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Die Erfindung betrifft ein Bauteil, insbesondere für ein Fahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Bauteils. Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit einem solchen Bauteil.
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Der
DE 10 2018 130 522 B3 ist ein Knotenelement zum Verbinden von Metallprofilen als bekannt zu entnehmen. Das Knotenelement weist ein Gusselement auf, wobei in dem Knotenelement Aufnahmen für Metallprofile vorgesehen sind.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Bauteil, insbesondere für ein Fahrzeug, ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Bauteils, sowie ein Fahrzeug mit wenigstens einem solchen Bauteil zu schaffen, sodass eine besonders vorteilhafte Steifigkeit des Bauteils auf besonders bedarfsgerechte und somit gewichtsgünstige Weise realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Bauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 sowie durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Bauteil, insbesondere für ein Fahrzeug. Dies bedeutet beispielsweise, dass das erfindungsgemäße Bauteil bei einer Herstellung eines Fahrzeugs verwendet werden kann, sodass beispielsweise bei der Herstellung das Fahrzeug aus dem Bauteil hergestellt wird. Somit weist beispielsweise das Fahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand das Bauteil auf. Insbesondere handelt es sich bei dem Fahrzeug um ein Kraftfahrzeug und ganz insbesondere um einen Kraftwagen, welcher beispielsweise als Personenkraftwagen ausgebildet sein kann. Das Bauteil weist zumindest eine Rippenstruktur auf, durch welche das Bauteil verstärkt ist. Hierfür weist die Rippenstruktur Rippen auf, durch welche das Bauteil versteift, das heißt verstärkt ist. Insbesondere ist es denkbar, dass eine Oberfläche des Bauteils zumindest in einem Bereich mit der Rippenstruktur versehen ist. Dabei steht beispielsweise die Rippenstruktur entlang einer Erstreckungsrichtung von der Oberfläche ab, sodass die Rippenstruktur die Oberfläche entlang der Erstreckungsrichtung überragt. Insbesondere ist es denkbar, dass die Rippenstruktur, insbesondere an sich, das heißt für sich alleine betrachtet, einstückig ausgebildet ist, mithin aus einem einzigen Stück gebildet ist. Insbesondere ist es denkbar, dass ein Grundkörper des Bauteils mit der Rippenstruktur versehen ist, wobei beispielsweise durch den Grundkörper die genannte Oberfläche gebildet ist. Dabei ist es insbesondere denkbar, dass der Grundkörper und die Rippenstruktur einstückig miteinander ausgebildet sind. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass der Grundkörper und die Rippenstruktur aus einem einzigen Stück ausgebildet sind, mithin als ein Monoblock ausgebildet oder durch einen Monoblock gebildet sind. Beispielsweise verläuft die jeweilige Rippe an sich, das heißt für sich alleine betrachtet linienförmig, insbesondere gradlinig, insbesondere in einer Erstreckungsebene, wobei die Erstreckungsrichtung senkrecht zur Erstreckungsebene verlaufen kann. Dabei ist es insbesondere denkbar, dass die Rippen der Rippenstruktur, insbesondere in der Erstreckungsebene, schräg oder senkrecht zueinander verlaufen. Die Oberfläche kann somit in der Erstreckungsebene oder in einer Ebene verlaufen, die sich parallel zur Erstreckungsebene erstreckt. Ferner ist es möglich, dass die Oberfläche gewölbt verläuft. Ferner ist es denkbar, dass die Rippe der Rippenstruktur unterbrechungsfrei ineinander übergehen. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass die Rippen nicht jeweils vollständig voneinander beabstandet sind, sondern die jeweiligen Rippen gehen beispielsweise unterbrechungsfrei ineinander über.
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Um nun eine besonders vorteilhafte Steifigkeit des Bauteils auf besonders bedarfsgerechte und somit gewichtsgünstige Weise realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Rippenstruktur wenigstens zwei Teilbereiche aufweist, welche sich hinsichtlich durch die Rippen gebildeter Formen und/oder hinsichtlich wenigstens einer Abmessung der Rippen voneinander unterscheiden. Mit anderen Worten, in einem ersten der Teilbereiche bilden beispielsweise erste der Rippen wenigstens oder genau eine erste Form oder mehrere, erste Formen, wobei beispielsweise in dem zweiten Teilbereich zweite der Rippen wenigstens oder genau eine zweite Form oder mehrere, zweite Formen bilden. Dabei ist es beispielsweise vorgesehen, dass sich die jeweilige erste Form von der jeweiligen, zweiten Form unterscheidet beziehungsweise dass sich die erste Form und die zweite Form voneinander unterscheiden. Ferner ist es denkbar, dass die ersten Rippen in dem ersten Teilbereich und die zweiten Rippen in dem Teilbereich die genannte, wenigstens eine Abmessung aufweisen, die beispielsweise entlang einer Raumrichtung verläuft, die sich beispielsweise in der Erstreckungsebene oder parallel zu der Erstreckungsebene erstreckt oder mit der Erstreckungsrichtung zusammenfällt. Dabei weist beispielsweise die Abmessung in dem ersten Teilbereich einen ersten Wert auf, und in dem zweiten Teilbereich weist die Abmessung einen von dem ersten Wert unterschiedlichen, zweiten Wert auf. Insbesondere ist es denkbar, dass die ersten Formen oder die erste Form in dem ersten Teilbereich den zweiten Formen beziehungsweise der zweiten Form in dem zweiten Teilbereich entsprechen beziehungsweise entspricht, insbesondere hinsichtlich einer Grundform, sodass die ersten Formen und die zweiten Formen die gleiche Grundform sind oder aufweisen, jedoch ist es denkbar, dass die jeweilige, erste Form und die jeweilige, zweite Form unterschiedlich groß sind. Hierdurch kann eine effektive, effiziente und bedarfsgerechte Verstärkung beziehungsweise Verstärkung des Bauteils dargestellt werden, sodass einerseits eine besonders hohe Steifigkeit des Bauteils realisiert werden kann, insbesondere in wenigstens einem solchen Bereich oder solchen Bereichen des Bauteils, in welchem beziehungsweise welchen beispielsweise während eines Fahr- und/oder Normalbetriebs des Fahrzeugs eine Belastung auf das Bauteil wirkt, die größer ist als in anderen Bereichen des Bauteils. Andererseits können das Gewicht und die Kosten des Bauteils vorteilhaft gering gehalten werden, da beispielsweise das Bauteil mittels der Rippenstruktur nur in einem oder mehreren, solchen Bereichen vorteilhaft versteift beziehungsweise verstärkt werden kann, in dem beziehungsweise in denen es beispielsweise während des Normal- und/oder Fahrbetriebs zu einer entsprechend hohen Belastung kommt. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt kann eine übermäßig große und somit eine übermäßig gewichtsintensive Ausgestaltung der Rippenstruktur und somit des Bauteils insgesamt vermieden werden.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Teilbereiche der Rippenstruktur an wenigstens eine Belastung, insbesondere an wenigstens einen Belastungsfall oder Lastfall, des Bauteils angepasst sind. Dadurch kann eine belastungsgerechte, mithin belastungsangepasste Gestaltung der Rippenstruktur dargestellt werden, sodass das Bauteil effektiv und effizient und somit auf gewichts- und kostengünstige Weise mittels der Rippenstruktur verstärkt beziehungsweise versteift werden kann. Die genannte Belastung des Bauteils tritt beispielsweise während des zuvor genannten, Normal- und/oder Fahrbetriebs des Fahrzeugs auf. Insbesondere ist es denkbar, dass die Belastung empirisch und/oder mittels einer beispielsweise als FE-Simulation (Finite-Elemente-Simulation) ausgebildeten Simulation ermittelt wird.
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Um eine besonders vorteilhafte Steifigkeit des Bauteils auf besonders gewichtsgünstige Weise zu realisieren, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Bauteil als ein Gussbauteil ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist das Bauteil vorzugsweise durch Gießen hergestellt.
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Um dabei das Bauteil besonders kostengünstig herstellen und auf besonders kostengünstige Weise eine besonders hohe Steifigkeit des Bauteils realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Bauteil als ein Spritzgussbauteil ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Bauteil durch Spritzgießen hergestellt ist beziehungsweise wird.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die durch die Rippen gebildeten Formen in den Teilbereichen, das heißt in beiden Teilbereichen der Rippenstruktur sechseckige Waben sind. Dies bedeutet insbesondere, dass die erste Form beziehungsweise die ersten Formen der zweiten Form beziehungsweise den zweiten Formen entsprechen, sodass die Rippen in den Teilbereichen die gleiche Grundform bilden, wobei die Grundform eine sechseckige Wabe ist. Insbesondere ist diesbezüglich denkbar, dass die jeweilige, sechseckige Wabe durch, insbesondere genau, sechs jeweilige der Rippen gebildet ist, wobei es insbesondere vorgesehen ist, dass die jeweilige, die jeweilige Wabe bildende Rippe insbesondere an sich, das heißt für sich alleine betrachtet geradlinig verläuft, insbesondere in der genannten Erstreckungsebene. Somit ist oder bildet die Rippenstruktur eine Wabenstruktur, welche die sechseckigen Waben umfasst. Da die als sechseckige Wabe ausgebildete Grundform, die durch die jeweiligen Rippen gebildet ist, in den beiden Teilbereichen gleich ist, derart, dass sich die Grundform in den beiden Teilbereichen wiederholt, ist es beispielsweise denkbar, dass sich die Teilbereiche hinsichtlich jeweiliger Größen der Waben voneinander unterscheiden. Mit anderen Worten ist denkbar, dass die Waben in dem ersten Teilbereich eine jeweilige, erste Größe, insbesondere einen jeweiligen, ersten Flächeninhalt aufweisen, wobei beispielsweise die Waben in dem zweiten Teilbereich eine jeweilige, zweite Größe, insbesondere einen jeweiligen, zweiten Flächeninhalt aufweisen. Dabei unterscheiden sich die erste Größe und die zweite Größe, insbesondere der erste Flächeninhalt und der zweite Flächeninhalt, voneinander. Mit anderen Worten ist es beispielsweise denkbar, dass die ersten Waben in dem ersten Teilbereiche größer oder kleiner als die zweiten Waben in dem zweiten Teilbereich sind. Dies ist insbesondere dadurch realisiert, dass sich die zwei Teilbereiche hinsichtlich der wenigstens einen Abmessung der Rippen voneinander unterscheiden. Insbesondere durch die unterschiedlichen Abmessungen der Rippen in den Teilbereichen ist es möglich, dass die Rippen in den Teilbereichen die gleiche Grundform bilden, das heißt dass sowohl die Rippen in dem ersten Teilbereich als auch die Rippen in dem zweiten Teilbereich jeweils sechseckige Waben bilden, jedoch die Waben in dem ersten Teilbereich und die Waben in dem zweiten Teilbereich unterschiedlich groß sind, insbesondere unterschiedliche Flächeninhalte aufweisen, insbesondere derart, dass die Waben in dem ersten Teilbereich größer oder kleiner als die Waben in dem zweiten Teilbereich sind, mithin der Flächeninhalt der Waben in dem ersten Teilbereich größer oder kleiner als der Flächeninhalt der Waben in dem zweiten Teilbereich ist. Dadurch kann eine effektive, effiziente sowie gewichts- und kostengünstige Verstärkung beziehungsweise Versteifung des Bauteils dargestellt werden.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das Bauteil aus einem metallischen Werkstoff gebildet ist. Dadurch kann eine besonders hohe Steifigkeit des Bauteils realisiert werden.
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Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Bauteil aus einem Kunststoff gebildet ist, wodurch das Gewicht des Bauteils in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden kann.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, insbesondere gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Bei dem Verfahren wird zumindest oder genau eine Rippenstruktur des Bauteils hergestellt. Die Rippenstruktur weist Rippen zur Verstärkung beziehungsweise Versteifung des Bauteils auf. Mit anderen Worten wird die Rippenstruktur dadurch hergestellt, dass die Rippen hergestellt werden, die die Rippenstruktur bilden, wobei die Rippen und somit die Rippenstruktur das Bauteil versteifen und somit verstärken.
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Um nun eine besonders hohe Steifigkeit des Bauteils auf besonders bedarfsgerechte und somit gewichtsgünstige Weise realisieren zu können, ist es bei dem zweiten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass wenigstens zwei Teilbereiche der Rippenstruktur hergestellt werden, derart, dass sich die Teilbereiche hinsichtlich durch die Rippen gebildeter Formen und/oder hinsichtlich wenigstens einer Abmessung der Rippen voneinander unterscheiden. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
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Wie bereits hinsichtlich des ersten Aspekts der Erfindung erläutert, ist es denkbar, dass erste der Rippen in einem ersten der Teilbereiche erste Formen und zweite der Rippen in einem zweiten der Teilbereiche zweite Formen bilden, wobei die ersten Formen und die zweiten Formen gleich sind, mithin die jeweilige, erste Form der jeweiligen, zweiten Form entspricht. Somit weisen die ersten Formen und die zweiten Formen die gleiche Grundform auf. Dabei ist es insbesondere denkbar, dass sich die Teilbereiche dadurch voneinander unterscheiden, dass die ersten Formen und die zweiten Formen unterschiedlich groß sind, mithin das die jeweilige, erste Form und die jeweilige, zweite Form unterschiedlich groß sind, mithin unterschiedliche Flächeninhalte aufweisen, sodass beispielsweise die jeweilige erste Forme größer ist, mithin einen größeren Flächeninhalt aufweist als die jeweilige, zweite Form. Dies ist insbesondere dadurch realisierbar, dass die jeweilige Rippe in dem ersten Teilbereich hinsichtlich ihrer wenigstens einen Abmessung größer als die jeweilige Rippe in dem zweiten Teilbereich ist, mithin dass die wenigstens eine Abmessung in dem ersten Teilbereich größer als in dem zweiten Teilbereich ist. Somit ist es denkbar, dass die Formen unterschiedlich groß sind, jedoch die gleiche Grundform aufweisen. Dadurch kann eine effektive und effiziente sowie gewichts- und kostengünstige Versteifung beziehungsweise Verstärkung des Bauteils dargestellt werden.
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Um das Bauteil besonders belastungs- und somit bedarfsgerecht und somit auf kosten- und gewichtsgünstige Weise vorteilhaft versteifen zu können, ist es bei einer Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung vorgesehen, dass, insbesondere mittels einer elektronischen Recheneinrichtung, wenigstens eine Simulation durchgeführt wird, bei welcher ein insbesondere auch als Rechenmodell bezeichnetes oder als Rechenmodell ausgebildetes Simulationsmodell zumindest eines Teils des herzustellenden Bauteils wenigstens einer Last wie beispielsweise wenigstens einer Kraft und/oder einem Drehmoment unterworfen wird. Beispielsweise handelt es sich bei dem Teil des Bauteils um den genannten Grundkörper. Hierdurch wird eine aus der Last resultierende Belastung des Simulationsmodells ermittelt. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass dadurch Belastungsdaten ermittelt werden, welche eine Belastung charakterisieren, die aus der Last, mithin daraus resultiert, dass das Simulationsmodell der Last unterworfen wird oder wurde, sodass die Belastungsdaten eine beziehungsweise die zuvor genannte Belastung des Simulationsmodells charakterisieren. Dabei ist es vorgesehen, dass die Rippenstruktur in Abhängigkeit von der durch die Simulation ermittelten Belastung, das heißt in Abhängigkeit von den Belastungsdaten hergestellt wird, wodurch eine an die Belastung angepasste und somit effektive, effiziente und gewichtsgünstige Versteifung beziehungsweise Verstärkung des Bauteils realisiert werden kann. Insbesondere handelt es sich beispielsweise bei der Belastung um eine Belastung, die in einem Fahr- und/oder Normalbetrieb des Fahrzeugs auftritt und dabei auf das Bauteil wirkt. Unter dem Normalbetrieb ist ein Betrieb des Fahrzeugs zu verstehen, welches beispielsweise bei dem Betrieb entlang einer Fahrbahn gefahren wird, ohne dass es zu einem Unfall des Fahrzeugs kommt. Somit handelt es sich bei dem Fahrbetrieb insbesondere um den genannten Normalbetrieb beziehungsweise der Normalbetrieb tritt während des Fahrbetriebs auf oder fällt mit Fahrbetrieb zusammen.
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Schließlich hat es sich bei dem zweiten Aspekt der Erfindung als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn in Abhängigkeit von der ermittelten Belastung, das heißt in Abhängigkeit von den Belastungsdaten eine Punktewolke erstellt wird, insbesondere mittels der elektronischen Recheneinrichtung. Die Punktewolke umfasst Punkte, deren Abstände zueinander in wenigstens einem ersten Bereich der Punktewolke geringer als in wenigstens einem zweiten Bereich der Punktewolke sind, wobei die Belastung in dem zweiten Bereich gegenüber dem ersten Bereich geringer ist, mithin wobei die Belastung in dem ersten Bereich höher als in dem zweiten Bereich ist. Für den jeweiligen Punkt der Punktewolke wird, insbesondere mittels der elektronischen Recheneinrichtung, ein jeweiliges, zugehöriges Sechseck erstellt, derart, dass der auch als Flächenschwerpunkt bezeichnete, geometrische Schwerpunkt des jeweiligen Sechsecks mit dem jeweils zugehörigen, das heißt zu dem jeweiligen Sechseck gehörenden Punkt zusammenfällt. Hierdurch bilden die Sechsecke eine Struktur, welche auch als Sechseckstruktur bezeichnet wird. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die Rippenstruktur in Abhängigkeit von der Sechseckstruktur hergestellt wird, insbesondere derart, dass sozusagen die Rippenstruktur deckungsgleich mit der Sechseckstruktur ist. Insbesondere ist es denkbar, dass die Sechsecke und somit die Sechseckstruktur als sogenanntes Voronoi-Diagramm oder Voronoi-Polygone, mithin nach Art eines Voronoi-Diagramms gebildet werden. Mit anderen Worten ist es denkbar, dass das jeweilige Sechseck beziehungsweise die Sechsecke gemäß der Voronoi-Interpolation, mithin gemäß dem sogenannten Voronoi-Prinzip erstellt beziehungsweise gebildet werden. Hierdurch kann die Rippenstruktur effektiv und effizient und belastungs- und somit bedarfsgerecht hergestellt werden, sodass sich eine effiziente, effektive bedarfsgerechte und somit gewichtsgünstige Versteifung beziehungsweise Verstärkung des Bauteils darstellen lässt.
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Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein vorzugsweise als Kraftfahrzeug, insbesondere als Kraftwagen und ganz insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildetes Fahrzeug, welches, insbesondere in seinem vollständig hergestellten Zustand, wenigstens ein Bauteil gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts und des zweiten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
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Insbesondere ist es denkbar, dass das Bauteil als ein Energieabsorptionselement ausgebildet ist, welches beispielsweise auch als Crashbox bezeichnet oder als eine Crashbox ausgebildet sein kann. Beispielsweise kann das Bauteil ein unfallrelevantes Bauteil sein, welches bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung verformbar ist und dadurch Unfallenergie absorbiert.
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Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse und Überlegungen zugrunde: Herkömmlicherweise werden in der Entwicklung von Bauteilen wie beispielsweise Gussbauteilen, insbesondere Spritzgussbauteilen, die beispielsweise aus einem Kunststoff oder aus einem metallischen Werkstoff hergestellt werden, die Bauteile durch Rippenstrukturen wie beispielsweise Wabenstrukturen versteift beziehungsweise verstärkt. Üblicherweise werden die Rippenstrukturen nach Ermessen von menschlichen Konstrukteuren konstruiert und schließlich eingesetzt, mithin hergestellt. Dabei wird das gesamte Potential der jeweiligen Rippenstruktur im Hinblick auf eine Versteifung beziehungsweise Verstärkung des jeweiligen Bauteils nicht vollständig ausgenutzt, da üblicherweise die Rippenstrukturen nicht hinreichend bedarfsgerecht oder belastungsangepasst gebildet werden. Herkömmlicherweise wird die jeweilige Rippenstruktur durch eine mehrmals wiederkehrende Grundform gebildet, die mittels einer elektronischen Recheneinrichtung beziehungsweise mittels einer entsprechenden Konstruktionssoftware wie beispielsweise einer CAD-Software konstruiert wird, insbesondere derart, dass die wiederkehrende Grundform immer gleich über eine gesamte Oberfläche dupliziert wird. Eine zielgerichtete Auslegung mit variablen Formen, insbesondere Grundformen, und/oder Größen ist herkömmlicherweise nicht vorgesehen. Demgegenüber ermöglicht es die Erfindung, die vorzugsweise als Wabenstruktur ausgebildete Rippenstruktur effizient insbesondere im Hinblick auf ihre Funktionserfüllung, das heißt insbesondere im Hinblick auf das Verstärken des Bauteils auszulegen und dabei das Gewicht der Rippenstruktur an sich und somit des Bauteils insgesamt besonders gering halten zu können.
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Durch eine Simulation wie beispielsweise eine Finite-Elemente-Simulation (FE-Simulation) ist es möglich, Erkenntnisse über eine oder aus einer Beanspruchung beziehungsweise Belastung des Bauteils zu erhalten. Je nach Wunsch kann zum Beispiel eine Spannungsverteilung, ein Verschiebungsfeld oder Verschiebungsverteilung und/oder eine Sensibilitätsverteilung von Interesse sein und ermittelt werden, insbesondere durch die Simulation. Anhand der Spannungsverteilung, des Verschiebungsfelds beziehungsweise der Verschiebungsverteilung und/oder der Sensibilitätsverteilung kann beispielsweise die zuvor genannte Punktewolke erstellt werden. Ferner ist es denkbar, dass die Punktewolke anhand von Feldern, die beispielsweise die genannte Belastung charakterisieren, erstellt wird. In dieser Punktewolke sind die Abstände der Punkte zueinander in stark beziehungsweise stärker beanspruchten Bereichen kleiner als in demgegenüber weniger beanspruchten Bereichen, in denen somit der Abstand der Punkte zueinander größer ist. Durch das zuvor genannte Voronoi-Prinzip, welches auch als Voronoi-Methode bezeichnet wird, können die zuvor beschriebenen Sechsecke gebildet werden, die die zuvor erstellten Punkte als Zentrum nutzen oder aufweisen, insbesondere dahingehend, dass der jeweilige Flächenschwerpunkt des jeweiligen Sechsecks mit dem zugehörigen Punkt der Punktewolke zusammenfällt. Hieraus resultiert die zuvor genannte Wabenstruktur, welche jedoch beispielsweise über die genannte Oberfläche des Bauteils betrachtet keine konstanten, das heißt keine immer gleichen Waben aufweist, sondern die Waben variieren beispielsweise hinsichtlich ihrer auch als Wabengröße bezeichneten Größe und dabei insbesondere je nach Beanspruchung beziehungsweise Belastung, das heißt je nach Höhe oder Grad der ermittelten Belastung. Beispielsweise durch eine, insbesondere nachfolgende, Größenoptimierung insbesondere von auch als Stegbreiten bezeichneten Breiten und somit Wanddicken oder Wandstärken der Rippen und somit der Waben kann das Gewicht der vorzugsweise als Wabenstruktur ausgebildeten Rippenstruktur des Bauteils besonders gering gehalten werden, wobei gleichzeitig eine besonders vorteilhafte Steifigkeit des Bauteils dargestellt werden kann.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit den zugehörigen Zeichnungen.
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Dabei zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Simulationsmodells zum Führen einer Simulation zum Herstellen eines Bauteils;
- 2 eine weitere schematische Darstellung des Simulationsmodells;
- 3 eine weitere schematische Darstellung des Simulationsmodells; und
- 4 eine schematische Draufsicht des Bauteils.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Ansicht ein Simulationsmodell 1, welches bei einer Simulation verwendet wird. Beispielsweise wird die Simulation mittels einer elektronischen Recheneinrichtung durchgeführt. Insbesondere wird die Simulation im Rahmen eines Verfahrens zum Herstellen eines Bauteils 2 (4) durchgeführt. Aus 4 ist erkennbar, dass das Bauteil 2, insbesondere in seinem vollständig hergestellten Zustand, eine Rippenstruktur 3 aufweist, mittels welcher das Bauteil 2 versteift, das heißt verstärkt ist. Die Rippenstruktur 3 weist Rippen 4 auf beziehungsweise ist durch Rippen 4 gebildet. Aus 4 ist erkennbar, dass vorzugsweise die jeweilige Rippe 4 an sich, das heißt für sich alleine betrachtet geradlinig ausgebildet ist. Außerdem gehen die Rippen 4 unterbrechungsfrei, das heißt durchgängig ineinander über. Durch die Rippen 4 und somit durch die Rippenstruktur 3 ist das Bauteil 2 versteift, das heißt verstärkt. Insbesondere ist es denkbar, dass eine Oberfläche 5 des Bauteils 2 mit der Rippenstruktur 3 und somit mit den Rippen versehen ist. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass die Oberfläche 5 mit der Rippenstruktur 3 versehen ist. Dies bedeutet insbesondere, dass die Rippen 4 und somit die Rippenstruktur 3 beispielsweise entlang einer ersten Raumrichtung von der Oberfläche 5 abstehen, sodass beispielsweise die jeweilige Rippe 4 entlang der ersten Raumrichtung eine jeweilige, erste Erstreckung oder erste Abmessung aufweist. Es ist denkbar, dass die ersten Erstreckungen beziehungsweise ersten Abmessungen der beziehungsweise aller Rippen 4 gleich ist. Vorliegend verläuft die erste Raumrichtung senkrecht zur Bildebene von 4. Die erste Raumrichtung verläuft senkrecht zu einer Erstreckungsebene, welche parallel zur Bildebene von 4 verläuft oder mit der Bildebene von 4 zusammenfällt. Insbesondere ist denkbar, dass die jeweilige Rippe 4 in der genannten Erstreckungsebene eine jeweilige, zweite Abmessung oder zweite Erstreckung aufweist. Beispielsweise wird die erste Abmessung beziehungsweise erste Erstreckung auch als Höhe der jeweiligen Rippe 4 bezeichnet, wobei beispielsweise die jeweilige, zweite Erstreckung beziehungsweise die jeweilige, zweite Abmessung auch als Breite oder Stegbreite oder Wanddicke oder Wandstärke der jeweiligen Rippe 4 bezeichnet wird. Die jeweilige Rippe 4 weist beispielsweise eine dritte Erstreckung oder dritte Abmessung auf, welche senkrecht zur ersten Erstreckung beziehungsweise senkrecht zur ersten Abmessung und senkrecht zur zweiten Erstreckung beziehungsweise senkrecht zur zweiten Abmessung verläuft. Beispielsweise wird die dritte Abmessung beziehungsweise die dritte Erstreckung auch als jeweilige Länge der jeweiligen Rippe 4 bezeichnet. Es ist denkbar, dass die Höhen der oder aller Rippen 4 beispielsweise gleich sind. Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, ist es denkbar, dass sich die Rippen 4 zumindest hinsichtlich ihrer Länge voneinander unterscheiden, sodass sich beispielsweise durch die Rippen 4 gebildete Formen insbesondere hinsichtlich der Größen oder Flächeninhalten voneinander unterscheiden. Alternativ oder zusätzlich können sich die Rippen 4 beispielsweise in ihren Stegbreiten voneinander unterscheiden, wodurch sich beispielsweise alternativ oder zusätzlich die durch die Rippen 4 gebildeten Formen in ihrer jeweiligen Größe, das heißt in ihren Größen voneinander unterscheiden. Dies wird im Folgenden genauer erläutert.
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Um nun eine belastungsangepasst und somit bedarfsgerechte und somit gewichts- und kostengünstige Versteifung oder Verstärkung des Bauteils 2, mithin eine besonders hohe Steifigkeit des Bauteils 2 auf besonders gewichts- und kostengünstige Weise realisieren zu können, weist die Rippenstruktur 3 wenigstens zwei Teilbereiche B1 und B2 auf, welche sich hinsichtlich Größen der durch die Rippen 4 in den Teilbereichen B1 und B2 gebildeten Formen voneinander unterscheiden, vorliegend derart, dass die durch die Rippen 4 in den Teilbereich B1 gebildeten Formen kleiner als die durch die Rippen 4 in dem Teilbereich B2 gebildeten Formen sind. Dies ist insbesondere dadurch realisiert, dass die Rippen 4 in dem Teilbereich B1 kürzer als die Rippen 4 in dem Teilbereich B2 sind. Mit anderen Worten ist vorliegend die Länge der Rippen 4 in dem Teilbereich B1 geringer als die Länge der Rippen 4 in dem Teilbereich B2. Die Formen an sich jedoch sind gleich, mithin weisen sie die gleiche Grundform auf. Bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die jeweilige Form, mithin die jeweilige Grundform eine sechseckige Wabe 7. Dies bedeutet, dass die Rippen 4 die sechseckigen Waben 7 bilden, sodass die Rippenstruktur 3 bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel als eine Wabenstruktur ausgebildet ist, welche die sechseckigen Waben 7, die durch die Rippen 4 gebildet sind, umfasst. Somit sind in dem Teilbereich B1 die Waben 7 kleiner als in dem Teilbereich B2. Mit andern Worten weisen die Waben 7 in dem Teilbereich B1 einen geringeren Flächeninhalt als die Waben 7 in dem Teilbereich B2 auf. Außerdem weisen die Waben 7 in dem Teilbereich B1 eine größere Stegbreite, das heißt eine größere Wanddicke auf als in dem Teilbereich B2.
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Im Folgenden wird das zuvor genannte Verfahren zum Herstellen des Bauteils 2 näher erläutert. Insbesondere wird die Herstellung der Rippenstruktur 3 als die genannte Wabenstruktur erläutert. Bei der zuvor genannten Simulation handelt es sich beispielsweise um eine Finite-Elemente-Simulation (FE-Simulation). Die Simulation wird mittels der genannten, elektronischen Recheneinrichtung durchgeführt. Das Simulationsmodell 1 ist ein Simulationsmodell zumindest eines Teils des herzustellenden Bauteils 2. Bei der Simulation wird das Simulationsmodell 1 einer Last unterworfen, welche in 1 besonders schematisch dargestellt und mit 8 bezeichnet ist. Aus 4 ist erkennbar, dass es sich bei dem Bauteil 2 vorliegend und somit beispielhaft um eine Platte handelt. Dabei weist das Bauteil 2 einen Grundkörper 6 auf, welcher an sich, das heißt für sich alleine betrachtet beispielhaft als eine Platte ausgebildet ist. Die Platte beziehungsweise der Grundkörper 6 weist beispielsweise in der genannten Erstreckungsebene an Länge von 100 Millimeter und in der genannten Erstreckungsebene eine Breite von 50 Millimetern auf. Beispielsweise weist die Platte beziehungsweise der Grundkörper 6 entlang einer mit der ersten Raumrichtung zusammenfallenden, ersten Erstreckungsrichtung eine Dicke von einem Millimeter auf. Insbesondere ist es denkbar, dass die Rippenstruktur 3 einstückig ausgebildet, mithin aus einem einzigen Stück gebildet ist. Insbesondere steht die Rippenstruktur 3 entlang der ersten Erstreckungsrichtung von der Oberfläche 5 ab, die durch den Grundkörper 6 gebildet ist beziehungsweise eine Oberfläche des Grundkörpers 6 ist.
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Insbesondere ist es ferner denkbar, dass der Grundkörper 6 einstückig ausgebildet, mithin aus einem einzigen Stück gebildet ist. Ganz vorzugsweise ist es vorgesehen, dass der Grundkörper 6 und die Rippenstruktur 3 einstückig miteinander ausgebildet sind, mithin aus einem einzigen Stück gebildet sind, sodass vorzugsweise der Grundkörper 6 und die Rippenstruktur 3 durch einen Monoblock gebildet oder als ein Monoblock ausgebildet sind. Vorzugsweise sind das Bauteil 2 und somit der Grundkörper 6 und die Rippenstruktur 3 durch Gießen, insbesondere durch Spritzgießen, hergestellt, sodass vorzugsweise das Bauteil 2 als ein Gussbauteil, insbesondere als ein Spritzgussbauteil, ausgebildet ist. Ferner ist es denkbar, dass das Bauteil 2 und somit der Grundkörper 6 und somit die Rippenstruktur 3 aus einem metallischen Werkstoff, oder aber aus einem Kunststoff gebildet sind.
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In der Simulation resultiert aus der Last 8, der das Simulationsmodell 1 unterworfen wird, eine Belastung des Simulationsmodells 1. Mit anderen Worten, dadurch, dass bei oder in der Simulation das Simulationsmodell 1 der Last 8 unterworfen wird, werden Belastungsdaten ermittelt, die eine Belastung des Simulationsmodells 1 charakterisieren, wobei die Belastung des Simulationsmodells 1 aus der Last 8, mithin daraus resultiert, dass das Simulationsmodell 1 bei oder in der Simulation der Last 8 unterworfen wird. Beispielsweise handelt es sich bei der Last 8 um eine Kraft und/oder um ein Drehmoment, oder die Last 8 umfasst wenigstens eine Kraft und/oder ein Drehmoment, die beziehungsweise das auf das Simulationsmodell 1 wirkt. Insbesondere ist die Last 8 ein Lastfall oder ein Bestandteil eines Lastfalls oder die Last 8 bildet einen Lastfall, dem das Simulationsmodell 1 in oder bei der Simulation unterworfen wird. Bei dem vorliegenden Lastfall ist beispielsweise die Platte beziehungsweise der Grundkörper 6 an ihrem beziehungsweise seinem Rand eingespannt, wobei die Last 8 insbesondere im Hinblick auf die Breite der Platte in deren Mitte auf die Platte (Grundkörper 6) wirkt. Beispielsweise wirkt die Last 8 entlang der ersten Erstreckungsrichtung und somit senkrecht zur Erstreckungsebene. In Abhängigkeit von der in der Simulation ermittelten und somit berechneten Belastung des Simulationsmodells 1, das heißt in Abhängigkeit von den Belastungsdaten wird, insbesondere mittels der elektronischen Recheneinrichtung, eine Punktewolke 9 erstellt oder erzeugt, welche in 2 erkennbar ist. Aus 2 ist erkennbar, dass die Punktewolke 9 mehrere Punkte 10 umfasst, mithin durch die Punkte 10 gebildet ist. Aus 2 ist erkennbar, dass die Punkte 10 in wenigstens einem ersten Bereich 11 der Punktewolke 9 und somit des Simulationsmodells 1 näher aneinander angeordnet sind als in wenigstens einem zweiten Bereich 12 der Punktewolke 9, sodass in dem ersten Bereich 11 jeweilige Abstände zwischen den Punkten 10 geringer sind als in dem zweiten Bereich 12. Dabei ist die Belastung in dem Bereich 11 höher als in dem Bereich 12, sodass das Simulationsmodell 1 durch die Last 8 in dem Bereich 11 stärker belastet ist oder wird als in dem Bereich 12, welcher insbesondere direkt an den ersten Bereich 11 angrenzt oder anschließt.
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Aus 3 ist erkennbar, dass, insbesondere mittels der elektronischen Recheneinrichtung, für den jeweiligen Punkt 10 der Punktewolke 9 ein jeweiliges, zugehöriges Sechseck 13 erstellt wird, dessen jeweiliger, auch als Flächenschwerpunkt bezeichneter geometrischer Schwerpunkt 14 mit dem jeweils zugehörigen Punkt 9 zusammenfällt. Hierdurch bilden die Sechsecke 13 eine auch als Sechseckstruktur bezeichnete Struktur 15. Dabei wird die Rippenstruktur 3 vorliegend als Wabenstruktur in Abhängigkeit von der Struktur 15 (Sechseckstruktur) hergestellt. Dies erfolgt vorliegend derart, dass die als Wabenstruktur ausgebildete Rippenstruktur 3 gemäß beziehungsweise entsprechend der Struktur 15 hergestellt wird, sodass sozusagen die Rippenstruktur 3 bezogen auf das vollständig und tatsächlich hergestellte Bauteil 2 beziehungsweise den Grundkörper 6 deckungsgleich mit der Struktur 15 bezogen auf Simulationsmodell 1 ist. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt wird sozusagen die Struktur 15 in die Rippenstruktur 3 überführt, sodass die Waben 7 den Sechsecken 13 entsprechen. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt werden die Sechsecke 13 in die Waben 7 überführt. In der Folge sind die Waben 7 hinsichtlich ihrer Grundform gleich, jedoch unterscheiden sich die Waben 7 in den Teilbereichen B1 und B2 hinsichtlich ihrer Größe voneinander. Außerdem ist es vorliegend vorgesehen, dass die Waben 7 in dem Teilbereich B1 eine größere Stegbreite aufweisen als die Waben 7 in dem Teilbereich B2. Für eine auch als Punktverteilung bezeichnete Verteilung der Punkte 10 insbesondere auf dem Simulationsmodell 1 beziehungsweise auf der Platte wird vorliegend beispielsweise eine Spannungsverteilung verwendet, die aus der Last 8 resultiert. Mit anderen Worten ist beispielsweise die genannte Belastung eine Spannungsverteilung in dem Simulationsmodell 1. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt charakterisiert beispielsweise die Belastung beziehungsweise charakterisieren die Belastungsdaten eine Spannungsverteilung, die aus der Last 8 resultiert. In Abhängigkeit von den Belastungsdaten und vorliegend beispielsweise in Abhängigkeit von der Spannungsverteilung wird die Punktewolke 9 mit den Punkten 10 erstellt. Entsprechendes ist für eine Sensitivitätsverteilung und eine Verschiebungsverteilung möglich, sodass beispielsweise alternativ oder zusätzlich die Belastungsdaten eine Sensitivitätsverteilung und/oder eine Verschiebungsverteilung charakterisieren beziehungsweise sodass beispielsweise die Belastung eine Sensitivitätsverteilung und/oder eine Verschiebungsverteilung ist oder charakterisiert.
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Anhand der Punkte 10 werden die als Waben ausgebildeten Sechsecke 13 insbesondere als zweidimensionale Sechsecke beziehungsweise zweidimensionale Waben nach der so genannten Voronoi-Methode erstellt und beispielsweise, insbesondere anschließend, in wenigstens eine oder mehrere dreidimensionale Konstruktionen (3D-Konstruktionen) wie beispielsweise die Rippenstruktur 3 erweitert. Es ist denkbar, dass, insbesondere nach dem Erstellen der Sechsecke 13, eine auch als Size-Optimierung bezeichnete, insbesondere finale, Größenoptimierung durchgeführt wird, in oder bei der die Stegbreiten optimiert und/oder erstellt werden, insbesondere derart, dass die Stegbreiten der Waben beziehungsweise der Sechsecke 13 in dem Teilbereich B1 beziehungsweise in dem Bereich 11 größer beziehungsweise dicker sind als die Stegbreiten der Waben 7 beziehungsweise Sechsecke 13 in dem Teilbereich B2 beziehungsweise in dem Bereich 12. Somit weisen beispielsweise die Waben 7 in dem Teilbereich B1 eine größere Wanddicke als die Waben in dem zweiten Teilbereich B2 auf. Als Ergebnis ist oder umfasst die Rippenstruktur 3 ein Wabenmuster mit besonders vorteilhafter, individueller Wabengröße für die Last 8 vorliegend in Bezug auf Spannung beziehungsweise die Spannungsverteilung, sodass die Rippenstruktur 3 eine variable oder variierende Rippenstruktur, insbesondere Wabenstruktur, ist. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Teil des herzustellenden Bauteils 2 der als Platte ausgebildete Grundkörper 6, sodass das Simulationsmodell 1 ein Simulationsmodell des Grundkörpers 6 ist, wobei das Simulationsmodell 1 der Last 8 unterworfen wir.
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Insgesamt ist anhand von 1 bis 4 erkennbar, dass die Rippenstruktur 3 und somit die durch die Rippenstruktur 3 bewirkte Versteifung beziehungsweise Verstärkung des Bauteils 2 an die Last 8 angepasst und somit belastungsangepasst ist, sodass auf besonders gewichtsgünstige Weise eine besonders hohe Steifigkeit des Bauteils 2 realisiert werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Simulationsmodell
- 2
- Bauteil
- 3
- Rippenstruktur
- 4
- Rippe
- 5
- Oberfläche
- 6
- Grundkörper
- 7
- Wabe
- 8
- Last
- 9
- Punktwolke
- 10
- Punkt
- 11
- erster Bereich
- 12
- zweiter Bereich
- 13
- Sechseck
- 14
- geometrischer Schwerpunkt
- 15
- Struktur
- B1
- erster Teilbereich
- B2
- zweiter Teilbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018130522 B3 [0002]