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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Einsatz zur Befestigung einer Wand an einer Tragstruktur eines Verkehrsmittels sowie ein Wandsystem mit zumindest einem entsprechenden Einsatz.
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Hintergrund der Erfindung
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In modernen Verkehrsmitteln werden für verschiedenste Einbauten und Anbauten Wände, so z.B. Leichtbauwände, eingesetzt, die neben einem geringen Gewicht auch eine ausreichende bzw. hohe Festigkeit aufweisen. Insbesondere in modernen Verkehrsflugzeugen werden innerhalb des Rumpfs zahlreiche Leichtbauwände als Sandwich konzipiert, umfassend mindestens eine Kernschicht und eine, zwei oder mehr Deckschichten. Exemplarisch zu nennen wären Trennwände sowie Wände von Monumenten, so z.B. Lavatories oder Küchenelemente, in der Kabine. Diese Leichtbauwände sind in der Regel mittels entsprechender Beschläge an einer Tragstruktur, so z.B. einer Fußbodenstruktur, befestigt.
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Beschreibung der Erfindung
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Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist es, eine möglichst leichte und zuverlässige Befestigung einer Wand an einer Tragstruktur eines Verkehrsmittels sowie ein möglichst leichtes Wandsystem zu ermöglichen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die Erfindung zeichnet sich gemäß einem ersten Aspekt aus durch einen Einsatz zur Befestigung einer Wand an einer Tragstruktur eines Verkehrsmittels. Der Einsatz weist ein erstes und ein zweites Schenkelelement und ein das erste und zweite Schenkelelement verbindendes Verbindungselement auf. Das erste und das zweite Schenkelelement und das Verbindungselement sind gebildet durch:
- - eine Umfangsfläche, die an der Wand befestigbar ist,
- - eine erste und eine zweite Stirnfläche, wobei die erste und zweite Stirnfläche mit der Umfangsfläche einen Hohlraum bildet und in diesem Hohlraum eine belastungsgerechte Struktur angeordnet ist, die mit der ersten und zweiten Stirnfläche und der Umfangsfläche einstückig ausgebildet ist.
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Ein derartiger Einsatz ermöglicht eine besonders leichte Anbindung der Wand an die Tragstruktur. Insbesondere eine nicht-massive und belastungsgerechte Ausführung des Einsatzes kann zu einer erheblichen Gewichtsreduzierung beitragen.
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Der Einsatz, umfassend die erste und zweite Stirnfläche sowie die Umfangsfläche und die Struktur, besteht vorzugsweise aus demselben Material, so z.B. aus Metall, vorzugsweise Aluminium, oder aus Kunststoff, vorzugsweise Glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK). Alternativ kann der Einsatz aber auch aus unterschiedlichen, aber miteinander stoffschlüssig verbindbaren Materialen gebildet sein. Der Einsatz ist einstückig, als nicht-gefügtes, stoffschlüssiges Bauteil ausgebildet und kann beispielsweise mittels Schweiß- und/oder additive Fertigungsverfahren hergestellt sein, die eine solche nicht-gefügte, stoffschlüssige Bauteilstruktur ermöglichen.
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Mittels dem ersten und zweiten Schenkelelement und dem diese beiden Schenkelelemente verbindenden Verbindungselement weist der Einsatz als Ganzes in einer Draufsicht vorzugsweise eine U-Form auf. Auch die erste und die zweite Stirnfläche sind jeweils u-förmig ausgebildet und mittels der Umfangsfläche miteinander verbunden. Die Umfangsfläche bildet sozusagen zumindest teilweise eine Mantelfläche des Einsatzes. Ferner bildet die Umfangsfläche einen sogenannten Krafteinleitungsbereich, um Kräfte, die auf die Wand wirken, an den Einsatz abzuleiten.
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Die zumindest eine Stirnfläche bildet einen Beschlaganbindungsbereich. D.h. an diesem kann jeweils ein Beschlag befestigt werden, um aus der Wand abgeleitete Kräfte über die zumindest eine Stirnfläche an die Tragstruktur abzuleiten.
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In dem durch die erste und zweite Stirnfläche sowie die Umfangsfläche gebildeten, vorzugsweise zusammenhängenden Hohlraum befindet sich die belastungsgerechte Struktur. Belastungsgerechte bedeutet in diesem Zusammenhang, dass diese in den Einsatz eingeleitete, vorgegebene Kräfte materialeffizient ableitet ohne zu versagen.
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Die Wand ist vorzugsweise mittels des Einsatzes an einer Tragstruktur eines Verkehrsmittels, so z.B. eines Luftfahrzeugs, befestigt. Die Wand selbst ist vorzugsweise als Leichtbauwand ausgebildet. Als solche umfasst diese mindestens eine Kernschicht und eine, zwei oder mehr Deckschichten. Die zumindest eine Deckschicht kann beispielsweise als eine Kompositschicht umfassend Glasfaser und/oder Kohlenstofffaser ausgebildet sein. Vorzugsweise sind die mehreren Deckschichten parallel zu einander angeordnet. Die Kernschicht kann beispielsweise als eine Wabenkernschicht („Honeycomp“) ausgebildet sein.
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Die Tragstruktur ist beispielsweise eine Fußbodenstruktur eines Luftfahrzeugs, so z.B. eines Verkehrsflugzeugs.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des ersten Aspekts umfasst die in dem Hohlraum angeordnete Struktur mehrere Befestigungsbereiche, wobei jedem Befestigungsbereich zumindest eine Befestigungsbohrung zugeordnet ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des ersten Aspekts erstreckt sich der jeweilige Befestigungsbereich von der ersten bis zur zweiten Stirnfläche und ist räumlich begrenzt um die Befestigungsbohrung herum angeordnet.
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Der jeweilige Befestigungsbereich ist in einem räumlich begrenzten Bereich um die Befestigungsbohrung herum vorzugsweise massiv ausgebildet. Räumlich begrenzt bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der massive Bereich sich um die Befestigungsbohrung nur in einem radial begrenzten Bereich erstreckt, aber nicht den ganzen, durch die Stirnflächen und der Umfangsfläche gebildeten Hohlraum einnimmt. Das bedeutet, dass der Befestigungsbereich den Hohlraum nicht unterteilt oder trennt, sondern weiterhin ein zusammenhängender Hohlraum vorliegt.
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Mittels der Befestigungsbohrung kann ein Beschlag an dem Einsatz befestigt werden. Vorzugsweise ist der jeweilige Befestigungsbereich derart im Hohlraum des Einsatzes angeordnet, dass auch der Beschlag sicher und zuverlässig an dem Einsatz befestigt werden kann. Dabei erstreckt sich der jeweilige Befestigungsbereich über die gesamte Dicke des Einsatzes, d.h. von der ersten bis zur zweiten Stirnfläche. In anderen Worten ist der Befestigungsbereich einstückig mit der ersten und zweiten Stirnfläche gebildet.
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Die jeweilige Befestigungsbohrung kann senkrecht zu der ersten und zweiten Stirnfläche verlaufen. Ferner kann sich die jeweilige Befestigungsbohrung von der ersten bis zur zweiten Stirnfläche erstrecken. Das heißt die Bohrungsöffnung der jeweiligen Befestigungsbohrung ist in der ersten und/oder zweiten Stirnfläche angeordnet und nicht in der Umfangsfläche.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des ersten Aspekts weist die in dem Hohlraum angeordnete Struktur mehrere Stützbereiche auf, wobei jeder Stützbereich mehrere Streben umfasst. Die jeweilige Strebe ist jeweils als eine Verbindung zwischen der ersten und zweiten Stirnfläche ausgebildet.
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Eine Strebe bildet also in diesem Zusammenhang eine einzelne, lasttragende Verbindung zwischen der ersten und zweiten Stirnfläche ohne eine Befestigungsbohrung aufzuweisen. Dabei kann sich die jeweilige Strebe nicht nur in einer Ebene, sondern belastungsgerecht im Raum, d.h. in allen drei Dimensionen, erstrecken.
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Vorzugsweise ist im eingebauten Zustand die Wand mit zumindest Teilen der Umfangsfläche des Einsatzes in Kontakt. Dabei kann beispielsweise die Kernschicht der Wand mit der Umfangsfläche verklebt sein. Zusätzlich kann die erste und/oder zweite Deckschicht der Wand mit der jeweils zugeordneten Stirnfläche des Einsatzes verklebt sein. Darüber hinaus ist zumindest ein Beschlag zumindest teilweise an der ersten und/oder zweiten Stirnfläche des Einsatzes befestigt, so z.B. verschraubt oder verklebt. Der Einsatz ist darüber hinaus ausgebildet, an der Tragstruktur befestigt zu werden. Damit kann mittels des Einsatzes die Wand an der Tragstruktur befestigt werden.
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Über die Umfangsfläche werden Kräfte aus der Wand in die erste und/oder zweite Stirnfläche und weiter in die Stützbereiche geleitet. Die Stützbereiche stehen direkt und/oder mittels der ersten und/oder zweiten Stirnfläche mit dem zumindest einen Befestigungsbereich in Kontakt, so dass über diesen Pfad die durch die Wand eingeleiteten Kräfte weiter an den zumindest einen Beschlag und über diesen an die Tragstruktur abgeleitet werden können. Dabei sind die Streben der Stützbereiche so ausgebildet, dass die Kräfte aus der Wand optimal weitergeleitet werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des ersten Aspekts ist dem ersten Schenkelelement und dem zweiten Schenkelelement des Einsatzes jeweils zumindest ein Stützbereich zugeordnet. Dabei erstreckt sich der jeweilige zumindest eine Stützbereich in einem Übergangsbereich von dem zugeordneten Schenkelelement in das Verbindungselement.
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Das hat den Vorteil, dass mittels der Stützbereiche in dem Hohlraum des Einsatzes besonders gut die Kräfte aus dem Verbindungselement in die Schenkelelemente und von dort mittels der Befestigungsbereiche in den Beschlag abgeleitet werden können. Dies trägt auch zu einem besonders stabilen und gleichzeitig besonders leichten Einsatz bei.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des ersten Aspekts ist zumindest einer der Übergangsbereiche als Verrundung ausgebildet.
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Unter einer Verrundung ist in diesem Zusammenhang ein runder Übergang eines Teils der Umfangsfläche in dem Übergangsbereich zwischen dem Verbindungselement und den Schenkelelementen zu verstehen. Dadurch können in dem Übergangsbereich zwischen dem Verbindungselement und den Schenkelelementen Kräfte besonders gut abgeleitet werden. Dies kann auch eine Kerbwirkung in diesen Übergangsbereichen vermindern. Grundsätzlich ist es auch möglich keilförmige integrierte Einlagen in dem Übergang von dem Verbindungselement zu den jeweiligen Schenkelementen vorzusehen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des ersten Aspekts ist der durch die Umfangsfläche und der ersten und der zweiten Stirnfläche gebildete Hohlraum zu maximal 50% mit Material für die Befestigungsbereiche und Stützbereiche gefüllt.
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Dies bedeutet, dass der Hohlraum nur zu maximal 50% seines Volumens mit Material gefüllt ist, welches zur Umsetzung der Befestigungsbereiche und Stützbereiche erforderlich ist. Dadurch kann der Einsatz besonders leicht ausgebildet werden.
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Die Erfindung zeichnet sich gemäß einem zweiten Aspekt aus durch ein Wandsystem, welches eine Wand, zumindest einen Einsatz gemäß dem ersten Aspekt und zumindest einen Beschlag umfasst. Die Wand weist zumindest eine Wandöffnung auf. Der zumindest eine Einsatz ist in der Wandöffnung der Wand angeordnet und in dieser mit zumindest Teilen der Umfangsfläche des Einsatzes in Kontakt, und vorzugsweise befestigt. Der Einsatz ist zumindest teilweise an einer der beiden Stirnflächen des Einsatzes befestigt und ausgebildet, die Wand an der Tragstruktur zu befestigen.
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Die Erfindung zeichnet sich gemäß einem dritten Aspekt aus durch ein Flugzeug umfassend eine Tragstruktur und zumindest einem Wandsystem gemäß dem zweiten Aspekt, wobei das Wandsystem mittels eines Einsatzes gemäß dem ersten Aspekt an der Tragstruktur befestigt ist.
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Figurenliste
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Die oben beschriebenen Aspekte und weitere Aspekte, Merkmale und Vorteile der Erfindung können ebenfalls aus den Beispielen der Ausführungsformen entnommen werden, welche im Folgenden unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben werden.
- 1, 2 Einsatz,
- 3 Wandsystem.
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Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
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In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für gleiche oder zumindest ähnliche Elemente, Komponenten oder Aspekte verwendet. Es wird angemerkt, dass im Folgenden Ausführungsformen im Detail beschrieben werden, die lediglich illustrative und nicht beschränkend sind.
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1 und 2 zeigen jeweils einen Einsatz 1 zur Befestigung einer Wand 2 an einer Tragstruktur 4 (siehe 3) eines Verkehrsmittels, so z.B. eines Luftfahrzeugs. Die Tragstruktur 4 ist beispielsweise als Fußbodenstruktur eines Luftfahrzeugs, so z.B. eines Verkehrsflugzeugs, ausgebildet.
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Es sei hiermit darauf hingewiesen, dass ein Pfeil X in eine Hauptbewegungsrichtung des Verkehrsmittels zeigt, so z.B. eine Flugrichtung des Luftfahrzeugs. Der Pfeil X verläuft somit parallel zu einer Längsachse des Verkehrsmittels. Ein Pfeil Y verläuft parallel zu einer Querachse und ein Pfeil Z verläuft parallel zu einer Hochachse des Verkehrsmittels (siehe auch 3).
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Der Einsatz 1 weist ein erstes und ein zweites Schenkelelement 1a, 1b und ein das erste und zweite Schenkelelement 1a, 1b verbindendes Verbindungselement 1c auf und bildet derart in einer Draufsicht ein u-förmiges Bauteil.
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Gebildet ist der Einsatz 1 aus zumindest einer Umfangsfläche 6 sowie einer ersten und einer zweiten Stirnfläche 7a, 7b. In 1 ist die erste Stirnfläche 7a transparent dargestellt, um die darunterliegende belastungsgerechte Struktur 10 darstellen zu können. Aus demselben Grund ist in 2 die erste und zweite Stirnfläche 7a, 7b sowie die Umfangsfläche 6 transparent dargestellt.
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Die erste und zweite Stirnfläche 7a, 7b bildet mit der zumindest einen Umfangsfläche 6 einen zusammenhängenden Hohlraum 8. In diesem Hohlraum 8 ist die belastungsgerechte Struktur 10 angeordnet (siehe auch 2). Die Struktur 10 umfasst mehrere Streben und bildet zusammen mit der ersten und zweiten Stirnfläche 7a, 7b und der zumindest einen Umfangsfläche 6 den Einsatz 1. Vorzugsweise ist die Struktur 10, umfassend die Streben, und die erste und zweite Stirnfläche 7a, 7b und der zumindest einen Umfangsfläche 6 einstückig ausgebildet. Der Einsatz 1 kann beispielsweise mittels eines generativen Herstellungsverfahrens, so z.B. mittels additiver Fertigungsverfahren, hergestellt sein. Dabei kann der Einsatz 1 aus Metall oder Kunststoff gefertigt sein. Alternativ kann der Einsatz 1 auch aus unterschiedlichen Materialien einstückig ausgebildet sein, sofern die Materialien sich stoffschlüssig verbinden lassen. In dieser Form kann der Einsatz 1 beispielsweise im Rahmen eines Multimaterial-3D-Drucks hergestellt sein.
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Die Struktur 10 umfasst zumindest einen Befestigungsbereich 12 und mehrere Stützbereiche 14.
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Die ein oder mehreren Befestigungsbereiche 12 sind im Hohlraum 8 des Einsatzes dort angeordnet, wo Befestigungsbohrung 22 vorzusehen sind. Mittels dieser Befestigungsbohrungen 22 kann ein Beschlag 20 an dem Einsatz 1 befestigt werden. Somit gibt der Beschlag 20 vor, an welchen Stellen die Befestigungsbereiche 12 anzuordnen sind. Typischerweise erstreckt sich die Befestigungsbohrung 22 von der ersten bis zur zweiten Stirnfläche 7a, 7b. Vorzugsweise verlaufen die Befestigungsbohrungen 22 senkrecht zur ersten und zweiten Stirnfläche 7a, 7b. Der jeweilige Befestigungsbereich 12 ist in einem räumlich, vorzugsweise radial, begrenzten Bereich um eine Befestigungsbohrung 22 massiv ausgebildet. Die jeweilige Befestigungsbohrung 22 kann als Durchgangsbohrung ausgebildet sein. Alternativ kann die Befestigungsbohrung 22 als Sackbohrung ausgeführt sein. In diesem Fall muss der zugeordnete Befestigungsbereich 12 sich nicht von der ersten bis zu der zweiten Stirnfläche 7a, 7b erstrecken. Die jeweilige Befestigungsbohrung 22 kann zusätzlich ein Innengewinde aufweisen.
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Anders als der oder die typischerweise räumlich, vorzugsweise radial, begrenzt massiv um die Befestigungsbohrungen 22 ausgebildeten Befestigungsbereiche 12 weisen die mehreren Stützbereiche 14 jeweils Streben auf und sind somit nicht vollständig massiv ausgeführt. Eine Strebe bildet in diesem Zusammenhang eine einzelne Verbindung zwischen der ersten und zweiten Stirnfläche 7a, 7b ohne eine Befestigungsbohrung aufzuweisen.
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Vorzugsweise ist in dem ersten und zweiten Schenkelelement 1a, 1b des Einsatzes 1 jeweils zumindest ein Stützbereich 14 zugeordnet. Dieser jeweilige zumindest eine Stützbereich 14 erstreckt sich vorzugsweise in einem Übergangsbereich 16 vom zugeordneten Schenkelelement 1a, 1b in das Verbindungselement 1c. Vorzugsweise ist der jeweilige Übergangsbereich 16 als Verrundung ausgebildet. Alternativ kann der jeweilige Übergangsbereich 16 aber auch keilförmig 17 verlaufen (siehe 1).
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In 3 ist ein Ausschnitt eines Wandsystems gezeigt. Dieses umfasst eine Wand 2 mit zumindest einer Wandöffnung 18. Ferner umfasst das Wandsystem zumindest einen Einsatz 1, der in der Wandöffnung 18 der Wand 2 angeordnet ist. Dabei ist die Wand 2 mit zumindest Teilen der Umfangsfläche 6 des Einsatzes 1 in Kontakt. Beispielsweise ist der Einsatz 1 mittels der Umfangsfläche 6 mit der Wand 2 verklebt. Alternativ oder zusätzlich kann die Wand 2 auch mit der Umfangsfläche 6 verschraubt sein. Darüber hinaus kann zusätzlich die erste und/oder zweite Deckschicht der Wand mit der jeweils zugeordneten Stirnfläche 7a, 7b des Einsatzes 1 verklebt sein.
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Zusätzlich weist das Wandsystem zumindest einen Beschlag 20 auf, der zumindest teilweise an einer der beiden Stirnflächen 7a, 7b des Einsatzes 1 befestigt, so z.B. verschraubt, ist. Der Beschlag 20 ist typischerweise zwischen dem ersten und zweiten Schenkelelement 1a, 1b und dem Verbindungselement 1c des Einsatzes 1 befestigt. Der Beschlag 20 weist ein oder mehrere Befestigungsmittel auf, um diesen an der Tragstruktur 4 des Verkehrsmittels zu befestigen. Das oder die Befestigungsmittel können beispielsweise an einer dem Einsatz 1 abgewandten Seite des Beschlags 20 angeordnet sein.
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Über die Umfangsfläche 6 werden Kräfte aus der Wand 2 in die erste und/oder zweite Stirnfläche 7a, 7b und weiter in die Stützbereiche 14 eingeleitet. Die Stützbereiche 14 stehen direkt und/oder mittels der ersten und/oder zweiten Stirnfläche 7a, 7b mit dem zumindest einen Befestigungsbereich 12 in Kontakt, so dass über diesen Kraftpfad die durch die Wand 2 eingeleiteten Kräfte weiter über den zumindest einen Beschlag 20 und über diesen an die Tragstruktur 4 abgeleitet werden.
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Neben der in den 1-3 dargestellten Ausrichtung des Einsatzes 1 relativ zu der Richtung X kann dieser natürlich auch anders ausgerichtet sein.
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Während die Erfindung illustriert und beschrieben wurde im Detail in den Zeichnungen und der vorangegangenen Beschreibung, ist es beabsichtigt, dass derartige Illustrationen und Beschreibungen lediglich illustrativ oder exemplarisch und nicht restriktiv sind, so dass die Erfindung nicht durch die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist. In den Ansprüchen schließt das Wort „aufweisend“ nicht andere Elemente aus und der unbestimmte Artikel „ein“ schließt eine Mehrzahl nicht aus. Alleinig der Umstand, dass bestimmte Merkmale in verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, beschränkt nicht den Gegenstand der Erfindung. Auch Kombinationen dieser Merkmale können vorteilhaft eingesetzt werden. Die Bezugszeichen in den Ansprüchen sollen nicht den Umfang der Ansprüche beschränken.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Einsatz
- 1a, b
- Schenkelelemente
- 1c
- Verbindungselement
- 2
- Wand
- 4
- Tragstruktur
- 6
- Umfangsfläche
- 7a, b
- erste und zweite Stirnfläche
- 8
- Hohlraum
- 10
- Struktur
- 12
- Befestigungsbereich
- 14
- Stützbereich
- 16
- Übergangsbereich
- 17
- keilförmiger Übergangsbereich
- 18
- Wandöffnung
- 20
- Beschlag
- 22
- Befestigungsbohrung
