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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Becher für einen Elektrolytkondensator. Das Grundmaterial des Bechers kann z. B. Aluminium oder eine Aluminiumlegierung sein.
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Die chinesischen Gebrauchsmuster
CN 204 029 609 U und
CN 202 363 266 U offenbaren Elektrolytkondensatoren, die ein Gehäuse umfassen, wobei ein interner unterer Teil des Gehäuses mit einer Verstärkungsrippe versehen ist. Die europäische Patentanmeldung
EP 0 120 971 A1 offenbart einen Elektrolytkondensator, umfassend einen Becher mit einer Sicherheitsentlüftung.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Becher für einen Elektrolytkondensator bereitzustellen.
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In einem Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung einen Becher für einen Elektrolytkondensator. Der Becher umfasst eine Unterseite, die einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich umfasst, wobei der erste Bereich in Bezug auf den zweiten Bereich an einer äußeren Oberfläche des Bodens vertieft ist. Entsprechend ist die geometrische Ausgestaltung des ersten und zweiten Bereichs von außen sichtbar.
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Der Becher kann die Form eines kreisförmigen Zylinders aufweisen, der an einem Ende durch den Boden verschlossen ist. Am gegenüberliegenden Ende kann der Becher eine Öffnung zum Anordnen eines Kondensatorelements in dem Becher umfassen. Als Grundmaterial kann der Becher z. B. Aluminium oder eine Aluminiumlegierung umfassen.
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Während des Betriebs des Kondensators kann eine Druckbeaufschlagung innerhalb des Bechers erfolgen, die von elektrochemischen Reaktionen verursacht wird. Dadurch wird der Becher unter mechanische Spannung gesetzt. Dies kann dazu führen, dass der Becher verformt wird, sich z. B. wölbt oder streckt. Eine mechanische Verformung dieser Art kann mehrere negative Auswirkungen auf die Kondensatoreigenschaften haben, wie z. B. Erhöhung der Komponentenlänge insgesamt, geringere Schwingungsstabilität und Verschlechterung der Wärmeableitungseigenschaften während der Lebensdauer des Bauteils.
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Die vertiefte Anordnung des ersten Bereichs in Bezug auf den zweiten Bereich kann den Becher mechanisch stabilisieren. Aufgrund der vertieften Anordnung führt das Auswölben des ersten Bereichs evtl. nicht zu einer Auswölbung des ganzen Bechers. Insbesondere kann die Geometrie derart sein, dass die Auswölbung des ersten Bereichs innerhalb der Außenabmessungen erfolgt, die von dem zweiten Bereich vorgegeben werden. Mit anderen Worten steht der erste Bereich nicht nach außen über den zweiten Bereich hervor, auch dann nicht, wenn eine Auswölbung des ersten Bereichs erfolgt.
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Der zweite Bereich kann eine höhere Druckbeständigkeit als der erste Bereich aufweisen. Entsprechend verformt sich, wenn eine Druckbeaufschlagung innerhalb des Bechers auftritt, der zweite Bereich weniger als der erste Bereich. Aufgrund der hohen Druckbeständigkeit des zweiten Bereichs kann die Gesamtdruckbeständigkeit des Bodens erhöht werden.
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In einer Ausführungsform weist der erste Bereich eine erste Dicke und der zweite Bereich eine zweite Dicke auf, wobei die zweite Dicke größer als die erste Dicke ist. Als ein Beispiel kann die Dicke des zweiten Bereichs mindestens das 1,5-fache der Dicke ersten Bereichs betragen. Die Dicke des ersten Bereichs kann mindestens der Dicke des lateralen Bereichs des Bechers entsprechen.
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In einer Ausführungsform kann der erste Bereich plan mit dem zweiten Bereich an einer inneren Oberfläche des Bodens ausgebildet sein. Insbesondere kann der erste Bereich von dem zweiten Bereich innerhalb des Bechers nicht unterscheidbar sein. Dadurch beeinträchtigt die geometrische Ausgestaltung des Bodens die inneren Eigenschaften des Bechers nicht.
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In einer Ausführungsform kann der zweite Bereich den ersten Bereich lateral einschließen. Der zweite Bereich kann näher am lateralen Rand des Bodens als der erste Bereich angeordnet sein. Der erste Bereich kann in einem zentralen Teil des Bodens angeordnet sein.
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In einer Ausführungsform kann der zweite Bereich die Form eines kreisförmigen Rings aufweisen. Der zweite Bereich kann sich ganz bis zum Rand des Bodens erstrecken. Der erste Bereich kann die Form einer kreisförmigen Scheibe aufweisen. Die kreisförmige Scheibe kann vom zweiten Bereich in Form eines kreisförmigen Rings eingeschlossen sein. Entsprechend kann der Boden die Ausgestaltung eines dicken kreisförmigen Rings aufweisen, der eine dünnere kreisförmige Scheibe einschließt. Ein Außenradius des kreisförmigen Rings kann einem Gesamtradius des Bodens entsprechen. Ein Innenradius des kreisförmigen Rings kann dem Außenradius der kreisförmigen Scheibe entsprechen.
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In einer Ausführungsform umfasst der Becher eine Sicherheitsentlüftung zum Ermöglichen einer Druckentlastung. Dadurch kann eine ungesteuerte Explosion des Kondensators im Fall eines Überdrucks verhindert werden. Die Sicherheitsentlüftung kann konfiguriert sein, um zu bersten, wenn der Druck einen kritischen Wert erreicht. Die Sicherheitsentlüftung kann eine Schwachstelle umfassen, z. B. eine oder mehrere Nuten. Die Sicherheitsentlüftung kann im Becherboden angeordnet sein.
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Insbesondere kann die Sicherheitsentlüftung im ersten Bereich angeordnet sein. Die Sicherheitsentlüftung erstreckt sich evtl. nicht in den zweiten Bereich. Die Dicke des ersten Bereichs kann derart gewählt werden, dass der Öffnungsmechanismus der Sicherheitsentlüftung erleichtert wird. Die Dicke des zweiten Bereichs beeinträchtigt den Öffnungsmechanismus der Sicherheitsentlüftung evtl. nicht. Dies ermöglicht eine Optimierung der Dicke des zweiten Bereichs in Bezug auf die mechanische Stabilität des Bechers.
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Als ein Beispiel kann die Sicherheitsentlüftung mindestens eine Nut umfassen. Die Nut kann in den Becher gestanzt sein. Die Sicherheitsentlüftung kann sowohl an einer inneren Oberfläche des Bodens als auch an einer äußeren Oberfläche des Bodens sichtbar sein. Insbesondere kann die Nut sowohl an der inneren Oberfläche als auch an der äußeren Oberfläche angeordnet sein. Innerhalb der Nut kann die Dicke des Bodens lokal verringert sein. Insbesondere kann die Sicherheitsentlüftung eine dritte Dicke aufweisen, die kleiner als die erste Dicke ist.
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In einer Ausführungsform ist der Boden derart konfiguriert, dass bei hohem Druck die Sicherheitsentlüftung eine Druckentlastung ermöglicht, bevor eine Auswölbung des ersten Bereichs dazu führt, dass der erste Bereich über den zweiten Bereich vorsteht. Insbesondere kann sich während einer Erhöhung des Drucks innerhalb des Bechers der erste Bereich nach außen wölben. Die Sicherheitsentlüftung kann zum Öffnen konfiguriert sein, bevor die Auswölbung des ersten Bereichs zu einer Auswölbung des gesamten Bechers führt. Dadurch kann eine Gesamtverformung des Bodens verhindert werden.
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In einer alternativen Ausführungsform umfasst der Becherboden evtl. keine Sicherheitsentlüftung. Eine Sicherheitsentlüftung kann z. B. an einer lateralen Seite des Bechers angeordnet sein. In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Becher evtl. keine Sicherheitsentlüftung.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Boden des Bechers ein Grundmaterial, das eine Druckbeständigkeit aufweist. In diesem Fall kann die Auswölbung oder Streckung des Becherbodens nicht nur durch die geometrische Ausgestaltung des Becherbodens reduziert werden, sondern auch zusätzlich oder alternativ durch die Materialeigenschaften des Becherbodens. Als ein Beispiel umfasst der Becherboden die Aluminiumlegierung AlSi1MgMn. Der laterale Bereich des Bechers kann das gleiche Grundmaterial wie die Becherunterseite umfassen.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung einen Becher für einen Elektrolytkondensator, wobei der Becher einen Boden umfasst und wobei das Grundmaterial des Bodens die Aluminiumlegierung AlSi1MgMn umfasst. Der Becher kann jegliche funktionalen und strukturellen Charakteristika wie die oben beschriebenen umfassen. Der Becher kann einen lateralen Bereich umfassen. Der laterale Bereich kann das gleiche Grundmaterial wie der Boden umfassen. Der laterale Bereich kann einstückig mit dem Boden ausgebildet sein. Die Aluminiumlegierung AlSi1MgMn kann eine höhere Druckbeständigkeit aufweisen als die Standardgrundmaterialien. Dadurch kann die Verformung des Bechers, insbesondere die Auswölbung oder Streckung im Fall von hohem Druck innerhalb des Bechers reduziert werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Elektrolytkondensator einen Becher und ein Kondensatorelement, das in dem Becher montiert ist. Der Kondensator kann jegliche funktionalen und strukturellen Charakteristika wie einer der oben beschriebenen Becher umfassen. Als ein Beispiel kann der Becherboden einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich umfassen, wobei der erste Bereich eine Vertiefung in einer äußeren Oberfläche des Bodens bildet. Zusätzlich oder alternativ kann der Becherboden die Aluminiumlegierung AlSi1MgMn als Grundmaterial umfassen.
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Die vorliegende Offenbarung umfasst verschiedene Aspekte einer Erfindung. Jedes Merkmal in Bezug auf den Becher und/oder den Kondensator hierin ist auch mit Bezug auf den anderen Aspekt offenbart, selbst wenn das betreffende Merkmal nicht explizit im Kontext des spezifischen Aspekts genannt wird.
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Weitere Merkmale, Verfeinerungen und Zweckdienlichkeiten werden aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren ersichtlich, worin zeigen:
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1 eine Schnittansicht eines Bechers für einen Elektrolytkondensator,
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2 eine Ansicht einer äußeren Oberfläche des Bodens des Bechers aus 1;
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3 eine Ansicht einer inneren Oberfläche des Bodens des Bechers aus 1;
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4 eine schematische Schnittansicht eines Kondensators;
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5 ein Diagramm der Auswölbung gegenüber dem Druck.
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Ähnliche Elemente, Elemente der gleichen Art und identisch funktionierende Elemente können mit den gleichen Bezugszeichen in den Figuren versehen sein.
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1 zeigt einen Becher 1 für einen Elektrolytkondensator in einer schematischen Schnittansicht.
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Der Becher 1 weist die Form eines kreisförmigen Zylinders auf. Der Becher 1 kann einen Boden 2 umfassen, der den Becher 1 an einer ersten Seite abschließt, einen lateralen Bereich 3, und eine Öffnung 4 an einer zweiten Seite gegenüber der ersten Seite. Während des Betriebs des Kondensators kann die Öffnung 4 von einem Abdeckelement verschlossen sein. Der Becher 1 kann zum Aufnehmen eines Kondensatorelements verwendet werden, das mit einem flüssigen Elektrolyt imprägniert ist.
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Der Becher 1 kann einstückig ausgebildet sein. Der Becher 1 kann ein Metall umfassen. Als ein Beispiel kann der Becher 1 Aluminium umfassen. Die Grundmaterialzusammensetzung kann z. B. eine Aluminiumlegierung sein.
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Zum Erhöhen der mechanischen Stabilität des Bechers 1 umfasst der Boden 2 eine spezifische geometrische Ausgestaltung. Der Boden 2 umfasst einen ersten Bereich 5 und einen zweiten Bereich 6, wobei der erste Bereich 5 in Bezug auf den zweiten Bereich 6 an einer äußeren Oberfläche 7 vertieft ist. Insbesondere bilden der erste Bereich 5 und der zweite Bereich eine abgestufte Geometrie an der äußeren Oberfläche 7. An einer inneren Oberfläche 8 des Becherbodens 2 kann der erste Bereich 5 von dem zweiten Bereich 6 nicht unterscheidbar sein. Mit anderen Worten kann der Boden 2 eine flache innere Oberfläche 8 aufweisen.
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Die Dicke d2 des zweiten Bereichs 6 ist größer als die Dicke d1 des ersten Bereichs 5. Als ein Beispiel kann die zweite Dicke d2 mindestens das 1,5-fache der ersten Dicke d1 betragen. Die erhöhte Dicke d2 des zweiten Bereichs 6 führt zu einer Erhöhung der Gesamtstabilität des Becherbodens 2 und zu einer Abnahme der Komponentenauswölbung insgesamt. Dennoch ermöglicht der erste Bereich 5 eine gewisse Menge der Komponentenauswölbung und reduziert so die mechanische Spannung insgesamt.
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Aufgrund der vertieften Anordnung des ersten Bereichs 5 in Bezug auf den zweiten Bereich 6 führt die Auswölbung des ersten Bereichs 5 evtl. nicht zu einer großen Gesamtauswölbung des Becherbodens 2, weil die Auswölbung innerhalb der äußeren Abmessungen erfolgt, die von dem zweiten Bereich 6 vorgegeben sind. Vorzugsweise ist der erste Bereich 5 ausreichend vertieft, sodass er nicht über die äußere Oberfläche des zweiten Bereichs 6 vorsteht, selbst im Fall von hohem Druck innerhalb des Bechers 1 nicht. Der zweite Bereich 6 zeigt evtl. auch aufgrund seiner erhöhten Dicke keine große Auswölbung.
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Der zweite Bereich 6 ist näher am lateralen Rand des Bodens 2 als der erste Bereich 5 angeordnet. Insbesondere kann der erste Bereich 5 einen zentralen Teil des Bodens 2 bilden. Der zweite Bereich 6 kann den ersten Bereich 5 vollständig einschließen.
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2 zeigt eine Ansicht von außen auf den Boden 2 des Bechers 1, d. h. auf die äußere Oberfläche 7 des Bodens 2. Wie in 2 zu sehen, kann der zweite Bereich 6 die Form eines kreisförmigen Rings aufweisen. Als ein Beispiel kann ein Außenradius r2 des kreisförmigen Rings einem Gesamtradius des Bodens 2 entsprechen. Als ein Beispiel kann der Radius des Becherbodens 2 in einem Bereich von 10 mm bis 60 mm liegen.
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Der erste Bereich 5 kann die Form einer kreisförmigen Scheibe aufweisen, die innerhalb des zweiten Bereichs 6 angeordnet sein kann, insbesondere im kreisförmigen Ring. Der Radius der kreisförmigen Scheibe kann dem Innenradius r1 des kreisförmigen Rings entsprechen. Der Innenradius r1 hängt von dem bezweckten Öffnungsdruck der Sicherheitsentlüftung ab. Der zweite Bereich 6 erstreckt sich in einen Bereich des Bodens 2, der nicht von dem lateralen Bereich 3 bedeckt wird.
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Der Becher 1 kann eine Sicherheitsentlüftung 9, die im Boden 2 angeordnet ist, aufweisen. Die Sicherheitsentlüftung 9 ermöglicht die gesteuerte Druckentlastung. Die Sicherheitsentlüftung 9 kann eine Entladung von Gas ermöglichen, wenn der Innendruck einen kritischen Wert erreicht. Dadurch kann eine ungesteuerte Explosion des Kondensators verhindert werden. Als ein Beispiel kann die Sicherheitsentlüftung 9 ausgestaltet sein, um im Fall eines kritischen Drucks zu bersten. Die Auswölbung des ersten Bereichs 5 kann bereits lange vorher stattgefunden haben, bevor die Sicherheitsentlüftung 9 die Druckentlastungsfunktion bereitstellt. Die Sicherheitsentlüftung 9 kann dazu konfiguriert sein, zu öffnen, bevor das Aufwölben des ersten Bereichs 5 zu einem Hervorstehen des ersten Bereichs 5 über den zweiten Bereich 6 hinaus führt.
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Die Sicherheitsentlüftung 9 kann im ersten Bereich 5 angeordnet sein. Die Gesamtoberfläche des ersten Bereichs 5 ist viel größer als die Sicherheitsentlüftung 9. Die Dicke d1 des ersten Bereichs 5 ist derart gewählt, dass der Öffnungsmechanismus der Sicherheitsentlüftung 9 ermöglicht ist und von dem bezweckten Öffnungsdruck der Sicherheitsentlüftung 9 abhängig ist. Die Dicke d2 des zweiten Bereichs 6 kann in Bezug auf die Auswölbung optimiert werden, weil sich die Sicherheitsentlüftung 9 nicht in den zweiten Bereich 6 erstreckt.
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Die Sicherheitsentlüftung 9 kann durch drei gleichwinkelig angeordnete Nuten 10, 11, 12 ausgebildet werden. Andere Formen, z. B. eine Form eines Kreuzes, eines Sterns oder eines „Z” können gleichfalls möglich sein. Als ein Beispiel kann die Sicherheitsentlüftung 9 in den Boden 2 gestanzt werden.
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In der dargestellten Ausführungsform erstreckt sich die Sicherheitsentlüftung 9 bis zum Rand des ersten Bereichs 5. Insbesondere entspricht die Länge der Nuten 10, 11, 12 dem Radius r des ersten Bereichs 5. In weiteren Ausführungsformen erstreckt sich die Sicherheitsentlüftung 9 evtl. nicht ganz bis zum Rand des ersten Bereichs 5.
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3 zeigt eine Ansicht vom Inneren des Bechers 1 auf den Boden 2 des Bechers 1, d. h. auf die innere Oberfläche 8 des Bodens 2. Die innere Oberfläche 8 ist flach, mit Ausnahme der Sicherheitsentlüftung 9. Von der Innenseite des Bechers 1 ist der erste Bereich 5 nicht vom zweiten Bereich 6 unterscheidbar. Die Sicherheitsentlüftung 9 ist von der Innenseite und von der Außenseite des Bechers 1 sichtbar.
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Alternativ oder zusätzlich zu der oben beschriebenen außen abgestuften Geometrie kann das Material des Bechers 1, insbesondere des Becherbodens 2, eine hohe Druckbeständigkeit aufweisen. In diesem Fall kann die Auswölbung des Becherbodens 2 auf einem geringen Wert gehalten werden. Als ein Beispiel kann das Grundmaterial die Legierung EN AW-6082 umfassen (AlSi1MgMn). Bei der Verwendung dieser Legierung kann sich der Auswölbungswiderstand um zusätzliche 20% für die gleiche Geometrie gegenüber dem Grundmaterial EN AW-1050A (Al99,5) erhöhen.
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4 zeigt einen Elektrolytkondensator 13. Der Kondensator 13 umfasst einen Becher 1 wie oben beschrieben. Ein Kondensatorelement 14 ist in dem Becher 1 montiert. Das Kondensatorelement 14 umfasst eine gewickelte Form. Das Kondensatorelement 14 kann Folien, insbesondere Aluminiumfolien umfassen. Das Kondensatorelement 14 kann mit einem flüssigen Elektrolyt imprägniert sein.
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Der Kondensator 13 umfasst Anschlusselemente 15, 16 zum elektrischen Verbinden des Kondensators 13. Die Anschlusselemente 15, 16 können als schraubenartige Anschlusselemente konfiguriert sein.
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Die Öffnung 4 des Bechers 1 wird von einem Abdeckelement 17 verschlossen. Das Abdeckelement 17 kann die Form einer Scheibe aufweisen. Das Abdeckelement 17 kann den Becher 1 abdichten. Das Abdeckelement 17 kann ein Kautschukmaterial oder ein anderes elastisches Material umfassen. Die Anschlusselemente 15, 16 sind durch das Abdeckelement 17 geführt.
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5 zeigt ein Diagramm einer Gesamtauswölbung B des Becherbodens 2 gegenüber dem Druck P innerhalb eines Bechers 1 für zwei unterschiedliche Ausgestaltungen.
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Die durchgehende Linie zeigt die Auswölbung für eine standardmäßige flache Ausgestaltung eines Bodens mit dem Grundmaterial EN AW-1050A. Die gestrichelte Linie zeigt die Auswölbung für eine umgekehrt abgestufte Geometrie gemäß 1 mit dem Grundmaterial EN AW-6082. Wie deutlich aus dem Diagramm zu sehen ist, kann die mechanische Stabilität des Bechers, die als Auswölbung bezeichnet wird, aufgrund der geometrischen Änderungen und der Änderungen im Grundmaterial deutlich erhöht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Becher
- 2
- Boden
- 3
- lateraler Bereich
- 4
- Öffnung
- 5
- erster Bereich
- 6
- zweiter Bereich
- 7
- äußere Oberfläche
- 8
- innere Oberfläche
- 9
- Sicherheitsentlüftung
- 10
- Nut
- 11
- Nut
- 12
- Nut
- 13
- Kondensator
- 14
- Kondensatorelement
- 15
- Anschlusselement
- 16
- Anschlusselement
- 17
- Abdeckelement
- d1
- erste Dicke
- d2
- zweite Dicke
- r1
- Innenradius
- r2
- Außenradius
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- CN 204029609 U [0002]
- CN 202363266 U [0002]
- EP 0120971 A1 [0002]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- EN AW-6082 [0043]
- EN AW-1050A [0043]
- EN AW-1050A [0048]
- EN AW-6082 [0048]
