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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft das Gebiet der Verbindungstechnik und insbesondere einen Schraubendom in bzw. an einem geschäumten Bauteil.
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Stand der Technik
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Der Einsatz von Kunststoffbauteilen im Innenraum von Kraftfahrzeugen jeglicher Art gehört seit Jahren zum Standardrepertoire von Designern für Innenräume von Kraftfahrzeugen, insbesondere die Verwendung von Spritzgussteilen. In der jüngeren Vergangenheit werden zudem vermehrt Bauteile aus geschäumtem Kunststoff im Automobilbau eingesetzt, wobei die geschäumten Kunststoffe eine Reihe von Vorteilen aufweisen, beispielsweise geringes Gewicht, hohe Formstabilität, usw. Dies bietet ebenfalls die Möglichkeit, kompakte Kunststoffspritzgussteile aus geschäumtem Kunststoff mit anderen Materialien, z. B. Metallen, zu verbinden. Gerade jedoch beim Einsatz von unterschiedlichen Bauteilen aus geschäumtem Kunststoff ergeben sich zuweilen Verbindungsprobleme.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Schraubendom vorzustellen, der auf die physikalischen Gegebenheiten von Bauteilen aus geschäumtem Kunststoff Rücksicht nimmt.
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Kurzbeschreibung der Erfindung
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Die oben genannte Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruches gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Figuren.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Schraubendom an einem Bauteil aus geschäumtem Kunststoff vorgestellt. Der Schraubendom ist durch eine Öffnung zur Aufnahme einer Schraube angepasst. Der Schraubendom und das Bauteil sind das Ergebnis eines gemeinsamen Spritzgussprozesses. Der Schraubendom ragt aus dem Bauteil heraus, wobei das Bauteil im Wesentlichen flächig sein kann. Dabei weist der Schraubendom an einer Seite, die von einem Anspritzpunkt des Bauteils auf einer Linie, die durch den Schraubendom und einem Anspritzpunkt des Bauteils definiert ist, die am weitesten entfernt ist, eine Verstärkung auf.
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Da das Bauteil zusammen mit dem Schraubendom in einem einzigen Kunststoffspritzvorgang hergestellt wird, sind keine Nahtstellen zwischen dem Schraubendom und dem Bauteil vorhanden, was eine besonders stabile Verbindung zwischen dem Schraubendom und dem Bauteil darstellt. Alle bekannten Techniken zur Herstellung von Bauteilen aus geschäumten Kunststoffen können verwendet werden. Dabei kommen auch alle Vorteile von geschäumten Kunststoffen zur Geltung. Dies betrifft im Wesentlichen einen geringeren Materialeinsatz pro Teil, kürzere Zykluszeiten, Einsatz kleinerer Spritzgießmaschinen, Einsatz günstiger gefüllter Poliolefine, eine funktionsabhängige Wanddickenauslegung, hohe Dimensions- bzw. Formstabilität, geringer Verzug, geringer Energieverbrauch der Spritzgießmaschinen, mögliches Recycling und Regranulierung von Bauteilen sowie eine verbesserte CO2-Bilanz. All diese Vorteile bestehen im Wesentlichen gegenüber einem Einsatz von Materialien aus kompaktem Kunststoff, der durch Kompakt-Spritzgießen hergestellt wird.
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Darüber hinaus ergeben sich auch die Vorteile einer geringeren Masse- und Werkzeugtemperatur, geringeres Bauteilgewicht, weniger Verzug der Bauteile, eine erhöhte Steifigkeit im Verhältnis zum Gewicht und eine Verlängerung der Fließweglänge. Diese Vorteile können abhängig davon sein, ob physikalisch oder chemisch geschäumte Kunststoffe eingesetzt werden.
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Die hier vorgestellte Form des Schraubendoms berücksichtigt die oben genannten Eigenschaften von geschäumtem Kunststoff. Die asymmetrische Form einer Verstärkung in Fließrichtung des geschäumten Kunststoffes und die direkte Integration in ein Bauteil gleichen potenzielle Nachteile von geschäumtem Kunststoff elegant aus. Damit bleiben im Wesentlichen alle oben genannten Vorteile von geschäumten Kunststoffen erhalten und vermeiden einen potenziell negativen Einfluss auf die Stabilität eines Schraubendoms.
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Auf diese Weise lässt sich eine elegante wiederverwendbare Schraubverwendungsmöglichkeit von Bauteilen mit Schraubendomen insbesondere für Interieur-Elemente realisieren.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Schraubendoms kann dieser an seiner Außenseite mindestens eine Rippe aufweisen, die mit dem Bauteil verbunden ist. Dabei kann die Verstärkung aus einer stärkeren Rippe im Vergleich zu anderen Rippen an dem Schraubendom bestehen. Dies hat den Vorteil, dass insbesondere bei geschäumten Materialien die unterschiedliche Stabilität des geschäumten Materials in einer Strömungsrichtung ausgehend von einem Anspritzpunkt für das gesamte Material verschieden sein kann. Insbesondere auf der abgewandten Seite des Schraubendoms in Bezug auf den Anspritzpunkt kann eine geringere mechanische Stabilität bestehen. Diese kann durch eine stabilere Rippe am Schraubendom an der vom Anspritzpunkt abgewandten Seite ausgeglichen werden. Andere Stabilisierungsrippen am Schraubendom können eine bekannte Form aufweisen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Schraubendoms wird die Verstärkung dadurch gebildet, dass der Schraubendom einen ovalen Querschnitt aufweist, wobei die längere der beiden Hauptachsen des Ovals auf der Linie liegt, die vom Anspritzpunkt in Richtung des Schraubendoms gerichtet ist. Dabei ist die Öffnung im Schraubendom in Richtung des Anspritzpunktes aus einer Mitte des Schraubendoms verschoben. Eine solche Lösung lässt sich leicht mittels einer Spritzgussform realisieren. Das Material wird auf der Schattenseite (auf der Seite, die vom Anspritzpunkt abgewandt ist) des Schraubendoms etwas dicker ausgeführt, so dass sich eine höhere Stabilität in diese Richtung ergibt.
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In einer alternativen, vorteilhaften Ausführungsform des Schraubendoms kann sich die stärkere Rippe weiter weg von der Öffnung erstrecken als eine Rippe in Richtung des Anspritzpunktes. Auch auf diese Weise ergibt sich eine höhere Stabilität auf der Schattenseite des Schraubendoms.
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Eine weitere alternative, vorteilhafte Ausführungsform erlaubt, dass die Rippen - mindestens die, die sich auf der Schattenseite des Schraubendoms befinden - mindestens teilweise an ihrer freien Seite - d.h., weg vom Anspritzpunkt und einer Verbindungsstelle mit dem Schraubendom - abgerundet sind. In einer extremen Form dieses Ausführungsbeispiels kann sich die oben genannte elliptische Form widerspiegeln.
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Eine weitere alternative, vorteilhafte Ausführungsform des Schraubendoms ermöglicht es, dass die Verstärkung darin besteht, dass Rippen, die vom Anspritzpunkt abgewandt sind, breiter sind als solche in Richtung des Anspritzpunktes. Auch dadurch wird eine höhere Stabilität auf der Schattenseite des Schraubendoms ermöglicht.
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Gemäß einer wiederum alternativen, vorteilhaften Ausführungsform des Schraubendoms kann die Verstärkung darin besteht, dass an einer vom Anspritzpunkt abgewandten Seite des Schraubendoms mehr Rippen vorhanden sind als an einer Seite des Schraubendoms, die mehr in Richtung des Anspritzpunktes ausgerichtet ist. Außerdem ist es nicht zwingend erforderlich, dass in Richtung des Anspritzpunktes überhaupt Rippen oder andere Verstärkungen vorhanden sind.
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Weitere Ausführungsformen des Schraubendoms ermöglichen auch, dass sich der Schraubendom aus einer ersten Oberfläche - beispielsweise nach oben - des Bauteils erhebt und/oder sich der Schraubendom aus einer zweiten Oberfläche - also im gleichen Bezugssystem nach unten gerichtet - des Bauteils erhebt, wobei die zweite Oberfläche der ersten gegenüberliegt. Auf diese Weise lässt sich der hier vorgestellte Schraubendom auch leicht in Strukturen des Bauteils wie Erhebungen, Vertiefungen oder garagenartige Strukturen integrieren.
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Ergänzende Ausführungsformen des Schraubendoms können vorsehen, dass der für das Bauteil und den Schraubendom genutzte Kunststoff ein geschäumter Kunststoff ist. Dieser kann physikalisch geschäumt sein, zum Beispiel mittels eines inerten Gases wie N2, CO2 oder vergleichbar. Alternativ können auch chemisch geschäumte Kunststoffe eingesetzt werden. Als Beispiele seien Thermoplaste, Polymere, Material das unter dem Warennamen Mucell bekannt ist oder auch TSG (Thermoplast-Spitz-Schaum) sowie SGI (Spritzguss-Integralschaum) genannt. Beiden Ausprägungsformen von geschäumten Kunststoffen haben mindestens gemeinsam, dass sie leicht und stabil sind und den besonderen Anforderungen für das Interieur von Kraftfahrzeugen entsprechen.
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Eine weitere Ausführungsform des Schraubendoms kann vorsehen, dass zur Herstellung des Bauteils zwei Anspritzpunkte verwendet werden oder erforderlich sind (zum Beispiel wegen der Größe des Bauteils) und dass sich dann die Verstärkung in eine Richtung erstreckt, die von beiden Anspritzpunkten abgewandt ist. Die entsprechende Verstärkung kann dann beispielsweise auf einer Winkelhalbierenden zwischen den beiden gedachten Linien zwischen den Anspritzpunkten und Mittelpunkten des Schraubendoms liegen. Falls weitere Anspritzpunkte vorgesehen sind, würde sich als Ausrichtung für die Verstärkung diejenige Richtung ergeben, die von allen Einfluss-nehmenden Anspritzpunkten am besten abgewendet ist. Bei weiteren vorhandenen Anspritzpunkten eines Bauteils kann für die Ausrichtung der Verstärkung eines Schraubendoms in Bezug auf die Anspritzpunkte eine Gewichtung aus der Entfernung und einem Richtungsvektor vom Anspritzpunkt hin zum Schraubendom genutzt werden.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Schraubendoms gemäß einem Ausführungsbeispiel.
- 2 stellt eine Draufsicht mehrerer Ausführungsformen von Schraubendomen dar.
- 3a stellt einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Schraubendoms dar.
- 3b stellt eine Draufsicht eines Schraubendoms mit Umströmungslinien dar.
- 4 stellt eine Draufsicht einer Ausführungsform eines Schraubendoms dar, dessen Verstärkung relativ zu zwei Anspritzpunkten ausgerichtet ist.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren
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Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen und dienen nur der Erläuterung der Erfindung. Es wird auch darauf hingewiesen, dass Merkmale bzw. Komponenten von unterschiedlichen Ausführungsformen, die den entsprechenden Merkmalen bzw. Komponenten der Ausführungsform nach gleich oder zumindest funktionsgleich sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Zur Vermeidung von unnötigen Wiederholungen werden bereits anhand einer vorher beschriebenen Ausführungsform erläuterte Merkmale bzw. Komponenten an späterer Stelle nicht mehr im Detail erläutert.
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Ferner wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. Insbesondere ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, sodass für den Fachmann mit den hier explizit dargestellten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.
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Der Begriff „Schraubendom“ beschreibt eine Erhebung aus einem beispielsweise in der Umgebung des Schraubendoms vergleichsweise ebenen Bauteils, wobei der Schraubendom zur Aufnahme einer Schraube, die in den Schraubendom eingedreht werden kann, ausgebildet ist. Auf diese Weise lässt sich das Bauteil an anderen Bauteilen mittels einer Schraube befestigen oder andere Bauteile (zum Beispiel kleinere) können an dem genannten Bauteil mittels einer Schraubverbindung befestigt werden.
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Der Begriff „geschäumter Kunststoff“ beschreibt einen physikalisch oder chemisch geschäumte Kunststoff wie beispielsweise unter dem Namen Mucell bekannt, welcher zur Herstellung von Bauteilen verwendet wird, die eine im wesentlichen flächige Ausdehnung haben können und dabei eine Materialdicke in der Größenordnung von ca. 1 mm bis ein paar Millimetern (z. B. 3 mm) aufweisen. Die geschäumten Kunststoffe, die in aller Regel durch Spritzguss in einem Werkzeug (Form) hergestellt werden, weisen an ihren beiden Oberflächen typischerweise eine relativ kompakte Schicht von ein paar Zehntelmillimetern auf, während das Innere des Bauteils zwischen den beiden Oberflächen eine geringere Dichte als an den Oberflächen aufweist.
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Der Begriff „Anspritzpunkt“ beschreibt eine Öffnung in dem Formwerkzeug zur Herstellung des Bauteils, durch den der geschäumte Kunststoff in die Form eingespritzt wird. Somit fließt der geschäumte Kunststoff vom Anspritzpunkt gleichmäßig in die unterschiedlichen Richtungen der Form und umfließt dabei schablonenartige Ausprägungen der Form, wie beispielsweise den Schraubendom. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Stabilität des geschäumten Kunststoffes in eine Richtung weg vom Anspritzpunkt hinter einer Formstruktur eines formgebenden Werkzeugs geringer ist, als in Richtung des Anspritzpunktes.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Schraubendoms 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Schraubendom 100 weist einen Domkern 114 auf, der aus einem Bauteil (nicht dargestellt) herausragt. Dabei wird in dieser Figur angenommen, dass sich das Bauteil im Wesentlichen unterhalb des Schraubendoms erstreckt. Der Schraubendom weist eine Öffnung 110 auf, die zur Aufnahme einer gewindeformende Schraube geeignet ist. Die Öffnung 110 selbst kann in eine Vertiefung 112 vorgesehen sein. Die gewindeformende Schraube ist derart gestaltet, dass sie die Kompaktschicht des Schraubendoms 100 auf der Innenseite der Öffnung 110 nicht verstört, sondern ein Gewinde formt, welches auch für eine Wiederverschraubung nutzbar ist.
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Auf der einen Seite des Domkerns 114 ist eine Rippe 102 vorgesehen, die im unteren Teil durch eine Verbreiterung 104 in Richtung des Bauteils auslaufen kann. Auf der anderen Seite des Domkerns 114 ist eine andere Rippe 106, welche die eigentliche Verstärkung darstellt, vorgesehen, wobei auch diese Rippe 106 in Richtung des Bauteils in eine Verbreiterung 108 auslaufen kann.
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In dem vorgestellten Fall des Schraubendoms 100 wird angenommen, dass sich der Anspritzpunkt für das Bauteil entgegengesetzt zur Verstärkungsrippe 106 (also links außerhalb der Figur) befindet.
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2 stellt eine Draufsicht 200 mehrerer beispielhafte Ausführungsformen von eine Vielzahl möglicher Formen - ohne darauf beschränkt zu sein - von Schraubendomen an bzw. in einem Bauteil 202 dar. An der Position X befindet sich der Anspritzpunkt für das Bauteil 202. In einer direkten Umgebung des Anspritzpunktes 204 ist es nicht unbedingt erforderlich, dass ein Schraubendom - beispielsweise Schraubendom 218 - eine Verstärkung besitzt. Er kann also rundsymmetrisch ausgeführt sein. Die anderen Schraubendome 208, 210, 212, 214, 216 weisen unterschiedliche, beispielhafte Verstärkungen einer Seite des jeweiligen Schraubendoms auf, die von dem Anspritzpunkt 204 abgewandt ist.
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Im Falle der Schraubendoms 208 besteht die Verstärkung aus drei Rippen 220. Im Falle des Schraubendoms 210 besteht die Verstärkung erneut aus einer Mehrzahl von Rippen 220, die sich vom Anspritzpunkt 204 aus gesehen von diesen weg erstrecken. Zusätzlich können eine oder mehrere weitere Rippen 224 am Schraubendom 210 vorgesehen sein, die sich in unterschiedliche Richtungen des Schraubendoms 210 erstrecken, die aber allesamt weniger stabil (zum Beispiel kürzer) als die beispielhaft dargestellten (Verstärkungs-)Rippen 222 ausgeführt sind. Die Versteifungsrippe 224 kann wegen seiner Ausrichtung hin zum Anspritzpunkt auch als Fließhilfe fungieren.
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Im Falle des Schraubendoms 212 ist dieser als ein ovaler Dom ausgeführt, der sich aus dem Bauteil 202 erhebt, wobei die Öffnung zur Aufnahme einer Schraube (nicht dargestellt) asymmetrisch zur elliptischen Form des Schraubendoms 220 in Richtung des Anspritzpunktes 204 angeordnet ist. Der Schraubendom 214 weist dagegen nur eine Rippe 230 als Verstärkung auf. Beim Schraubendom 216 erkennt man, dass der schmalere Teil 228 des Schraubendoms 216 gegenüber dem breiteren Teil 226 des Schraubendoms 216, der von dem Anspritzpunkt 204 für das Bauteil 202 abgewandt ist, wiederum in Richtung des Anspritzpunktes 204 ausgerichtet ist.
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Weiterhin sind auch Verstärkungen möglich, die schräg bzw. diagonal auf einer Außenseite eines Schraubendoms verlaufen oder auch horizontal in Form einer Versteifungsrippe vorgesehen sind.
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Das symbolhafte Koordinatensystem 206 dient nur der Orientierung innerhalb des Bauteils. Gemäß diesem Koordinatensystem liegt eine gedachte Verbindungslinie vom Anspritzpunkt 204 in Richtung des Schraubendoms 212 x-Richtung. Die Verstärkung - d. h. der breitere Teil 226 - liegt also in x-Richtung vom Anspritzpunkt 204 als der schmalere Teil 228 des Schraubendoms 212.
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3a stellt einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Schraubendoms - insbesondere einen ovalen Schraubendoms - dar. Die linke Seite 202a des Bauteils 202 ist in Richtung Anspritzpunkt (nicht dargestellt) ausgerichtet und weist den schmaleren Teil 228 (vgl. 2) des Schraubendoms auf, während die rechte, breitere Seite 226 (vgl. 2) des Schraubendoms 212 als Teil der rechten Seite 202b des Bauteils 202 dargestellt ist.
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3b stellt einen Schnitt durch den Schraubendom gemäß 3a an der Ebene A-A mit Umströmungslinien dar. Ausgehend vom Anspritzpunkt 204 sind Fließlinien 302, 304 für den geschäumten Kunststoff in Richtung des zu formenden Schraubendoms 212 dargestellt. Die Buchstaben a, b, c, d beschreiben Geometrieparameter des Schraubendoms 212, die - jeweils in Abhängigkeit von z. B. der Bauteildicke, des Materials, eine Beanspruchung und eines Abstandes vom Anspritzpunkt 204 vorgebbar sind. Dabei können typische Verhältnisse von b/a im Bereich von 1:5 oder 1:3 oder 1:2 oder 1:1,1 liegen. Zwischenbereiche sind auch möglich. Wen der Schraubendom In der Nähe eines Anspritzpunkte liegt, bei dem kaum Unterschiede zwischen einer dem Anspritzpunkt zugewandten Seite und einer dem Anspritzpunkt abgewandten Seite des Schraubendoms feststellen lassen, kann das Verhältnis von b/a auch 1:1 betragen. Typische Verhältnisse von d/c können im Bereich von 1:10, genauer 1:5 oder 1:3 oder 1:2 oder 1:1,05 liegen. Auch hier gilt: Bei Schraubendomen in der Nähe eines Anspritzpunktes kann das Verhältnis von d:c auch 1:1 betragen. Auch hier sind Zwischenwerte zwischen den angegebenen beispielhaften genannten Verhältnissen möglich. Diese beispielhaft dargestellten Verhältnisse hängen grundsätzlich von der Art des eingesetzten geschäumten Kunststoffes, der gewünschten Stabilität des Bauteils bzw. der mittels des Schraubendoms hergestellten Befestigung und weiteren Parametern ab.
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4 stellt eine Draufsicht 400 einer Ausführungsform eines Schraubendoms 216 dar, der relativ zu zwei Anspritzpunkten 204, 402 ausgerichtet ist. In diesem Fall ist die Verstärkung des Schraubendoms - also der breitere Teil 226 des Schraubendoms 216 gegenüber dem schmaleren Teil 228 des Schraubendoms 216 - von beiden Anspritzpunkten 204, 402 abgewandt. Dabei kann sich die Verstärkung - in Form des breiteren Teils 226 des Schraubendoms 216 - beispielsweise entlang einer Winkelhalbierenden 408 ausgehend von den gedachten Linien 404 und 406, welche gedachte Verbindungslinien von den jeweiligen Anspritzpunkten 204, 402 darstellen, erstrecken. Sind die beiden Anspritzpunkte 204, 402 unterschiedlich weit von dem Schraubendom 216 entfernt, kann in Bezug auf die Ausrichtung der Verstärkung des Schraubendoms 216 eine Gewichtung in Bezug auf die Entfernung zu den Anspritzpunkten 204, 402 vorgesehen sein. Für den Fall, dass weitere Anspritzpunkte am Bauteil vorhanden sind, kann die Verstärkung für den Schraubendom von allen relevanten Anspritzpunkten abgewandt sein.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Schraubendom
- 102
- erste Rippe
- 104
- Verstärkung der ersten Rippe
- 106
- zweite Rippe
- 108
- Verstärkung der zweiten (Verstärkungs-)Rippe
- 110
- Öffnung
- 112
- Vertiefung
- 114
- Domkern
- 200
- Draufsicht auf Mehrzahl von Schraubendomen
- 202
- Bauteil
- 202a
- linke Seite des Bauteils
- 202b
- rechte Seite des Bauteils
- 204
- Anspritzpunkt
- 206
- Koordinatensystem
- 208
- Schraubendom
- 210
- Schraubendom
- 212
- Schraubendom
- 214
- Schraubendom
- 216
- Schraubendom
- 218
- Schraubendom
- 220
- Rippen
- 222
- Rippen
- 224
- Rippe
- 226
- breiter Teil (Verstärkung) des Schraubendoms
- 228
- schmale Seite des Schraubendoms
- 230
- Rippe
- 302
- obere Umfließungslinie
- 304
- untere Umfließungslinie
- 400
- Bauteil mit zwei Anspritzpunkten
- 402
- zweiter Anspritzpunkt
- 404
- Linie ersten Anspritzpunkt/Schraubendom
- 406
- Linie zweiter Anspritzpunkt/Schraubendom
- 408
- Winkelhalbierende
