dieser, jedoch unter der Schmelztemperatur des Stahlblechs liegt.
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Die Homogenität der Beschichtung kann weiter verbessert werden, wenn die ursprüngliche Beschichtung des Stahlbands im direkt an die zu beschichtenden Oberflächen angrenzenden Bereich mithilfe des Hochfrequenzgenerators zumindest oberflächlich auf ihre Schmelztemperatur oder darüber erwärmt und angeschmolzen wird und bei Aufbringen des metallischen Materials mit diesem verschmilzt beziehungsweise eine Legierung eingeht.
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Generell eignen sich als metallische Materialien zum Aufbringen vorzugsweise Zink, Aluminium oder eine Aluminiumlegierung. Mit diesen Materialien lässt sich eine stabile Prozessführung bewerkstelligen. Gleichzeitig weisen diese Materialien hervorragende Haftungseigenschaften auf Stahl sowie Korrosionsschutzeigenschaften auf.
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Die Reinigung der zu beschichtenden Oberflächen erfolgt vorzugsweise durch ein spanabhebendes Verfahren mithilfe eines Hobels. Damit wird eine hervorragende Haftung der Beschichtung erreicht. Alternativ kann die Reinigung beispielsweise auch nasschemisch unter Verwendung eines Flussmittels oder durch Laserreinigung erfolgen. Auch kombinierte Reinigungslösungen sind denkbar.
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Zur Stauchung mindestens eines der Ränder des Stahlbands, im Folgenden auch als Profilkanten oder Bandkanten bezeichnet, wird das Stahlband zum Beispiel durch mindestens einen von einer Führungswalze und wenigstens einer seitlichen Stauchwalze gebildeten Klemmspalt geführt, wobei die Walzenachse der Führungswalze parallel zu der Bandebene des im Folgenden auch als Metallband bezeichneten Stahlbandes angeordnet ist, während die Walzenachse der Stauchwalze quer zu der Walzenachse der Führungswalze angeordnet ist und derart zur Bandebene geneigt angestellt ist, dass von der Stauchwalze neben der auf die Bandkante ausgeübten Stauchkraft auch eine auf die der Führungswalze abgewandten Seite des Metallbandes wirkende Klemmkraft aufgebracht wird, wobei die Stauchwalze stufenförmig ausgebildet ist und die Bandkante zumindest auf der der Führungswalze abgewandten Seite des Metallbandes umschließt.
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Durch die geneigt angestellten Stauchwalzen wird das Verfahren auf einfache Art und Weise kontrolliert. Es erfolgt ein gleichmäßiges Fließen des Metalls in die gewünschte Richtung. Hierbei hält die Stauchwalze eine Oberfläche, d. h. Ober- oder Unterseite, des Metallbandes, so dass sich das Metallband gezielt nur in einer Richtung verformt, während die andere Seite im Ursprungszustand bleibt. Gleichermaßen sorgt die stufenförmige Ausbildung der Stauchwalze für eine gezielte Verformung des Metallbandes, das fest von der Stauchwalze gehalten wird.
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Der Winkel zwischen der Walzenachse der Führungswalze und der Walzenachse der Stauchwalze kann zwischen 92 bis 100° betragen. Entsprechende Winkel haben sich in der Praxis besonders bewährt und stellen eine ausreichende Stauchkraft und Haltekraft der Stauchwalze sicher.
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Auch kann vorgesehen werden, dass das Stufenprofil der Stauchwalze zu einem die Bandkante beidseitig umgreifendem U-Profil erweitert wird, wobei der an der der Führungswalze abgewandten Seite anliegende freie U-Schenkel erheblich länger ausgebildet ist. Diese Ausführungsform verhindert insbesondere die Ausbildung von Metallgraten, die sonst häufig bei Stauchverfahren zwischen den einzelnen Walzen auftreten. Hierdurch können die Nachbearbeitung des Metallbandes auf ein Minimum reduziert und die Gesamtkosten niedrig gehalten werden.
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Weiter kann wenigstens ein der Stauchwalze zugewandter Endabschnitt der Führungswalze unter einem vorbestimmten Winkel konvex auslaufen. Durch die Veränderung der Form der Führungswalze ist es hier möglich, gleichzeitig mit der Stauchung auch eine Formgebung des verdickten Bereichs entsprechend dem konvexen Endabschnitt der Führungswalze zu erzielen.
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Das Stauchen kann in mehreren Schritten durchgeführt werden, wobei wenigstens die Führungswalze mit konvexem Endbereich nach jedem Stauchschritt gegen eine Führungswalze ausgetauscht wird, deren wenigstens ein Endbereich unter einem jeweils größeren Winkel konvex ausläuft als die vorhergehende. Da die Formveränderung des Metallbandes in langsamen Schritten durchgeführt wird, kann die gewünschte Form besonders präzise erzielt werden, ohne dass das zu verformende Material zu starken Spannungen ausgesetzt wird.
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Vorteilhafterweise können sich die Winkel des wenigstens einen konvexen Endbereichs der Führungswalze in Schritten von 1 bis 10°, vorzugsweise 2 bis 5°, ändern. Diese Winkel haben sich in der Praxis als besonders bevorzugt erwiesen, um eine reibungslose Formveränderung durchzuführen.
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Es kann eine zusätzliche Stützwalze vorgesehen sein, welche der Führungswalze gegenüberliegend angeordnet ist, so dass das Metallband zusätzlich zwischen der Führungswalze und der Stützwalze geklemmt wird, wobei die Stützwalze schmaler als die Führungswalze ausgebildet ist und sich wenigstens an einer Seite bis zu der Stauchwalze erstreckt. Auf diese Weise wird eine verbesserte Führung des Metallbandes erzielt, da ein mittlerer Bereich des Metallbandes zwischen Führungswalze und Stützwalze gehalten werden kann. Hierdurch vereinfacht sich auch der Aufbau der Stauchwalze, da der der Führungswalze gegenüberliegende Stufenbereich bzw. frei Schenkel nicht übermäßig lang ausgebildet sein muss, z. B. in etwa bis zur Mitte des Metallbandes, so dass die Stauchwalzen flexibler eingesetzt werden können und billiger in der Fertigung sind.
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An den letzten Stauchschritt kann sich wenigstens ein Verformungsschritt zur Umformung des verdickten Metallbandes anschließen. Hierdurch kann die Ausbildung eines gewünschten Profils in einem Arbeitsgang mit dem Verdicken bestimmter Bereiche des Metallbandes durchgeführt werden.
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Die wenigstens eine verdickte Profilkante kann relativ zu dem nicht verdickten Bereich des Metallbandes abgewinkelt werden. Hierbei kann das Abwinkeln der verdickten Profilkante schrittweise durchgeführt werden, bis die der verdickten Oberfläche gegenüberliegende Außenfläche unter einem Winkel von ca. 90° zu den nicht verdickten Bereichen abgewinkelt ist. Da das Abwinkeln nicht abrupt, sondern langsam in mehreren Schritten erfolgt, werden wiederum möglichst geringe Spannungen auf das Material ausgeübt.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1) eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Profils durch Kaltwalzprofilieren eines verzinkten oder mit Zink-Aluminium, Aluminium-Zink, Zink-Magnesium oder Aluminium beschichteten Stahlbands nach Anspruchs 1;
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2) ein dünnes Metallband vor der Stauchung der Ränder in schematischer Darstellung;
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3a–c) das in 2 dargestellte Metallband in verschiedenen Stadien der Stauchung;
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4) einen in 3 dargestellten Stauchschritt in einer dreidimensionalen Darstellung;
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5) eine Ausschnittvergrößerung aus 4;
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6a–b) zwei verschiedene Verformungsschritte des nach dem Stauchen erhaltenen teilweise verdickten Metallbandes;
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7a)–c) verschiedene Stadien beim Umformen des Metallbandes gemäß der 2 bis 6b) zur Herstellung einer C-förmigen Ankerschiene in schematischer Darstellung;
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8) eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Profils durch Kaltwalzprofilieren eines verzinkten, oder mit Zink-Aluminium, Aluminium-Zink, Zink-Magnesium oder Aluminium beschichteten Stahlbands nach Anspruch 4; und
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9) eine Schnittansicht der schematischen Darstellung aus 8.
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Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Mit dem Bezugszeichen 10 werden allgemein sowohl die Ränder des Stahlbands, auch als Profilkanten oder Bandkanten bezeichnet, als auch die Schmalseiten des Stahlbands bezeichnet.
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1 zeigt schematisch dargestellt den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 1. Ein zur Herstellung eines Profils verwendetes Stahlband 1 ist seitlich dargestellt, so dass nur eine Schmalseite 10 des Stahlbands 1 zu erkennen ist. Das Stahlband ist oben und unten mit einer Korrosionsschutzschicht 30 beispielsweise aus Zink beschichtet. Die Materialstärke des Stahlbands 1 ist am Rand so groß, dass ein Korrosionsschutz der Schmalseite 10 nicht ausreichend durch den sogenannten kathodischen Schutz der als Opferanode wirkenden beidseitigen Beschichtung 30 des Stahlbands gegeben ist. Das Stahlband 1 wird von einem Walzenpaar, bestehend aus einer ersten Walze 2 und einer zweiten Walze 3, von links nach rechts befördert. Die Schmalseite 10 des Stahlbands 1 wird dabei am Linieninduktor 34 eines Hochfrequenzgenerators 33 vorbeigeführt und durch die Induktion erwärmt. Die Erwärmung dient zur Vorbereitung der Aufbringung einer Schutzschicht 31 aus einem metallischen Material mittels einer Flammspritzvorrichtung 35. Nach der Erwärmung wird die Schmalseite 10 vor dem Beschichtungsvorgang durch einen Hobel 41 gereinigt. Dabei werden sowohl Verschmutzungen als auch Unebenheiten entfernt. Erst durch die Reinigung wird eine gute Haftung der späteren Schutzschicht 31 gewährleistet. Idealerweise verbindet sich die Schutzschicht 31 der Schmalseite 10 des Stahlbands 1 mit der ursprünglichen Beschichtung 30 des Stahlbands 1 zu einer homogenen Schutzschicht, die nun das gesamte Stahlband bzw. das daraus gefertigte Profil vor Korrosion schützt. Die Herstellung des Profils findet durch Kaltwalzprofilierung mittels vor- und/oder nachgeschalteter Walzen bzw. Walzenpaare statt.
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In den 2 und 3a) bis c) ist schematisch das Verfahren zur Erzielung einer Dickenveränderung an den Bandkanten eines Metallbandes dargestellt. Die in 1 verdeutlichte Beschichtung der Bandkanten kann dazu bereits vor der Dickenveränderung stattfinden. Vorzugsweise findet die Beschichtung jedoch erst statt, wenn die Dickenveränderung vollständig vollzogen ist.
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Hierbei zeigt 2 ein in eine Walzeinrichtung eingeführtes Metallband 1 mit einer ersten Walze 2 sowie einer gegenüberliegend angeordneten zweiten Walze 3, wobei das Metallband 1 zwischen den beiden Walzen gehalten und geführt wird. Das Metallband 1 weist hierbei eine vorbestimmte Dicke auf, die mit der gewünschten Enddicke der wesentlichen Bereiche des Metallbandes 1 übereinstimmt.
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In 3 sind verschiedene Schritte zur Stauchung der Bandkanten des Metallbandes 1 näher dargestellt, wobei drei einzelne Verfahrensschritte gezeigt sind, das tatsächliche Verfahren kann jedoch eine Vielzahl weiterer Schritte aufweisen, um hier eine allmähliche Veränderung der Dicke der Bandkanten, sowie die Ausformung eines Profils zu erzielen.
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Im Gegensatz zu der in 2 dargestellten Walzeinrichtung unterscheidet sich die in 3a) dargestellte Walzeinrichtung dadurch, dass die Walze 2 durch eine Führungswalze 4 ausgetauscht wurde und die Walze 3 durch eine Stützwalze 8 ausgetauscht wurde, welche deutlich schmaler ausgebildet ist, als die Führungswalze 3. Die Breite der Walze 8 ist hierbei solchermaßen gewählt, dass sich das Metallband 1 beidseitig über die Stirnseiten der Stützwalze 8 hinaus erstreckt. Der zwischen der Führungswalze 4 und Stützwalze 8 ausgebildete Klemmspalt, in welchem das Metallband 1 geführt wird, weist hierbei die gleiche Höhe wie in 2 auf, so dass die Dicke des Metallbandes im Bereich der parallel zueinander angeordneten Walzenoberflächen nicht verändert wird, die Aufgabe der beiden Walzen ist es vielmehr das Metallband während der seitlich ausgeübten Stauchung zu halten und zu führen. Die Walzenachsen beider Walzen 4 und 8 sind parallel zur Bandebene angeordnet.
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Wie in 3 dargestellt, erstreckt sich die Führungswalze 4 beidseitig über die Stützwalze 8 hinaus und ist im Bereich der an die Stirnflächen 5 angrenzenden Endabschnitte 6 der Walzenoberfläche angeschrägt ausgebildet, so dass die Walzenoberfläche konvex ausläuft. Das Metallband 1 erstreckt sich auch im Bereich der Führungswalze 4 beidseitig über die Stirnflächen 6 der Walze 4 hinaus.
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Der eigentliche Stauchvorgang wird durch Stauchwalzen 9 durchgeführt, welche beidseitig an den Stirnseiten bzw. der Bandkante 10 des Metallbandes 1 angeordnet sind. Im Gegensatz zu der Führungs- bzw. Stützwalze ist die Walzenachse der Stauchwalze 9 im wesentlichen quer zur Walzenachse der Führungswalze angeordnet und zur Bandebene geneigt angestellt. Hierdurch ergibt sich zwischen der Walzenachse 20 der Stauchwalze 9 und der Walzenachse 21 der Führungswalze 4 ein Winkel α von mehr als 90°, vorzugsweise zwischen 92° und 100°.
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Die Stauchwalzen sind in dem an das Metallband 1 angrenzenden Bereich profiliert ausgebildet um die Bandkante und wenigstens einen angrenzenden Endabschnitt der Metallbandoberfläche, d. h. der der Führungswalze 4 abgewandten Metallbandoberfläche zu umgreifen. Bei der in 3 dargestellten Stauchwalze 9 ist die Stauchwalze mit einem U-förmigen Profil ausgebildet, wobei die Bandkante zusätzlich an beiden Metallbandoberflächen von jeweils einem freien U-Schenkel umgriffen wird. Hierbei sind die U-Schenkel jedoch unterschiedlich lang ausgebildet, der freie U-Schenkel 22 an der Metallbandunterseite, d. h. an der der Führungswalze 4 abgewandten Seite ist sehr viel länger ausgebildet als der gegenüberliegende U-Schenkel 23, und erstreckt sich im wesentlichen bis zu den Stirnseiten der Stützwalze 8. Der freie U-Schenkel 22 weist ferner solche Abmessungen auf, dass er sich bis über die konvex ausgebildeten Endabschnitte 6 der Führungswalze 4 hinaus erstreckt. Hierdurch werden die in diesem Bereich entstehenden Spannungen besser auf das gesamte Material verteil. Gleichzeitig wird die Ausbildung von Graten unterdrückt.
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Der zu verformende Bereich des Metallbandes 1, wird folglich während des Stauchvorgangs zwischen der Führungswalze 4 und der Stauchwalze 9 gehalten, und die Bandkanten 10 des Metallbandes durch Ausübung einer Kraft durch die Stauchwalzen 9 in Richtung des Klemmspaltes gestaucht, wobei sich das Material durch diesen Stauchungsvorgang verformt und in den zwischen den konvexen Endabschnitten 6 der Führungswalzen 4 und den freien U-Schenkeln 22 der Stauchwalzen 9 ausgebildeten Klemmspalt eindringt. Hierbei ist der zwischen der Führungswalze 4 und der Stauchwalze 9 ausgebildete Klemmspalt, zumindest im Bereich der konvexen Endabschnitte 6, breiter ausgebildet, als der zwischen der Führungswalze 4 und der Stützwalze 8 ausgebildete Klemmspalt.
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Der erste Stauchungsschritt ist beendet, wenn der im Bereich der konvexen Endabschnitte 6 der Führungswalze 4 und der Stauchwalze 9 vorhandene Klemmspalt vollständig von dem Material des Metallbandes 1 aufgefüllt ist, d. h. die Bandkante durch Stauchung verformt wurde.
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Anschließend wird die Führungswalze 4 gegen eine neue Führungswalze 7 ausgetauscht, die wiederum eine geringere Breite als das nunmehr teilweise verdickte Metallband aufweist, so dass sich das teilweise verdickte Metallband an den beiden Bandkanten über die Stirnflächen 5 der Führungswalze 7 erstreckt. Im Gegensatz zu der ersten Führungswalze 4 sind bei der neuen Führungswalze 7 auch die konvexen Endabschnitte 6 stärker abgewinkelt, so dass trotz teilweise verdicktem Endbereich des Metallbandes 1 weiterhin ein Spalt vorhanden ist, ausgebildet zwischen der Oberfläche des Metallbandes 1 und den konvexen Endabschnitten 6 der Führungswalze 7. An der gegenüberliegenden Oberfläche weist das Metallband keine Veränderung auf, sondern weiterhin verläuft parallel zu der Walzenoberfläche der Stützwalze 8 bzw. parallel zu dem freien U-Schenkel 22 der Stauchwalze 9, die eine Ebenen mit der Walzenoberfläche der Stützwalze 8 bildet.
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Auch die Stauchwalze 9 kann nach jedem Stauchschritt durch eine neue ersetzt wird, um der zunehmenden Verformung des Bandes Rechnung zu tragen, z. B. um die Profilierung der Stauchwalze der jeweils neuen Verformung anzupassen.
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Durch erneute Ausübung von Druck auf die Bandkanten durch die Stauchwalzen 9 wird das Material des Metallbandes 1 wiederum gestaucht, und so der neuauftretende Spalt durch das sich auf diese Weise verformende Material aufgefüllt.
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Diese einzelnen Stauchungsschritte können jeweils mit einer neuen Führungswalze und neuen Stauchwalze, unter unveränderter Beibehaltung der Stützwalze 8, aufeinanderfolgend durchgeführt werden bis eine gewünschte Verdickung erzielt wird. Wird das Metallband kontinuierlich in einem Walzwerk durch aufeinanderfolgende Walzen geschoben bzw. gezogen wird natürlich auch in jedem Schritt eine neue Stützwalze 8 eingesetzt, die jedoch der vorangehenden entsprechen kann. Sofern die Stauchwalze während der einzelnen Schritt unverändert beibehalten werden soll, wäre es jedoch notwendig die Breite der Stützwalze von Schritt zu Schritt zu verändern um der Stauchung Rechnung zu tragen, Vorzugsweise erfolgt die Verformung des Metallbandes 1 in langsamen Schritten, wobei die konvexen Endabschnitte 6 jeweils unter stärkeren Winkel zulaufen, vorzugsweise in Schritten von jeweils drei Grad, bis zu einer gewünschten Endschrägung, wie z. B. in 3c) dargestellt.
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Da die Bandkante jeweils zwischen den konvexen Endbereichen gestaucht wird, erfolgt gleichzeitig mit der Verdickung auch eine gezielte Verformung des Metallbandes und somit die Ausbildung eines Profils.
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Bei dem letzten Stauchungsschritt kann die Stauchwalze 9, wie in 3c) dargestellt, mit einem Stufenprofil ausgebildet sein, wobei nur ein freier Schenkel 25 an der Metallbandunterseite anliegt und das restliche Profil parallel zu der Stirnseite 5 der Führungswalze angeordnet ist. Hierdurch wird die endgültige Form des verdickten Bereichs bestimmt.
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In 4 und 5 ist der Stauchvorgang nochmals anhand einer dreidimensionalen Darstellung verdeutlicht, wobei 5 eine Ausschnittsvergrößerung aus 4 zeigt. Beide Figuren zeigen, wie ein mittlerer Bereich des Metallbandes 1 zwischen der Führungswalze 4 und der Stützwalze 8 gehalten wird. Beide Walzen sind parallel zu einander angeordnet und die Walzenachsen verlaufen parallel zueinander und parallel zu der Bandebene. Die Endabschnitte der Führungswalze laufen konkav aus, d. h. sie sind mit einer Fase versehen. Dieser Bereich dient bei der nachfolgenden Stauchung der Verformung des Metallbandes.
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Die Endabschnitte des Metallbandes 1, d. h. die sich über die Stützwalze 8 hinaus erstreckenden Bereiche des Metallbandes 1 werden an der Metallbandoberseite von der Führungswalze und an der Metallbandunterseite von seitlich angeordneten Stützwalzen 9 gehalten. Die Stützwalzen sind relativ zu der Bandebene verkippt, d. h. sie sind leicht von den Führungswalzen weg nach unten geneigt. Durch diese Neigung der Stützwalzen 9 kann auch von den Stützwalzen 9 auf die Unterseite des Metallbandes eine ausreichende Kraft übertragen werden um hier eine Verformung zu verhindern.
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Die Stützwalze ist profiliert ausgebildet, so dass von der Stützwalze nicht nur ein Bereich der Metallbandunterseite, sondern auch die Bandkante und ein Bereich der Metallbandoberseite umschlossen wird. Im Gegensatz zu dem an der Metallbandunterseite anliegendem Schenkel 22 der Stützwalze, der sich deutlich über den zu verdickenden Bereich hinaus erstreckt, wird die Metallbandoberseite jedoch nur über einen Teil des verdickten Bereiches geführt. Der Bereich zwischen den beiden U-Schenkel, kann wie im vorliegenden Beispiel dargestellt gerundet ausgebildet sein, um das Metallband 1 entsprechen der Rundung zu verformen.
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Nachdem das Metallband 1 durch die gewünschte Anzahl der Stauchungsschritte mit einer verdickten Bandkante ausgebildet ist, wobei sich der verdickte Bereich lediglich im Bereich einer Oberfläche des Metallbandes 1 als unter einem vorbestimmten Winkel nach außen gleichmäßig erstreckende Endabschnitte ausgebildet ist, wird das solchermaßen erhaltene Metallband in einem sich unmittelbar an die Stauchung anschließenden Verformungsverfahren zu dem gewünschten Endprofil umgeformt.
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Hierbei erfolgt zunächst eine Abwinklung der verdickten Endabschnitte des Metallbandes 1, wobei auch diese Abwinklung nicht abrupt, sondern langsam, in einer Vielzahl von einzelnen Verformungsschritten, durchgeführt wird. In den 6a) und 6b) sind hierbei unterschiedliche Schritte während der Verformung dargestellt, einmal, wie in 6 dargestellt, nachdem die verdickte Oberfläche in einem Winkel von 90° zu der unveränderten Oberfläche des Metallbandes 1 abgeknickt wurde, sowie in 6b), das fertig abgewinkelte Profil, wobei sich die beiden verdickten Endabschnitte aufeinander zu erstrecken, und die unveränderte Oberfläche des Metallbandes 1 unter einem Winkel vom 90° abgewinkelt ist.
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Um das entsprechende in 6 erhaltene Profil z. B. zu einer C-förmigen Montageschiene umzuformen, können eine Vielzahl von weiteren Verformungsvorgängen eingesetzt werden, wobei die Verformung auch hier wieder schrittweise erfolgt. 7a) und 7b) zeigen hierbei zwei teilweise verformte Profile während des Verformungsvorganges.
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Das fertig verformte Profil in Form einer C-Schiene ist schließlich in 7c) dargestellt. Hierbei umfasst das fertig gestellte Profil einen Basisbereich sowie sich zwei senkrecht dazu erstreckende Schenkel, an welche sich schließlich die abgewinkelten verdickten Bereich anschließen. Die abgewinkelten verdickten Bereiche erstrecken sich hierbei aufeinander zu, wobei zwischen den beiden Bereichen ein Spalt ausgebildet ist.
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In 8 und 9 ist das Verfahren zur Herstellung eines Profils durch Kaltwalzprofilieren eines verzinkten, oder mit Zink-Aluminium, Aluminium-Zink, Zink-Magnesium oder Aluminium beschichteten Stahlbands nach Anspruch 4 dargestellt. Gezeigt ist in 8 ein Querschnitt durch eine längs eines mittels Kaltwalzprofilieren eines Stahlbands 1 hergestellten Profils verlaufende Schweißnaht 32 sowie durch die an die Schweißnaht 32 angrenzenden Bereiche des verschweißten Stahlbands 1. Das Stahlband ist auf der Oberseite mit einer Korrosionsschutzschicht 30 aus beispielsweise Zink beschichtet. Die Beschichtung kann auch beidseitig vorhanden sein. Im Bereich der Schweißnaht 32, insbesondere in den an die Schweißnaht angrenzenden Bereichen wurde die Schutzschicht 30 vor der Schweißung entfernt oder durch die Schweißung verdampft. Es besteht daher dort zunächst kein wirksamer Korrosionsschutz. Die Schweißnaht wird unmittelbar vor den im Folgenden beschriebenen Verfahrensschritten mittels einer punktförmigen Wärmequelle, beispielsweise einem Laser, erzeugt. Der dabei entstehende Wärmeeintrag ist lokal auf die Schweißnaht begrenzt, die an die Schweißnaht angrenzenden Bereiche werden durch den Laser nicht stark erhitzt. Schweißnaht 32 und/oder angrenzende Bereiche werden nun zunächst von einem Linieninduktor 34 induktiv erwärmt um die Haftung der anschließend aufgetragenen Schutzschicht 31 zu ermöglichen. Der Linieninduktor 34 wird von einem Hochfrequenzgenerator 33 gespeist. Nach der Erwärmung werden Schweißnaht 32 und angrenzende Bereiche vor dem Beschichtungsvorgang durch einen Hobel 41 gereinigt. Dabei werden sowohl Verschmutzungen als auch Unebenheiten wie die Wulst der Schweißnaht 32 entfernt. Erst durch die Reinigung wird eine gute Haftung der späteren Schutzschicht 31 gewährleistet. Die Schutzschicht 31 wird auf Schweißnaht 32 und daran angrenzende Bereiche mittels einer Flammspritzvorrichtung 35 aufgetragen. Die zum Einsatz kommende Flammspritzvorrichtung ist in 9 näher gezeigt, die einen Längsschnitt durch die Schweißnaht 32 zeigt. In 9 wird das Stahlband von rechts nach links nacheinander an Induktor 34, Hobel 41, und Flammspritzeinrichtung 35 vorbeigeführt. Die Flammspritzeinrichtung 35 besteht im Wesentlichen aus einer Düse, durch die pulverförmig zugeführtes metallisches Material 38, wie zum Beispiel pulverförmiges Zink, mittels Druckgas 39 zerstäubt und auf die Schweißnaht 32 und daran angrenzende blanke Bereiche geblasen wird. Als Druckgas 39 eignen sich vorzugsweise Edelgase. Das zerstäubte Metallpulver 38 wird durch eine ringförmig darum erzeugte Flamme 37 geschmolzen, bevor es auf die mittels Induktion erwärmte Schweißnaht 32 auftrifft. Durch das Schmelzen des Metallpulvers 38 wird somit ein strahlförmiger Sprühnebel 36 aus flüssigem Metallpulver erzeugt, mit dem Schweißnaht 32 und angrenzende Bereiche besprüht werden. Zur Erzeugung der ringförmigen Flamme 37 wird in die Düse der Flammspritzvorrichtung ein Flammgas 40 eingeführt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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