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Die Erfindung betrifft ein Spritzgußteil, insbesondere eine Drosselscheibe eines Hydrolagers bzw. einer Hydrobuchse, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Spritzgießform zur Herstellung eines derartigen Spritzgußteils gemäß des Anspruchs 10.
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Das Spritzgießen stellt ein Urformverfahren dar, welches hauptsächlich in der Kunststoffverarbeitung eingesetzt wird. Hierbei wird mit einer Spritzgießmaschine der jeweilige Werkstoff verflüssigt und in eine Form, das Spritzgießwerkzeug, unter Druck eingespritzt. Im Werkzeug geht der Werkstoff z.B. durch Abkühlung wieder in den festen Zustand über und kann nach dem Öffnen des Werkzeugs als Fertigteil entnommen werden. Auf diese Weise können insbesondere Massenartikel aus Kunststoff einfach, schnell und kostengünstig hergestellt werden.
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Als Werkstoffe werden für Produkte z.B. im Automobilbereich technische Kunststoffe wie z.B. Polyamid oder Polyoxymethylen verwendet. Hierdurch können Produkte hergestellt werden, die üblicherweise ein geringeres Gewicht als vergleichbare Bauteile aus z.B. Aluminium aufweisen. Diese Gewichtsreduzierung ist im Automobilbereich erwünscht, um das Gewicht des Fahrzeugs und damit dessen Energieverbrauch zu reduzieren.
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Beispielsweise können Drosselscheiben für Hydrolager bzw. Hydrobuchsen aus Kunststoff hergestellt werden. Diese dienen der Abgrenzung der Kammern eines Hydrolagers bzw. einer Hydrobuchse gegeneinander und gewährleisten gleichzeitig den Austausch der Hydrolagerflüssigkeit zwischen diesen Kammern. Zu diesem Zweck weisen Drosselscheiben Durchlässe für die Flüssigkeit auf, die die beiden Kammern miteinander verbinden. Diese Durchlässe sind üblicherweise kreisrund ausgebildet und in einem gleichmäßigen Muster über die Drosselscheibe verteilt angeordnet, die hierdurch Stege mit einer Gitterstruktur ausbildet.
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Nachteilig ist bei der Herstellung eines Spritzgießteils wie z.B. einer Drosselscheibe mit kreisförmigen Durchlässen, dass die Schmelze des Kunststoffmaterials hinter den Durchlässen bzw. Aussparungen, die während des Spritzgießverfahrens von dem Material des Spritzgießwerkzeugs eingenommen werden, derart zusammenfließen kann, dass sich an diesen Stellen Bindenähte überall im Spritzgußteil bilden können. Diese Bindenähte reduzieren die Stabilität des Spritzgußteils und können zu einer Nichteignung der Werkstoff-Geometrie-Kombination für die entsprechende Anwendung führen.
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Genauer gesagt resultieren die Bindenähte aus den unterschiedlichen Fließwiderständen, die die Schmelze in der gegebenen Geometrie des Spritzgießwerkzeugs, d.h. in den Hohlräumen des Spritzgießwerkzeugs, in denen die Stege des Spritzgießteils durch die Schmelze auszubilden sind, erfährt. In diesen Hohlräumen können zwei Schmelzeflüsse mit ihren Fließfronten hinter einer Aussparung derart frontal aufeinander treffen, dass keine bzw. eine unzureichende Durchmischung der beiden Schmelzen an dieser Stelle stattfindet. Dies kann daraus resultieren, dass die gegebene Geometrie des Spritzgießwerkzeugs die Bereiche des Zusammenflusses der zwei Schmelzeflüsse im Bezug auf das Voranschreiten der Schmelzeflüsse derart ungünstig positioniert ist, dass für die Schmelzeflüsse keine Möglichkeit zum erneuten Durchfließen desselben Bereich besteht. Die beiden Schmelzeflüsse erhärten dann aneinander anliegend zu den Stegen, aber nicht als eine durchgängig ausgebildete Schmelze bzw. ein durchgängig ausgebildeter Steg. Hierdurch wird die Stabilität der Spritzgußteils an dieser Stelle reduziert.
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Ferner kann es an der Stelle von aufeinandertreffenden Schmelzeflüssen zu Lufteinschlüssen kommen, falls die Fließfronten der Schmelzeflüsse derart aufeinandertreffen, dass die zwischen ihnen befindliche Luft nicht entweichen kann. Hierdurch kann es zu einer Kehlbildung ohne Materialkontakt zwischen den Schmelzeflüssen kommen, welche die Stabilität des Spritzgußteils an dieser Stelle noch weiter reduziert.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Spritzgußteil, insbesondere eine Drosselscheibe eines Hydrolagers bzw. einer Hydrobuchse, der eingangs beschriebenen Art mit einer gegenüber bekannten Spritzgußteilen reduzierten Anzahl von Bindenähten bereit zu stellen. Zumindest soll die Ausprägung der Bindenähte reduziert werden.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Spritzgußteil, insbesondere eine Drosselscheibe eines Hydrolagers bzw. einer Hydrobuchse, mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Spritzgießform mit den Merkmalen gemäß Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Somit betrifft die vorliegende Erfindung ein Spritzgußteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Das Spritzgußteil zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens zwischen einem ersten Materialbereich, welcher durch einen ersten Schmelzefluß ausgebildet wurde, und einem zweiten Materialbereich, welcher durch einen zweiten Schmelzefluß ausgebildet wurde, ein Winkel α von größer als 0° und weniger als 180° eingeschlossen wird.
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Der vorliegenden Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass Bindenähte aus einem frontalen Aufeinandertreffen der Fließfronten zweier Schmelzeflüsse resultieren können. Bei einem derartigen frontalen Aufeinandertreffen der Fließfronten der Schmelzeflüsse beträgt der Winkel α zwischen den Fließfronten der beiden Schmelzeflüsse und damit auch zwischen den durch diese nach dem Erhärten ausgebildeten Materialbereichen 0°.
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Somit können Bindenähte und die hieraus resultierende Schwächung der Struktur des Spritzgußteils vermieden werden, falls die Fließfronten zweier Schmelzeflüsse eben nicht frontal sondern in einem größeren Winkel α über 0° und gleichzeitig unter 180° derart aufeinandertreffen, dass anstelle einer Bindenaht eine Fließnaht entsteht bzw. dass der Bereich des Zusammentreffens derart ausreichend als Fließnaht ausgeprägt ist, dass die Nachteile einer Bindenaht vermieden oder zumindest reduziert werden können.
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Auch kann so der Race-Track-Effekt vermieden werden. Hierunter wird verstanden, dass ein Teil eines Schmelzeflusses einen anderen Teil desselben Schmelzeflusses insbesondere an den Außenbereichen eines auszubildenden Spritzgußteils überholen kann, da dort der Fließwiderstand geringer ist als der Fließwiderstand, der durch die Geometrie des Spritzgießwerkzeugs gegeben ist. Durch dieses Überholen kann es im Inneren des Spritzgußteils zu Lufteinschlüssen kommen.
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Unter einer Fließnaht wird ein Zusammentreffen der Fließfronten zweier Schmelzeflüsse verstanden, so dass die zusammengetroffenen Schmelzeflüsse als ein resultierender Schmelzefluß mit einer gemeinsamen Fließfront zusammen weiterfließen. Hierzu ist ein Aufeinandertreffen der Fließfronten der Schmelzeflüsse an der Stelle der Fließnaht in einem Winkel α über 0° erforderlich, so dass die zusammengetroffenen Schmelzen als eine resultierende Schmelze in ein und dieselbe Richtung gedrückt werden und in diese auch gemeinsam weiterfließen können. Dieser Winkelbereich α reicht bis 180°, weil dann die Fließfronten der beiden Schmelzeflüsse parallel zueinander verlaufen.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung beträgt der Winkel α zwischen 10° und 150°. Durch einen Winkel α von über 10° kann die erfindungsgemäße Vermeidung von Bindenähten durch die Ausbildung von Fließnähten erreicht werden. Gleichzeitig kann aus dem maximalen Winkel α von 150° eine Ausbildung der Aussparung bzw. des Durchlasses zwischen den beiden Materialbereichen in der Größe resultieren, dass dieser Durchlass z.B. bei der Drosselscheibe eines Hydrolagers bzw. einer Hydrobuchse einen ausreichenden Fluiddurchfluss mit einer reduzierten turbulenten Strömung zwischen den Kammern ermöglichen kann.
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Besonders bevorzugt beträgt der Winkel α zwischen 30° und 120°. Durch den maximalen Winkel α von 120° kann die Aussparung bzw. der Durchlass zwischen den beiden Materialbereichen vergrößert und die Form der Aussparung bzw. des Durchlasses einer kreisrunden Form angenähert werden, welche z.B. bei der Drosselscheibe eines Hydrolagers bzw. einer Hydrobuchse einen sehr gleichmäßigen Fluiddurchfluss zwischen den Kammern über die Fläche der Drosselscheibe ermöglichen kann. Gleichzeitig kann ein Winkel α von 30° und größer eine sichere Ausbildung einer Fließnaht beim Zusammentreffen der Fließfronten zweier Schmelzeflüsse bedingen.
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Sehr besonders bevorzugt beträgt der Winkel α zwischen 45° und 90°. Durch den maximalen Winkel α von 90° kann die Aussparung bzw. der Durchlass zwischen den beiden Materialbereichen weiter vergrößert und die Form der Aussparung bzw. des Durchlasses einer kreisrunden Form weiter angenähert werden. Gleichzeitig kann ein minimalen Winkel α von 45° die Ausbildung einer Fließnaht beim Zusammentreffen der Fließfronten zweier Schmelzeflüsse noch sicherer bedingen.
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Ganz besonders bevorzugt beträgt der Winkel α ungefähr 60°. Dieser Winkelwert stellt einen guten Kompromiß zwischen der Größe und bzw. oder Form der Aussparung bzw. des Durchlasses und der Fließnahtausbildung beim Zusammentreffen der beiden Schmelzeflüsse dar.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind der erste Materialbereich und der zweite Materialbereich durch dieselbe erste Aussparung zueinander beabstandet. Somit werden diese beiden Materialbereiche auch durch benachbarte Fließfronten der Schmelzeflüsse während des Spritzgießverfahrens ausgebildet, die danach beim Zusammentreffen unter einem entsprechenden Winkel α auch eine Fließnaht anstelle einer Bindenaht ausbilden können.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung grenzen der erste Materialbereich und der zweite Materialbereich gemeinsam an einen dritten Materialbereich an und der erste Materialbereich und der dritte Materialbereich sind durch dieselbe zweite Aussparung zueinander beabstandet und der zweite Materialbereich und der dritte Materialbereich sind durch dieselbe dritte Aussparung zueinander beabstandet. Durch diese Anordnung der Materialbereiche und Aussparungen zueinander wird eine Geometrie geschaffen, deren Ausbildung durch ein Spritzgießverfahren zu einem Aufeinandertreffen zweier Schmelzeflüsse als erste und zweite Materialbereiche führen kann, welche unter Bildung einer gemeinsamen Fließfront des resultierenden Schmelzeflusses den dritten Materialbereich ausbilden können.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weisen der erste Materialbereich, der zweite Materialbereich und der dritte Materialbereich dieselbe Querschnittsfläche auf. Auf diese Weise können sich die Schmelzeflüsse an Gabelungen gleichmäßig aufteilen, so dass sich gleiche Volumenströme bilden, die sich an der Stelle der nächsten Fließnaht unter Ausbildung eines gleichmäßigen Volumenstroms wieder vereinen können.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist wenigstens eine Aussparung bzw. sind vorzugsweise alle Aussparungen als Vieleck(e) mit mindestens drei Ecken ausgebildet. Da ein Vieleck stets Innenwinkel α über 0° aufweist, ist hierdurch die Ausbildung von Fließnähten gewährleistet. Gleichzeitig können durch ein Vieleck mit mindestens drei Ecken, d.h. ein Dreieck, Innenwinkel α von unter 180° gewährleistet werden. Vorzugsweise ist das Vieleck bzw. sind die Vielecke gleichwinkelig ausgebildet.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist wenigstens eine Aussparung bzw. sind vorzugsweise alle Aussparungen als Sechseck(e) ausgebildet. Hierdurch werden die Winkelbereiche α eingehalten, die die Ausbildung von Fließnähten bedingen. Gleichzeitig lassen sich mehrere sechseckige Aussparungen bzw. Durchlässe von allen Vielecken am kompaktesten anordnen. Auch können bei einer sechseckigen Gitterstruktur die Aussparungen am gleichmäßigsten über die Fläche des Spritzgußteils verteilt angeordnet werden.
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Vorzugsweise ist das Sechseck bzw. sind die Sechsecke gleichwinkelig ausgebildet. Hierdurch ergibt sich eine wabenförmige Gitterstruktur, wobei jeder Innenwinkel des Sechsecks 120° beträgt und damit die Stege des Sechsecks durch Schmelzeströme ausgebildet werden können, deren Fließfronten beim Schließen der Struktur um das Sechseck unter einem Winkel α von ungefähr 60° aufeinandergetroffen sind.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Vieleck oder das Sechseck bzw. sind die Vielecke oder die Sechsecke gleichseitig ausgebildet. Dies nähert die Form der Vielecke der Form eines Kreises bestmöglich an, wodurch z.B. bei der Drosselscheibe eines Hydrolagers bzw. einer Hydrobuchse ein möglichst gleichmäßiger Fluiddurchfluss zwischen den Kammern durch die Durchlässe begünstigt werden kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der Spritzgußkörper einen glasfaserverstärkten Kunststoff auf. Durch die Einbringung von Glasfasern in das Kunststoffmaterial wird die Stabilität des Spritzgußteils erhöht, wodurch der Vorteil des geringeren Gewichts auch bei Anwendungen mit Belastungen mit größeren Kräften und bzw. oder Momenten genutzt werden kann. Dieser Vorteil kann insbesondere dadurch genutzt werden, dass bei glasfaserverstärkten Kunststoffen die verstärkende Wirkung der Glasfasern an Bindenähten durch eine an dieser Stelle rein senkrechte Ausrichtung der Glasfasern zur Fließrichtung gar nicht auftritt, d.h. sich Bindenähte bei glasfaserverstärkten Kunststoffen noch deutlicher stabilitätsschwächend auswirken als bei unbefüllten Kunststoffen.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Spritzgießform zur Herstellung eines Spritzgußteils wie zuvor beschrieben.
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Ein Ausführungsbeispiel und weitere Vorteile der Erfindung werden nachstehend im Zusammenhang mit den folgenden Figuren erläutert. Darin zeigt:
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1a eine schematische Draufsicht auf ein Spritzgußteil gemäß dem Stand der Technik;
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1b einen Ausschnitt der 1a;
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2a eine schematische Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Spritzgußteil;
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2b einen Ausschnitt der 2a;
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3a eine Prinzipskizze zweier frontal aufeinandertreffender Fließfronten zweier Schmelzeströme unter Ausbildung einer (reinen) Bindenaht;
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3b eine Prinzipskizze zweier parallel aufeinandertreffender Fließfronten zweier Schmelzeströme unter Ausbildung einer (reinen) Fließnaht; und
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3c eine Prinzipskizze zweier schräg aufeinandertreffender Fließfronten zweier Schmelzeströme unter Ausbildung einer Fließnaht.
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1a zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Spritzgußteil 1 gemäß dem Stand der Technik. 1b zeigt einen Ausschnitt X der 1a. Das Spritzgußteil 1 ist eine Drosselscheibe 1 eines Hydrolagers bzw. einer Hydrobuchse und weist einen Spritzgußkörper 10 bzw. einen Drosselscheibenkörper 10 mit einem Spritzgußkörperrand 11 bzw. einem Drosselscheibenkörperrand 11 auf. Innerhalb des Drosselscheibenkörperrands 11 ist eine Gitterstruktur ausgebildet, welche durch eine Mehrzahl von Materialbereichen 12 gebildet wird, die durch Aussparungen 13 unterbrochen sind. Die Materialbereiche 12 bilden Stege 12 und die Aussparungen 13 bilden Durchflussöffnungen 13, damit das Fluid durch die Durchlassöffnungen 13 zwischen den Kammern des Hydrolagers bzw. der Hydrobuchse fließen kann.
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Die Stege 12 werden beim Spritzgießverfahren durch die Schmelze gebildet, welche durch die entsprechenden Kanäle bzw. Hohlräume der Spritzgießform gedrückt wird, bis alle Hohlräume der Spritzgießform mit Kunststoff ausgefüllt sind. Die Bereiche des Materials der Spritzgießform bilden die späteren Aussparungen 13 des Spritzgießteils 1. Dabei hängt die Ausbildung des fertigen Spritzgußteils 1 stark von dem Fluß der Schmelze S in den Hohlräumen des Spritzgießwerkzeugs während des Verfahrens ab.
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Eine mögliche Ausbildung der Fließfronten F von Schmelzeflüssen S bei der Herstellung der Drosselscheibe 1 zeigt die 1b anhand eines Ausschnitts X der 1a. Dort wird ein Hohlraum der Spritzgießform von einem Schmelzefluß S durchflossen, um u.a. einen ersten Steg 12a auszubilden. Von diesem Schmelzefluß S teilt sich danach ein erster Schmelzefluß Sa ab und fließt mit seiner Fließfront Fa voran nach rechts in einem weiteren Hohlraum, um dort einen zweiten Steg 12b auszubilden. In diesem Hohlraum trifft die Fließfront Fa des ersten Schmelzeflusses Sa auf die Fließfront Fb eines zweiten Schmelzeflusses Sb, welcher einem Schmelzefluß F entspringt, der zuvor einen Hohlraum zur Ausbildung eines dritten Steges 12c durchflossen hat und danach zumindest teilweise nach links geflossen ist. Zwischen den drei auszubildenden Stegen 12a, 12b, 12c wird eine erste Aussparung 13a bzw. eine erste Durchflussöffnung 13a ausgebildet.
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Im Hohlraum des auszubildenden zweiten Steges 12b treffen die Fließfronten Fa, Fb der beiden Schmelzeflüsse Sa, Sb frontal aufeinander, d.h. unter einem Winkel α von etwa 0°. Hierdurch wird eine Durchmischung der beiden Schmelzeflüsse Sa, Sb verhindert, so dass diese aneinandergedrückt erhärten und sich an dieser Stelle eine Bindenaht B bildet, die eine geringere Stabilität als die übrigen Materialbereiche 12 aufweist. Auch kann es hier zur Kehlbildung kommen, falls die zwischen den beiden Schmelzeflüssen Sa, Sb eingeschlossene Luft nicht aus der Spritzgießform entweichen kann.
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2a zeigt eine schematische Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Spritzgußteil 1. 2b zeigt einen Ausschnitt X der 2a. Bei diesem erfindungsgemäßen Spritzgußteil 1 als Drosselscheibe 1 sind die Durchlassöffnungen 13 als gleichseitige und gleichwinkelige Sechsecke 13 ausgebildet, die eine Gitterstruktur mit Stegen 12 mit gleichen Querschnittsflächen bilden. Beim Spritzgießverfahren treffen auf diese Weise die Fließfront Fa eines ersten Schmelzeflusses Sa zur Ausbildung eines ersten Stegs 12a und die Fließfront Fb eines zweiten Schmelzeflusses Sb zur Ausbildung eines zweiten Stegs 12b unter Ausbildung einer Fließnaht C unter einem Winkel α von etwa 60° aufeinander und fließen dann als resultierender gemeinsamer Schmelzefluß Sc in einen Hohlraum der Spritzgießform zur Ausbildung eines dritten Stegs 12c weiter. Um die drei Stege 12a, 12b, 12c herum werden durch das Material der Spritzgießform drei Durchflussöffnungen 13a, 13b, 13c gebildet.
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Durch das Aufeinandertreffen der beiden Schmelzeflüsse Sa, Sb unter dem Winkel α von 60° wird ein gemeinsames Weiterfließen der beiden Schmelzeflüsse Sa, Sb als resultierender Schmelzefluß Sc erreicht, so dass die Stelle des Zusammentreffens der beiden Schmelzeflüsse Sa, Sb eher durch das Verhalten von aufeinandertreffenden Schmelzeflüssen S an einer Fließnaht C anstelle einer Bindenaht B charakterisiert ist und hierdurch eine Bindenaht B an dieser Stelle erfindungsgemäß vermieden bzw. deren Ausprägung reduziert werden kann. Somit soll eine Stelle zweier zusammentreffender Schmelzeflüsse S, die zumindest teilweise die Charakteristik einer Fließnaht C aufweist, als Fließnaht C angesehen und als solche bezeichnet werden, auch diese Stelle gleichzeitig und sogar überwiegend Merkmale einer Bindenaht B aufweist.
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3a zeigt eine Prinzipskizze zweier frontal aufeinandertreffender Fließfronten Fa, Fb zweier Schmelzeströme Sa, Sb unter Ausbildung einer (reinen) Bindenaht B. Die Fließfronten Fa, Fb verlaufen parallel zueinander und die jeweiligen Schmelzeflüsse Sa, Sb bzw. Normalen Na, Nb der Fließfronten Fa, Fb, die zu den Fließfronten Fa, Fb jeweils rechtwinkelig stehen, fallen aufeinander. Die Fließfronten Fa, Fb bilden hierdurch zwischen sich einen Winkel α von 0° aus.
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3b zeigt eine Prinzipskizze zweier parallel aufeinandertreffender Fließfronten Fa, Fb zweier Schmelzeströme Sa, Sb unter Ausbildung einer (reinen) Fließnaht C. Die Schmelzeflüsse Sa, Sb bzw. Normalen Na, Nb der Fließfronten Fa, Fb verlaufen parallel zueinander und die jeweiligen Fließfronten Fa, Fb, die zu den Schmelzeflüssen Sa, Sb bzw. Normalen Na, Nb jeweils rechtwinkelig stehen, fallen aufeinander. Die Fließfronten Fa, Fb bilden hierdurch zwischen sich einen Winkel α von 180° aus.
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3c zeigt eine Prinzipskizze zweier schräg aufeinandertreffender Fließfronten Fa, Fb zweier Schmelzeströme Sa, Sb unter Ausbildung einer Fließnaht C. Die Fließfronten Fa, Fb bilden zwischen sich einen Winkel α von 60° aus.
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Bezugszeichenliste
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- α
- Winkel zwischen Fließfronten zweier Schmelzeflüsse S
- B
- Bindenaht(stelle)
- C
- Fließnaht(stelle)
- F
- Fließfronten der Schmelzeflüsse S
- Fa
- Fließfront des ersten Schmelzeflusses Sa
- Fb
- Fließfront des zweiten Schmelzeflusses Sb
- Na
- Normale zur Fließfront Fa des ersten Schmelzeflusses Sa
- Nb
- Normale zur Fließfront Fb des zweiten Schmelzeflusses Sb
- S
- Schmelzeflüsse
- Sa
- erster Schmelzefluß
- Sb
- zweiter Schmelzefluß
- Sc
- dritter Schmelzefluß
- X
- Ausschnitt einer Darstellung
- 1
- Spritzgußteil, Drosselscheibe eines Hydrolagers bzw. einer Hydrobuchse
- 10
- Spritzgußkörper, Drosselscheibenkörper
- 11
- Spritzgußkörperrand, Drosselscheibenkörperrand
- 12
- Materialbereiche, Stege
- 12a
- erster Materialbereich, erster Steg
- 12b
- zweiter Materialbereich, zweiter Steg
- 12c
- dritter Materialbereich, dritter Steg
- 13
- Aussparungen, Durchflussöffnungen
- 13a
- erste Aussparung, erste Durchflussöffnung
- 13b
- zweite Aussparung, zweite Durchflussöffnung
- 13c
- dritte Aussparung, dritte Durchflussöffnung
