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Technisches Gebiet
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Diese Offenbarung betrifft allgemein Merkmale zum Koppeln von unähnlichen Materialien, während Korrosion, wie etwa galvanische Korrosion, beschränkt oder verhindert wird. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Anordnung zum Verhindern galvanischer Korrosion und ein Verfahren zum Zusammenbauen solch einer Anordnung.
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Hintergrund
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Viele Komponenten und Anordnungen – einschließlich solcher in Fahrzeugen – werden aus unähnlichen Materialien miteinander verbunden. Elektrochemisch unähnliche Materialien, die in elektrisch leitenden Kontakt gesetzt werden, können bei Vorhandensein eines Elektrolyten Korrosion unterliegen. Direkter Kontakt kann durch zwischen elektrochemisch unähnliche Materialien gesetzte Isoliermaterialien verhindert werden. Die Isolierung kann elektrische Leitung und die daraus resultierende Korrosion verhindern.
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Beispielsweise wird in
DE 198 24 977 A1 oder der
DE 198 51 494 A1 beschrieben, wie Karosserien und Karosserieanbauteile aus unterschiedlichen Materialien zunächst miteinander verbunden und dann im zusammengebauten Zustand durch ein Elektrotauchlackbad geführt werden.
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Karosserie und Karosserieanbauteil werden dabei durch Abstandselemente auf Abstand gehalten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, das beschriebene Problem der galvanischen Korrosion mit einfachen Mitteln zu beheben.
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Zusammenfassung
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Diese Aufgabe wird mit einer Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
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Hierin wird eine Anordnung zum Beschränken von Korrosion zwischen einem ersten Element, das aus einem ersten Material besteht, und einem zweiten Element, das aus einem zweiten Material besteht, das sich von dem ersten Material unterscheidet, vorgesehen. Die Anordnung umfasst mehrere in dem ersten Element festgelegte walzenartige Vertiefungen. Die mehreren walzenartigen Vertiefungen sind als einzelne, zusammenhängende, einteilige Struktur mit dem ersten Element ausgebildet.
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Die mehreren walzenartigen Vertiefungen und das zweite Element treten in Wechselwirkung, um mehrere galvanische Kontaktzonen festzulegen. Die Anordnung umfasst auch eine Elektrotauchlackierung, die das erste Element und das zweite Element im Wesentlichen ganz bedeckt. Die Elektro-tauchlackierung bedeckt allerdings nicht zumindest die mehreren galvanischen Kontaktzonen. Daher stehen die mehreren galvanischen Kontaktzonen nicht mit der Elektrotauchlackierung in Kontakt und sind abgedichtet, um Kontakt mit einem Elektrolyten zu verhindern.
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Es wird auch ein Verfahren zum Zusammenbauen eines ersten Elements mit einem zweiten Element vorgesehen. Das Verfahren beschränkt Korrosion zwischen dem ersten und dem zweiten Element und umfasst: A) Stanzen eines ersten Lochs in dem ersten Element; B) Prägen von mehreren walzenartigen Vertiefungen in dem ersten Element; C) Anbringen des ersten Elements an dem zweiten Element, wobei das erste Element mit einem Befestigungsmittel an dem zweiten Element angebracht wird, was eine verbundene Anordnung ausbildet; und D) Elektrotauchlackieren der verbundenen Anordnung, so dass im Wesentlichen die gesamten freiliegenden Oberflächen des ersten Elements, des zweiten Elements und des Befestigungsmittels von einer Elektrotauchlackierung bedeckt sind.
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Die vorstehenden Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen mühelos aus der folgenden eingehenden Beschreibung einiger der besten Methoden und anderen Ausführungsformen zum Ausführen der Erfindung unter Heranziehen der Begleitzeichnungen hervor.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine schematische isometrische Ansicht einer Anordnung zum Beschränken von Korrosion zwischen einem ersten Element und einem zweiten Element, die aus unähnlichen Materialien bestehen;
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2 ist eine schematische isometrische Ansicht nur des ersten und des zweiten Elements der in 1 gezeigten Anordnung;
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3 ist eine schematische isometrische Querschnittansicht der in 1 gezeigten Anordnung entlang der Linie 3-3; und
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4 ist eine schematische, detailliertere Ansicht von Fläche 4-4 von 3, die eine einen Großteil der Anordnung bedeckende Elektrotauchlackierung zeigt.
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Eingehende Beschreibung
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Unter Bezug auf die Zeichnungen, bei denen gleiche Bezugszeichen gleichen oder ähnlichen Komponenten in den gesamten mehreren Figuren entsprechen, ist in 1 eine isometrische Ansicht einer Anordnung 10 gezeigt, die ein erstes Element 12 und ein zweites Element 14 aufweist. Das erste Element 12 besteht aus einem ersten Material und das zweite Element 14 besteht aus einem zweiten Material, das sich von dem ersten Material unterscheidet, so dass die Anordnung 10 mindestens zwei unähnliche Materialien aufweist.
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Das erste Element 12 kann zum Beispiel und ohne Einschränkung ein Kotflügel, ein Teil eines Kotflügels oder eine ähnliche Struktur an einem Fahrzeug sein. Daher kann das in 1 gezeigte erste Element 12 nur ein kleiner Teil einer viel größeren Komponente sein. Das zweite Element 14 kann zum Beispiel und ohne Einschränkung ein Rahmen oder ein Teil eines Rahmens für ein Fahrzeug sein. Analog kann das in 1 gezeigte zweite Element 14 nur ein kleiner Teil einer viel größeren Komponente sein.
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Während ein Großteil der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf kraftfahrzeugtechnische Anwendungen näher beschrieben wird, wird der Fachmann die breitere Anwendbarkeit der Erfindung erkennen. Der Durchschnittsfachmann wird auch erkennen, dass Begriffe wie „oberhalb”, „unterhalb”, „nach oben”, „nach unten” etc. die Figuren beschreibend verwendet werden.
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Ein Befestigungsmittel 16 befestigt das erste Element 12 an dem zweiten Element 14. Das Befestigungsmittel 16 kann ein Bolzen, eine Schraube, eine Niete oder eine andere Komponente sein, die für den Durchschnittsfachmann erkenntlich in der Lage und geeignet ist, um das erste Element 12 mit dem zweiten Element 14 zu verbinden oder daran festzuklemmen. Die spezifische Größe und Art des Befestigungsmittels 16 hängt von der Größe und den Belastungsbedingungen der Anordnung 10 ab.
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In der in 1 gezeigten anschaulichen Anordnung 10 wirkt das Befestigungsmittel 16 mit einer Unterlegscheibe 18 zusammen. In der gezeigten Konfiguration ist die Unterlegscheibe 18 zwischen dem ersten Element 12 und dem Kopf des Befestigungsmittels 16 angeordnet. Alternativ kann sich die Unterlegscheibe 18 an anderer Stelle befinden. Weiterhin kann die Unterlegscheibe 18 als Teil des Befestigungsmittels 16 integriert oder ausgebildet sein. Das Befestigungsmittel 16 und die Unterlegscheibe 18 können auch als Anordnung ausgebildet sein, so dass sich die Unterlegscheibe 18 unverlierbar an dem Befestigungsmittel 16 befindet.
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Die Anordnung 10 kann aus zahlreichen unähnlichen Materialien gebildet sein. Beispielhafte Materialien umfassen Aluminium und Stahl. Wenn zum Beispiel und ohne Einschränkung das erste Element 12 ein Kraftfahrzeug-Kotflügel ist und das zweite Element 14 ein Kraftfahrzeugrahmen ist, kann das erste Material Aluminium sein und das zweite Material kann Stahl sein. Alternativ kann das erste Material Stahl sein und das zweite Material kann Aluminium sein.
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Wenn zwei elektrochemisch unähnliche Materialien (häufig Metalle) vorhanden sind, kann unter manchen Bedingungen Korrosion auftreten. Aluminium und Stahl sind elektrochemisch unähnliche Materialien, wovon jedes in dem ersten Element 12 oder dem zweiten Element 14 verwendet werden kann. Diese Art von Korrosion kann als galvanische Korrosion oder Korrosion unähnlicher Metalle bezeichnet werden und ist der Prozess, durch den eines oder beide der in Kontakt miteinander stehenden Materialien oxidieren oder korrodieren.
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Korrosion kann auftreten, wenn zwischen den zwei Materialien ein elektrisch leitender Pfad vorhanden ist und wobei die zwei Materialien in Gegenwart eines Elektrolyten sind. Ein elektrisch leitender Pfad tritt häufig auf, wenn die zwei Materialien in direktem Kontakt stehen, kann aber auch in anderen Situationen auftreten. Elektrolyten umfassen Wasser, insbesondere wenn Salze oder andere Mineralien in dem Wasser gelöst sind – wie etwa bei Meerwasser oder Regen und aufgetauter Schnee in Regionen, die Salz auf Straßen nutzen.
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Wenn zwei unähnliche Materialien zusammengeklemmt werden, können kleine Mengen an Feuchtigkeit in sehr kleine Spalte zwischen den Materialien hineingesaugt werden. Feuchtigkeit kann über einen längeren Zeitraum zurückgehalten werden oder zwischen den Spalten sitzen. Dies erzeugt zumindest zeitweilig eine galvanische Zelle, da der Elektrolyt ein Mittel für Ionenwanderung vorsieht, wodurch sich Ionen von einem Material (der Anode) zu dem anderen Material (der Kathode) bewegen können.
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Unter Bezug nun auf 2 und unter weiterem Bezug auf 1 ist eine andere isometrische Ansicht eines Teils der Anordnung 10 gezeigt. In der in 2 gezeigten Ansicht sind nur das erste Element 12 und das zweite Element 14 gezeigt. 2, bei der die Unterlegscheibe 18 entfernt bzw. nicht sichtbar ist, zeigt Strukturen, die ausgelegt sind, um eine galvanische Korrosion zwischen dem ersten Element 12 und dem zweiten Element 14 (aus elektrochemisch unähnlichen Materialien) zu beschränken. Das erste Element 12 umfasst mehrere walzenartige Vertiefungen 20, die sich von dem ersten Element 12 zu dem zweiten Element 14 erstrecken und mit diesem Kontakt herstellen.
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Die walzenartigen Vertiefungen 20 sind mit dem ersten Element 12 als einteilige Struktur ausgebildet. In der in den Figuren gezeigten anschaulichen Anordnung 10 sind die walzenartigen Vertiefungen 20 in dem ersten Element 12 ausgebildet. Jedoch können die walzenartigen Vertiefungen 20 entweder am ersten Element 12 oder am zweiten Element 14 ausgebildet sein. Die korrosiven Eigenschaften (bzw. deren Fehlen) sind im Wesentlichen gleich, ob die walzenartigen Vertiefungen 20 nun an dem ersten Element 12 oder dem zweiten Element 14 ausgebildet sind.
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In dem ersten Element 12 ist auch ein erstes Loch 22 festgelegt. Das Befestigungsmittel 16 (in 2 nicht gezeigt, in 1 gezeigt) tritt durch das erste Loch 22. Die walzenartigen Vertiefungen 20 sind im Wesentlichen symmetrisch um das erste Loch 22. In 2 sind die walzenartigen Vertiefungen 20 um das erste Loch 22 gebogen oder gerundet ausgebildet (d. h. die Zylinder sind gebogen oder gewölbt, mit dem ersten Loch 22 an der Mitte der Wölbung). Jedoch könnten die walzenartigen Vertiefungen 20 als gerade walzenartige Eindrücke ausgebildet sein (d. h. eher wie ein echter Zylinder) und immer noch symmetrisch um das erste Loch 22 in einem Muster, das an ein Quadrat erinnert, beabstandet oder angeordnet sein.
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2 zeigt das erste Element 12 mit vier walzenartigen Vertiefungen 20, die um das erste Loch 22 symmetrisch beabstandet sind. Andere Konfigurationen können aber zwei, drei oder eine größere Anzahl an walzenartigen Vertiefungen 20 umfassen. Wenn drei gewölbte walzenartige Vertiefungen 20 in das erste Element 12 ausgebildet sind, würde die Form sehr ähnlich wie in 2 gezeigt aussehen, lediglich der Abstand und die Proportionen der walzenartigen Vertiefungen 20 können anders sein. Wenn aber drei gerade walzenartige Vertiefungen 20 in das erste Element 12 ausgebildet sind, würden die walzenartigen Vertiefungen 20 ein Dreieckmuster mit dem ersten Loch 22 in der Mitte des Dreieckmusters bilden.
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Unter Bezug nun auf 3 und unter weiterem Bezug auf 1 und 2 ist eine isometrische Querschnittansicht der in 1 gezeigten Anordnung 10 gezeigt. Die in 3 gezeigte Querschnittansicht wurde entlang der Linie 3-3 von 1 genommen. 3 zeigt die Grenzflächenbereiche, die die unähnlichen Materialien des ersten Elements 12 und des zweiten Elements 14 verbinden.
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Neben dem Treten durch das erste Loch 22 in dem ersten Element 12 tritt das Befestigungsmittel 16 durch ein zweites Loch 24 in dem zweiten Element 14. Das Befestigungsmittel 16 wirkt mit einer Federleiste oder einer Schweißmutter 26 zusammen, um an dem ersten Element 12 und dem zweiten Element 14 eine Klemmkraft vorzusehen. Das Innere der Schweißmutter 26 und das Äußere des angrenzenden Teils des Befestigungsmittels 16 können mit Gewinde versehen sein.
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Das zweite Element 14 umfasst eine Stirnfläche 30, die mit den walzenartigen Vertiefungen 20 zusammenwirkt, um mehrere galvanische Kontaktzonen 32 festzulegen. Die Stirnfläche 30 kann im Wesentlichen eben sein (wie in 1–3 gezeigt) oder kann leicht konkav oder konvex sein. Die tatsächlichen Kontakte zwischen dem ersten Element 12 und dem zweiten Element 14 treten allerdings nur in den galvanischen Kontaktzonen 32 auf. Die galvanischen Kontaktzonen 32 sehen einen potentiell elektrisch leitenden Pfad zwischen dem ersten Element 12 und dem zweiten Element 14 vor. In der in 1–3 gezeigten anschaulichen Anordnung 10 sind vier walzenartige Vertiefungen 20 und vier galvanische Kontaktzonen 32 vorhanden.
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Unter Bezug nun auf 4 und unter weiterem Bezug auf 1–3 ist eine detailliertere Ansicht der in 3 gezeigten isometrischen Querschnittansicht gezeigt. Die in 4 gezeigte detailliertere Ansicht ist bei Bereich 4-4 von 3 genommen. 4 zeigt eine der galvanischen Kontaktzonen 32, wobei die walzenartigen Vertiefungen 20 des ersten Elements 12 die Stirnfläche 30 des zweiten Elements 14 kontaktieren.
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Nach dem Anbringen des ersten Elements 12 an dem zweiten Element 14 mit dem Befestigungsmittel 16 – und möglicherweise nach dem Anbringen anderer Komponenten – wird auf der gesamten Anordnung 10 eine Elektrotauchlackierung 34 aufgebracht. Die Elektrotauchlackierung 34 ist in 4 als dicke, dunkle Linie gezeigt, wobei die Querschnittlinie 3-3 die mit der Elektrotauchlackierung 34 bedeckten Flächen schneidet. Die Elektrotauchlackierung 34 kann zum Beispiel auch als: TL, Elektrophorese- oder elektrophoretische Beschichtung, Elektrotauchlack, Elektrotauchfarbe, Elektroabscheidung oder Elektroabscheidungsprozess bezeichnet werden.
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Der elektrophoretische Beschichtungsprozess bzw. der Elektrotauchlackierungsprozess, durch den die Elektrotauchlackierung 34 aufgebracht wird, ist ein organisches Beschichtungsverfahren, das elektrischen Strom nutzt, um wasserbasierte Farbe oder Beschichtungen auf Metall oder leitende Teil abzuscheiden. Die Elektrotauchlackierung 34 kann als erste Farbschicht, Grundierungsschicht, als letzte Farbschicht oder allein als Schutzschicht für das Verhindern galvanischer Korrosion aufgebracht werden. Da die Elektrotauchlackierung 34 in einer flüssigen Umgebung aufgebracht wird – wie etwa einem Tauchbad oder Bad – werden die meisten Oberflächen, die der Flüssigkeit ausgesetzt sind, eine Schicht der Elektrotauchlackierung 34 aufweisen. Die Elektrotauchlackierung 34 kann zusätzlichem Härten oder zusätzlichen Veredelungsprozessen unterzogen werden.
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Die Elektrotauchlackierung 34 bedeckt mit Ausnahme der galvanischen Kontaktzonen 32 das erste Element 12 und das zweite Element 14 im Wesentlichen ganz. Daher stehen die galvanischen Kontaktzonen 32 nicht mit der Elektrotauchlackierung 34 in Kontakt, sondern sind von der Elektrotauchlackierung 34 umgeben. Die galvanischen Kontaktzonen 32 sind abgedichtet oder isoliert, um Kontakt mit einem mit dem ersten Element 12 und dem zweiten Element 14 in Wechselwirkung tretenden Elektrolyten zu verhindern.
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Die Elektrotauchlackierung 34 ist als dicke, fette Linie veranschaulicht und ist in 4 nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeigt. Daher kann die Elektrotauchlackierung 34 im Verhältnis zu den anderen gezeigten Komponenten wesentlich dünner oder wesentlich dicker sein. Abhängig von der Dicke der Elektrotauchlackierung 34 und der Größe der anderen Komponenten der Anordnung 10 kann die Elektrotauchlackierung 34 aus der Sicht von 3 bei manchen Ausführungsformen von Anordnung 10 sichtbar sein (auch wenn die Elektrotauchlackierung 34 in der in 3 hierin gezeigten anschaulichen Anordnung 10 nicht sichtbar ist).
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Wie in 4 gezeigt hält die galvanische Kontaktzone 32 eine kleine Grenzfläche zwischen den walzenartigen Vertiefungen 20 und der Stirnfläche 30 aufrecht, auf der die Elektrotauchlackierung 34 nicht aufgebracht ist. Die Elektrotauchlackierung 34 reicht nicht vollständig zu den Kontaktflächen zwischen den walzenartigen Vertiefungen 20 und der Stirnfläche 30 und bildet eine gerundete Kante gegenüber den galvanischen Kontaktzonen 32 aus. Die Elektrotauchlackierung 34 und die Form der Vertiefungen 20 bewirken ein Abtransportieren von Elektrolyten wie Wasser von den galvanischen Kontaktzonen 32. Ohne längeren Kontakt mit einem Elektrolyten kann eine galvanische Korrosion zwischen dem ersten Element 12 und dem zweiten Element 14 wesentlich beschränkt oder verhindert werden.
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Unter erneutem Bezug auf 3 weist das Befestigungsmittel 16 einen Befestigungsmitteldurchmesser 40 auf, und das erste Loch 22 weist einen Lochdurchmesser 42 auf. Der Lochdurchmesser 42 ist größer als der Befestigungsmitteldurchmesser 40, so dass die Elektrotauchlackierung 34 zwischen dem Befestigungsmittel 16 und dem ersten Loch 22 angeordnet werden kann. Weiterhin wird dadurch, dass der Lochdurchmesser 42 größer als der Befestigungsmitteldurchmesser 40 ist, Kontakt zwischen dem ersten Element 12 und dem Befestigungsmittel 16 verhindert. Die größere Größe des Lochdurchmessers 42 beschränkt eine galvanische Korrosion des ersten Elements 12.
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Die walzenartigen Vertiefungen 20 können durch Prägen des ersten Elements 12 gebildet werden. Die walzenartigen Vertiefungen 20 und das erste Loch 22 können zusammen als Teil der Ausbildung des ersten Elements 12 geprägt bzw. gestanzt werden. Wenn zum Beispiel und ohne Beschränkung das erste Element 12 ein Kraftfahrzeug-Kotflügel ist, können die walzenartigen Vertiefungen 20 und das erste Loch 22 während des Ausbildungsprozesses für den Kotflügel selbst geprägt bzw. gestanzt werden.
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Die Unterlegscheibe 18 weist einen Unterlegscheibendurchmesser 44 auf, und die walzenartigen Vertiefungen 20 weisen einen Außendurchmesser 46 auf. In dem in 1–4 gezeigten anschaulichen Beispiel ist der Außendurchmesser 46 der walzenartigen Vertiefungen 20 kleiner als der Unterlegscheibendurchmesser 44. Die relative Größe des Außendurchmessers 46 der walzenartigen Vertiefungen 20 und des Unterlegscheibendurchmessers 44 steuert Lastverteilung zwischen der Unterlegscheibe 18 und den walzenartigen Vertiefungen 20.
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Die in 1–4 gezeigte Anordnung 10 kann ein Teil eines Kotflügels und eines Rahmens an einem Fahrzeug sein. Hierin wird auch ein Verfahren zum Zusammenbauen des Kotflügels mit dem Rahmen beschrieben. Der Kotflügel kann entweder aus dem ersten Element 12 oder aus dem zweiten Element 14 hergestellt werden, bevor er an dem Rahmen montiert wird, der aus dem anderen von erstem Element 12 und zweitem Element 14 besteht.
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Das Herstellen und die Montage des Kotflügels können das Stanzen bzw. Prägen des ersten Lochs 22 und der walzenartigen Vertiefungen 20 in den Kotflügel umfassen. Dann wird der Kotflügel an dem Rahmen angebracht – beispielsweise mit dem Befestigungsmittel 16 – was eine Rahmen-Kotflügel-Anordnung bildet (ein Teil davon kann die in den Figuren gezeigte Anordnung 10 sein). Als Nächstes kann die Rahmen-Kotflügel-Anordnung 10 elektrotauchlackiert werden, so dass der Kotflügel und der Rahmen im Wesentlichen ganz durch eine Elektrotauchlackierung 34 bedeckt sind.
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Die walzenartigen Vertiefungen 20 können in einem symmetrischen Muster um das erste Loch 22 in dem Kotflügel eingeprägt werden. Weiterhin können das erste Loch 22 und die walzenartigen Vertiefungen 20 in dem Kotflügel in einem einzigen Stanzprozess gestanzt werden.
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Das Verfahren kann auch vor dem Ausbilden der Anordnung 10 das Positionieren der Unterlegscheibe 18 zwischen dem Befestigungsmittel 16 und dem Kotflügel umfassen. Die Unterlegscheibe 18 kann montiert werden, wenn der Unterlegscheibendurchmesser 44 größer als ein Außendurchmesser 46 der walzenartigen Vertiefungen 20 ist. Der Kotflügel kann aus Aluminium gebildet sein, und der Rahmen kann aus Stahl gebildet sein.
