DE102012212595B4

DE102012212595B4 - Elastikrohrausrichtungssystem und -verfahren zum präzisen Anordnen von Komponenten

Info

Publication number: DE102012212595B4
Application number: DE102012212595.7A
Authority: DE
Inventors: Steven E. Morris
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-07-21
Filing date: 2012-07-18
Publication date: 2022-03-03
Anticipated expiration: 2032-07-19
Also published as: US8695201B2; CN102886753A; CN102886753B; DE102012212595A1; US20140159412A1; BR102012016994A2; US20130019455A1; US20140157578A1

Abstract

Elastikrohrausrichtungssystem (100) zum Ausrichten von Komponenten aufeinander, das umfasst:eine erste Komponente (106);eine zweite Komponente (114);mehrere aufrechte Elastikrohre (102), die mit der ersten und/oder der zweiten Komponente (106) verbunden sind, wobei jedes Elastikrohr (102) eine Rohrwand aufweist;mehrere Öffnungen (110), die in der ersten und/oder der zweiten Komponente (114) ausgebildet sind, wobei jede Öffnung (110) eine Öffnungswand (116) aufweist;wobei die mehreren Öffnungen (110) in einer koordinierten Beziehung zu einer geometrischen Verteilung der mehreren Elastikrohre (102) geometrisch verteilt sind, so dass jedes Elastikrohr (102) in einer jeweiligen Öffnung (110) aufgenommen werden kann;wobei, wenn jedes Elastikrohr (102) in seiner jeweiligen Öffnung (110) aufgenommen wird, eine elastische Verformung an einer Grenzfläche zwischen einer Rohrwand (102') und der Öffnungswand (116) stattfindet, wobei die elastische Verformung darauf anspricht, dass jede Rohrwand (102') einen Durchmesser aufweist, der größer ist als ein Querschnitt (132) seiner jeweiligen Öffnung (110); undwobei die elastische Verformung über die mehreren Elastikrohre (102) elastisch gemittelt wird, so dass die erste Komponente (106) relativ zur zweiten Komponente (114) präzise angeordnet wird, wobei die elastische Mittelung eine präzise Ausrichtung der ersten Komponente (106) und der zweiten Komponente (114) innerhalb einer Varianz X' schafft, die durch X' = X/VN definiert ist, wobei X die mittlere Herstellungsvarianz der Elastikrohre (102) und der Öffnungen (110) ist, und N deren Anzahl ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Anordnungsmerkmale zum Ausrichten von Komponenten während eines Zusammenfügungsvorgangs. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf mehrere voneinander beabstandete Elastikrohrausrichtungsmerkmale einer ersten Komponente, die sich im Mittel elastisch verformen, wenn sie mit Aufnahmeöffnungsausrichtungsmerkmalen einer zweiten Komponente zusammengefügt werden, um dadurch die erste und die zweite Komponente während eines Zusammenfügungsvorgangs präzise auszurichten.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Derzeit werden Komponenten, die in einem Herstellungsprozess zusammengefügt werden sollen, in Bezug aufeinander durch 2-Weg- und/oder 4-Weg-Steckerausrichtungsmerkmale, typischerweise hochstehende Naben, die in entsprechenden Buchsenausrichtungsmerkmalen, typischerweise Öffnungen in Form von Löchern oder Schlitzen, aufgenommen werden, gegenseitig angeordnet. Es besteht ein Zwischenraum zwischen den Steckerausrichtungsmerkmalen und ihren jeweiligen Buchsenausrichtungsmerkmalen, der so vorbestimmt ist, dass er den erwarteten Größen- und Positionsvariationstoleranzen der Stecker- und Buchsenausrichtungsmerkmale infolge von Herstellungsvarianzen (oder Fertigungsvarianzen) entspricht. Folglich kann eine signifikante Positionsvariation zwischen den zusammengefügten ersten und zweiten Komponenten auftreten, die zur Anwesenheit von unerwünscht großen und veränderlichen Spalten und ansonsten einer schlechten Passung dazwischen beiträgt.
Als Beispiel stellen 1 bis 3 die Anordnungsmodalität des Standes der Technik für die Ausrichtung von zwei Komponenten, wenn sie zusammengefügt werden, dar.
Eine erste Komponente 10 weist mehrere Steckerausrichtungsmerkmale in Form einer aufrechten länglichen Rippe 12 und davon beabstandet einen aufrechten Bolzen 14 mit vier Zinken auf. Eine zweite Komponente 16 weist mehrere Buchsenausrichtungsmerkmale in Form eines schmalen Schlitzes 18, der an einem Ende angeordnet ist, und eines breiten Schlitzes 20, der am entgegengesetzten Ende angeordnet ist, auf. Die zusätzlichen Schlitze 22 der zweiten Komponente 16 sollen einen Zwischenraum für Gewindebefestigungsvorrichtungen 24 schaffen, die in Schraubenaufnahmelöcher 26 der ersten Komponente 10 eingeschraubt werden sollen.
Wie in 2 am besten gezeigt, wird die längliche Rippe 12 im schmalen Schlitz 18 locker aufgenommen, wobei der Abstand 30 zwischen den Seiten 18' des schmalen Schlitzes 12 und den Seiten 12' der länglichen Rippe einen Abstand dazwischen zum Ausgleichen von Herstellungsvarianzen ermöglicht. Wie in 3 am besten gezeigt, wird der mit Zinken versehene Bolzen 14 ebenso locker in dem breiten Schlitz 20 aufgenommen, wobei der Abstand 30 zwischen den Seiten 20' des breiten Schlitzes und den Seiten 14" der Zinken 14' des mit Zinken versehenen Bolzens einen Abstand dazwischen zum Ausgleichen von Herstellungsvarianzen ermöglicht. Der Abstand (oder der Spalt oder Zwischenraum) 30 zwischen den Stecker- und Buchsenausrichtungsmerkmalen kann beispielsweise 0,6 mm sein, wobei der Fehler der Zusammenfügung der ersten Komponente mit der zweiten Komponente als Querstreben- [engl.: „cross-car“] und Aufwärts-Abwärts-Puffer bis zu etwa 1,2 mm betragen kann
Wenn im Betrieb die erste und die zweite Komponente zusammengefügt werden, tritt der anfängliche Kontakt dazwischen auf, wenn die längliche Rippe in den schmalen Schlitz eintritt und der mit Zinken versehene Bolzen in den breiten Schlitz eintritt, wodurch die erste und die zweite Komponente miteinander in allgemeine Ausrichtung gebracht werden. Die größere Größe des schmalen Schlitzes in Bezug auf die längliche Rippe und die größere Größe des breiten Schlitzes in Bezug auf den mit Zinken versehenen Bolzen ermöglichten, dass die Zusammenfügung sanft und kraftlos vor sich geht, wenn sich die erste und die zweite Komponente zusammenfügen, selbst wenn eine Herstellungsvarianz hinsichtlich der Größe und Position der Ausrichtungsmerkmale vorhanden ist. Problematischerweise besteht jedoch ein beträchtliches Spiel zwischen der länglichen Rippe in Bezug auf den schmalen Schlitz und zwischen dem mit Zinken versehenen Bolzen und dem breiten Schlitz. Dieses Spiel (oder dieser Spielraum), wie vorstehend erwähnt, ermöglicht, dass die erste Komponente relativ zur zweiten Komponente allgemein, aber nicht präzise ausgerichtet wird. Wenn die Gewindebefestigungsvorrichtungen eingeschraubt werden, wird irgendeine Fehlpassung der Ausrichtung offenkundig und die sichtbare Fuge zwischen den zwei Komponenten kann unregelmäßig sein, einen zu großen Spalt aufweisen, im Aussehen unausgeglichen sein usw., wobei in jedem Fall die Fehlpassung der Ausrichtung die Passung für eine Ausführung der Klasse A unannehmbar macht.
Folglich bleibt es auf dem Fachgebiet erforderlich, irgendwie eine Ausrichtungsmodalität für die Zusammenfügung von Komponenten zu schaffen, wobei, wenn die Zusammenfügung vollendet ist, ein Spielraum zwischen den Stecker- und Buchsenausrichtungsmerkmalen fehlt, um eine Präzisionsausrichtung zu schaffen, und dennoch geht die ausgerichtete Zusammenfügung jedes Mal sanft und kraftlos vor sich.
Aus der DE 295 19 083 U1 ist ein Positionierstiftesatz bekannt. Die US 6 971 831 B2 beschreibt eine selbstsperrende Befestigung. In der DE 25 37 146 C3 ist eine Baueinheit aus zwei in eine Relativlage zu positionierenden Bauteilen offenbart. Die US 6 193 430 B1 lehrt eine quasikinematische Kupplung und Verfahren hierzu.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Elastikrohrausrichtungssystem und Verfahren zum Ausrichten von Komponenten aufeinander bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist ein Elastikrohrausrichtungssystem für die präzise Zusammenfügung von Komponenten, insbesondere Kraftfahrzeugkomponenten, wobei, wenn die Zusammenfügung vollendet ist, ein Spiel (oder Spielraum) zwischen den Stecker- und Buchsenausrichtungsmerkmalen fehlt, um eine Präzisionsausrichtung mit versteifter Positionseinschränkung zu schaffen, und dennoch geht die ausgerichtete Zusammenfügung jedes Mal sanft und kraftlos vor sich.
Das Elastikrohrausrichtungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitet nach dem Prinzip der elastischen Mittelung. Mehrere geometrisch getrennte Elastikrohrausrichtungsmerkmale (Steckerausrichtungsmerkmale) sind an einer ersten Komponente angeordnet, während mehrere eins zu eins entsprechende Öffnungsausrichtungsmerkmale (Buchsenausrichtungsmerkmale) an einer zweiten Komponente vorgesehen sind, wobei die Elastikrohrausrichtungsmerkmale einen Durchmesser aufweisen, der einen Querschnitt der Öffnungsausrichtungsmerkmale überschreitet. Die erste und die zweite Komponente können jedoch jeweils einige der Elastikrohrausrichtungsmerkmale und einige der Öffnungsausrichtungsmerkmale aufweisen, solange sie eins zu eins entsprechen, so dass sie gegenseitig miteinander in Eingriff gebracht werden können. Während der Zusammenfügung der ersten Komponente mit der zweiten Komponente kommt jedes Elastikrohrausrichtungsmerkmal jeweils mit seinem entsprechenden Öffnungsausrichtungsmerkmal in Eingriff. Wenn die Elastikrohrausrichtungsmerkmale in den Öffnungsausrichtungsmerkmalen aufgenommen werden, wird irgendeine Herstellungsvarianz hinsichtlich der Position und Größe der Elastikrohr- und Öffnungsausrichtungsmerkmale durch elastische Verformung im Mittel an der Grenzfläche zwischen den Elastikrohr- und Öffnungsausrichtungsmerkmalen ausgeglichen. Diese elastische Mittelung über die mehreren Elastikrohr- und Öffnungsausrichtungsmerkmale schafft eine präzise Ausrichtung zwischen ersten und zweiten Komponenten, wenn sie relativ zueinander zusammengefügt werden, und dennoch geht die Zusammenfügung sanft und leicht vor sich.
Gemäß der vorliegenden Erfindung schafft die elastische Mittelung eine präzise Ausrichtung der Komponenten innerhalb einer Varianz X', die durch X' = X/√N definiert ist, wobei X die mittlere Herstellungsvarianz der Elastikrohrausrichtungsmerkmale und der Öffnungsausrichtungsmerkmale ist, und N deren Anzahl ist. Folglich wird der erforderliche Zwischenraum für die Stecker- und Buchsenausrichtungsmerkmale des Standes der Technik durch die vorliegende Erfindung unnötig gemacht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Elastikrohrausrichtungsmerkmale durch elastische Kompression der Rohrwand des Elastikrohrs elastisch verformbar, wobei die Verformung vorzugsweise federnd reversibel ist. In einer beispielhaften Anwendung der vorliegenden Erfindung sind die Elastikrohrausrichtungsmerkmale (typischerweise einteilig) mit einer ersten Komponente in einer aufrechten, senkrechten Beziehung zu einer vorbestimmten Oberfläche der ersten Komponente verbunden. Ferner ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, aber nicht erforderlich, dass die Öffnungsausrichtungselemente durch elastische Ausdehnung der Öffnungswand der Öffnung elastisch verformbar sind, wobei die Verformung vorzugsweise federnd reversibel ist. In einer beispielhaften Anwendung der vorliegenden Erfindung sind die Öffnungsausrichtungsmerkmale an einer zweiten Komponente, typischerweise als Schlitz oder Loch in einer vorbestimmten Oberfläche der zweiten Komponente angeordnet, wobei der Durchmesser der Elastikrohrausrichtungsmerkmale den Querschnitt der Öffnungsausrichtungsmerkmale überschreitet, wodurch eine elastische Verformung stattfindet, wenn jedes Elastikrohrausrichtungsmerkmal in seinem jeweiligen Öffnungsausrichtungsmerkmal aufgenommen wird. Der Prozess zum Zusammenfügen mit präziser Ausrichtung wird sowohl sanft als auch leicht durchgeführt. Dies wird durch eine Verjüngung (kleinerer Durchmesser mit zunehmender Höhe) der Elastikrohrausrichtungsmerkmale, um ihren anfänglichen Eintritt in die Öffnungsausrichtungsmerkmale zu erleichtern, und durch Abschrägen der Öffnungswand der Öffnungsausrichtungsmerkmale, um die elastische Verformung an der Grenzfläche der Öffnungswand mit der Rohrwand lokal auszuprägen, verbessert.
Im Betrieb, wenn die erste und die zweite Komponente zusammengefügt werden, besteht der anfängliche Kontakt dazwischen an den mehreren geometrisch beabstandeten Elastikrohrausrichtungselementen, die in ihre eins zu eins entsprechenden Öffnungsausrichtungsmerkmale eintreten. Aufgrund der größeren Größe des Durchmessers der Elastikrohrausrichtungsmerkmale relativ zum Querschnitt der Öffnungsausrichtungsmerkmale tritt eine elastische Verformung an der Grenzfläche dazwischen auf und diese Verformung wird über die geometrische Verteilung der mehreren Elastikrohrausrichtungsmerkmale gemittelt. Die Ausrichtung wird präzise, wenn die erste und die zweite Komponente vollständig zusammengefügt wurden, da die Verjüngung der Elastikrohrausrichtungsmerkmale einen größten Durchmesser zum Querschnitt der Öffnungsausrichtungsmerkmale schafft, wenn die erste und die zweite Komponente die endgültige Zusammenfügung erreicht haben. Wenn eine Befestigungsmodalität implementiert wird, wie beispielsweise Gewindebefestigungsvorrichtungen, Heißnieten, Schallschweißen, Druckmuttern, Klemmen usw., wird die präzise Ausrichtung offenkundig und die sichtbare Fuge zwischen den zwei Komponenten ist eine perfekte Ausführung der Klasse A.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht einer ersten Komponente, die vor der endgültigen Montage durch Gewindebefestigungsvorrichtungen allgemein auf eine zweite Komponente ausgerichtet ist, wobei eine Ausrichtungsmodalität des Standes der Technik verwendet wird.
2 ist eine aufgeschnittene Detailansicht an der Kennzeichnung 2 von 1 gesehen.
3 ist eine aufgeschnittene Detailansicht an der Kennzeichnung 3 von 1 gesehen.
4 ist eine perspektivische Ansicht einer ersten Komponente, die vor der endgültigen Montage durch Gewindebefestigungsvorrichtungen allgemein auf eine zweite Komponente ausgerichtet ist, wobei die Ansicht zu 1 ähnlich ist, außer dass nun ein Elastikrohrausrichtungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
5 ist eine teilweise Schnittansicht entlang der Linie 5-5 von 4 gesehen.
6 ist eine teilweise Schnittansicht ähnlich zu 5, wobei eine erste Stufe der Zusammenfügung zwischen der ersten und der zweiten Komponente gezeigt ist.
7 ist eine teilweise Schnittansicht ähnlich zu 5, wobei eine mittlere Stufe der Zusammenfügung zwischen der ersten und der zweiten Komponente gezeigt ist.
8 ist eine teilweise Schnittansicht ähnlich zu 5, wobei eine endgültige Stufe der Zusammenfügung zwischen der ersten und der zweiten Komponente gezeigt ist.
9 ist eine Draufsicht einer Rückseite der Klasse B einer ersten alternativen Komponente mit mehreren Elastikrohrausrichtungsmerkmalen gemäß der vorliegenden Erfindung.
10 ist eine Draufsicht einer Rückseite der Klasse B einer zweiten alternativen Komponente mit mehreren Öffnungsausrichtungsmerkmalen gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Eins-zu-Eins-Entsprechung zu den mehreren Elastikrohrausrichtungsmerkmalen von 9.
11 ist eine Draufsicht der Rückseite der Klasse B der ersten und der zweiten alternativen Komponente, die nun unter Verwendung von elastischer Mittelung der Verformung der Elastikrohr- und Öffnungsausrichtungsmerkmale von 9 und 10 gemäß der vorliegenden Erfindung zusammengefügt sind.
12 ist eine Draufsicht der Vorderseite der Klasse A der ersten und der zweiten alternativen Komponente, die wie in 11 zusammengefügt sind.
13 ist eine Detailansicht an der Kennzeichnung 13 von 11 gesehen.
14 ist eine Draufsicht der Rückseite der Klasse B der ersten und der zweiten alternativen Komponente, die nun miteinander zusammengefügt sind, wie in 11, wobei sie nun durch Heißnieten aneinander befestigt sind, und die nun zusätzlich eine dritte Komponente zeigt, die mit der ersten und der zweiten alternativen Komponente mit Ausrichtung auf diese über elastische Mittelung der Verformung der Elastikrohr- und Öffnungsausrichtungsmerkmale gemäß der vorliegenden Erfindung zusammengefügt ist.
15 ist eine teilweise Schnittansicht ähnlich zu 5, wobei nun die erste und die zweite Komponente jeweils ein Elastikrohr- und Öffnungsausrichtungsmerkmal gemäß der vorliegenden Erfindung aufweisen.
16 ist eine Draufsicht eines trilobular geformten Elastikrohrausrichtungsmerkmals gemäß der vorliegenden Erfindung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Mit Bezug auf die Zeichnung stellen 4 bis 14 verschiedene Beispiele der Struktur und Funktion des Elastikrohrausrichtungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
Mit Bezug zuerst auf 4 bis 8 werden die allgemeinen Prinzipien des Elastikrohrausrichtungssystems 100 gemäß der vorliegenden Erfindung detailliert erläutert, wobei das Elastikrohrausrichtungssystem nach dem Prinzip der elastischen Mittelung arbeitet.
Mehrere voneinander getrennte Elastikrohrausrichtungsmerkmale (die als Steckerausrichtungsmerkmale dienen) 102 (nachstehend einfach als „Elastikrohre“ bezeichnet) sind an einer ersten Oberfläche 104 einer ersten Komponente 106 angeordnet. Wie in 5 am besten gezeigt, sind die Elastikrohre 102 in einer senkrechten Beziehung zur ersten Oberfläche 104 aufrecht, wobei ein voneinander getrenntes Paar von Elastikrohren sowohl an einem linken Ende 106' als auch einem rechten Ende 106" der ersten Komponente 106 angeordnet ist. Jedes der Elastikrohre 102 weist eine röhrenförmige Form mit einer Rohrwand 102' auf. Vorzugsweise definiert die Rohrwand 102' einen Hohlzylinder. Die Rohrwand 102' ist elastisch, wobei sie vorzugsweise steif elastisch ist, wobei die Form in Ansprechen darauf, dass eine Druckkraft darauf aufgebracht wird, federnd reversibel ist. Ein bevorzugtes Kunststoffmaterial ist eines mit elastischen Eigenschaften, so dass es sich ohne Bruch verformt, wie beispielsweise Acrylnitrilbutadienstyrol (ABS).
Mehrere Öffnungsausrichtungsmerkmale (die als Buchsenausrichtungsmerkmale dienen) 110 (nachstehend einfach als „Öffnungen“ bezeichnet) sind in einer zweiten Oberfläche 112 einer zweiten Komponente 114 angeordnet, wobei sie in einer Eins-zu-Eins-Entsprechung zu den mehreren Elastikrohren 102 angeordnet sind; das heißt, für jedes Elastikrohr ist eine jeweilige Öffnung vorhanden, in der es aufgenommen werden kann. Folglich sind die mehreren Öffnungen in einer koordinierten Beziehung zu einer geometrischen Verteilung der mehreren Elastikrohre geometrisch verteilt, so dass jedes Elastikrohr in seiner jeweiligen Öffnung aufgenommen werden kann. Obwohl die Öffnungen 110 als längliche Schlitze gezeigt sind, ist es klar, dass die Öffnungsform anders sein könnte, wie beispielsweise ein längliches Loch, ein im Allgemeinen rundes Loch usw. Vorzugsweise ist eine Öffnungswand 116, die die Durchlassabgrenzung der Öffnungsausrichtungsmerkmale 102 definiert, abgeschrägt 116'. Ein bevorzugtes Kunststoffmaterial für die zweite Komponente 114, in der die Öffnungen 110 angeordnet sind, ist eines mit elastischen Eigenschaften, so dass es sich ohne Bruch verformt, wie beispielsweise Acrylnitrilbutadienstyrol (ABS).
Obwohl es bevorzugt ist, dass die erste und die zweite Komponente 106, 114 Kraftfahrzeugkomponenten sind, ist dies kein Erfordernis.
Wie in 6 dargestellt, überschreitet der Durchmesser 130 der Elastikrohre 102 einen Querschnitt 132 der Öffnungen 110, wodurch eine elastische Verformung vor sich geht, wenn jedes Elastikrohr in seiner jeweiligen Öffnung aufgenommen wird. Wie am besten in 5 gezeigt, ist die elastische Verformung der Rohrwand 102' aufgrund der Abschrägung 116' der Öffnungswand 116 lokal ausgeprägt, wobei eine relativ kleine Kontaktfläche zwischen der Öffnungswand-Kontaktfläche 116" und der Rohrwand 102' vorgesehen ist (siehe 5). Da die Druckkraft zwischen der Öffnungswand und der Rohrwand auf die kleinere Oberfläche der Öffnungswand-Kontaktfläche begrenzt ist, ist ein höherer Kompressionsdruck vorgesehen, siehe beispielsweise die in 5, 7 und 8 gezeigte elastische Verformung 136.
Der Prozess der Zusammenfügung der ersten Komponente 106 mit der zweiten Komponente 114 wird sowohl sanft als auch leicht durchgeführt, wobei er durch eine Verjüngung (kleinerer Durchmesser mit zunehmender Höhe, wie vergleichsweise in 6 durch distale und proximale Durchmesser 130' und 130" der distalen und proximalen Enden 102", 102"' der Rohrwand 102' gezeigt) erleichtert wird. In dieser Hinsicht stellt die Verjüngung der Elastikrohre einen großen Durchmesser 130" am Querschnitt der Öffnungen dar, wenn die erste und die zweite Komponente die endgültige Zusammenfügung erreicht haben; ferner kann die Verjüngung einen kleinsten Durchmesser 130' der Rohrwand am distalen Ende 102" darstellen, um den anfänglichen Eintritt der Elastikrohre in die Öffnungen zu erleichtern.
Während der Zusammenfügung der ersten Komponente 106 mit der zweiten Komponente 114 kommt jedes Elastikrohr 102 jeweils mit seiner entsprechenden Öffnung 110 in Eingriff, wobei, wenn die Elastikrohre in die Öffnungen eintreten, irgendeine Herstellungsvarianz hinsichtlich der Position und Größe davon durch die mittlere elastische Verformung der mehreren Elastikrohre und Öffnungen ausgeglichen wird. Diese elastische Mittelung über die mehreren Elastikrohre und Öffnungen 102, 110 schafft eine präzise Ausrichtung zwischen der ersten und der zweiten Komponente 106, 114, wenn sie endgültig relativ zueinander zusammengefügt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung schafft die elastische Mittelung eine elastische Verformung der Grenzfläche zwischen den mehreren geometrisch verteilten Elastikrohrausrichtungsmerkmalen 102 und den Öffnungsausrichtungsmerkmalen 110, wobei die mittlere Verformung eine präzise Ausrichtung schafft, wobei die Herstellungsvarianz auf X' minimiert wird, das durch X' = X/√N definiert ist, wobei X die Herstellungsvarianz der Elastikrohr- und Öffnungsausrichtungsmerkmale ist und deren N Anzahl ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es ferner möglich, aber nicht erforderlich, dass die Öffnungsausrichtungselemente 110 auch durch elastische Ausdehnung der Öffnungsseitenwand elastisch verformbar sind, wobei die Verformung auch vorzugsweise reversibel ist; siehe beispielsweise 110' in 5.
Mit Bezug auf 6 bis 8 wird die Funktionsweise des Elastikrohrausrichtungssystems 100 gemäß der vorliegenden Erfindung detailliert erläutert.
Wie in 6 zu sehen, werden die erste und die zweite Komponente 106, 114 mit nahezu Ausrichtung in unmittelbare Nähe gebracht. Mit Bezug als nächstes auf 7 findet, wenn die erste und die zweite Komponente 106, 114 zusammengefügt werden, der anfängliche Kontakt dazwischen über die mehreren geometrisch beabstandeten Elastikrohre 102, die in ihre eins zu eins entsprechenden Öffnungen 110 eintreten, statt, während dessen die erste und die zweite Komponente sich aufeinander ausrichten. Die Ausrichtung ist in 8 präzise, wobei sich die erste und die zweite Komponente 106, 114 nun vollständig zusammengefügt haben. Die Ausrichtung ist präzise, da der Durchmesser mit größter Größe der Elastikrohre relativ zum Querschnitt der Öffnungen zu einer elastischen Verformung führt, und diese elastische Verformung wird über die mehreren geometrisch verteilten Elastikrohre elastisch gemittelt. Wenn eine Befestigungsmodalität implementiert wird, wie beispielsweise Gewindebefestigungsvorrichtungen (siehe Schrauben 140 in 4 und 5), Heißnieten, Schallschweißen usw., wird die präzise Ausrichtung offenkundig und die sichtbare Fuge zwischen den zwei Komponenten ist eine perfekte Ausführung der Klasse A.
Ein Vergleich zwischen 1 und 4 lenkt die Aufmerksamkeit auf den Vorteil des Elastikrohrausrichtungssystems 100 gegenüber der Ausrichtungsmodalität des Standes der Technik, wobei die vorliegende Erfindung eine steifere Anordnung grundsätzlich ohne Spiel schafft, wobei beispielsweise nur zwei Gewindebefestigungsvorrichtungen 140 im Gegensatz zu vier in der Anordnung von 1 erforderlich sind.
Wenn man die Aufmerksamkeit nun auf 9 bis 14 richtet, wird ein zweites Beispiel zum Implementieren des Elastikrohrausrichtungssystems 100 gemäß der vorliegenden Erfindung detailliert erläutert.
Wie in 9 gezeigt, weist eine erste oder Basiskomponente 200 eine Basisrückfläche 202 der Klasse B auf. Mehrere geometrisch verteilte Elastikrohrausrichtungsmerkmale 204 stehen in senkrechter Beziehung zur Basisrückfläche 202 hoch, wobei sie einteilig damit ausgebildet sind. Wie in 10 gezeigt, weist eine zweite oder Einfassungskomponente 206 eine Einfassungsrückseite 208 der Klasse B auf. Mehrere geometrisch verteilte Öffnungsausrichtungsmerkmale 210 sind in der Einfassungskomponente ausgebildet.
Wie in 11 dargestellt, wurden die Basis- und die Einfassungskomponente 200, 206 durch elastische mittlere Verformung der Elastikrohrmerkmale 204, die mit den Öffnungsausrichtungsmerkmalen 210 koppeln, gemäß dem Elastikrohrausrichtungssystem 100 der vorliegenden Erfindung relativ zueinander ausgerichtet, wodurch die Basiskomponente in Bezug auf die Einfassungskomponente mit der vorstehend erwähnten verringerten Herstellungsvarianz von X' = X/√N präzise ausgerichtet ist.
Das Ergebnis der durch die elastische Mittelung geschaffenen präzisen Ausrichtung ist in 12 dargestellt, die die entgegengesetzte, sichtbare Seite der Klasse A zeigt, wobei die sichtbare Fuge 214 zwischen der Basis- und der Einfassungskomponente 200, 204 überall einen perfekten Sitz aufgrund der elastischen Mittelung der Elastikrohre mit den Öffnungen gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist.
Wie durch gleichzeitige Bezugnahme auf 11, 12 und 13 am besten zu sehen ist, weist die sichtbare Fuge lokale Fugenkomponenten auf, die benachbart zu jedem Elastikrohr und seiner jeweiligen Öffnung angeordnet sind. Die Elastikrohre und Öffnungen 204, 210 an der Kennzeichnung 13 von 11 sind beispielsweise benachbart zu einer lokalen Fugenkomponente 220 der sichtbaren Fuge 214 von 12 angeordnet. Wie in 13 gezeigt, weist das Öffnungsausrichtungsmerkmal 210 eine Dehnungsachse 224 auf, die parallel zur lokalen Fugenkomponente 220 orientiert ist, wobei die Länge den Durchmesser 230 des Elastikrohrausrichtungsmerkmals 204 überschreitet. Der Querschnitt 226 des Öffnungsausrichtungsmerkmals 210 ist senkrecht zur lokalen Fugenkomponente 220 orientiert, wobei der Querschnitt eine Länge aufweist, die geringer ist als der Durchmesser 230, wobei somit sichergestellt wird, dass die elastische Verformung 232 aufgrund der Druckkraft 234 durch das Öffnungsausrichtungsmerkmal auf das Elastikrohrausrichtungsmerkmal senkrecht zur Dehnungsachse und zur Orientierung der lokalen Fugenkomponente 220 aufgebracht wird, wodurch sichergestellt wird, dass ein Sitz der Klasse A an der sichtbaren Fuge geschaffen wird.
Wenn man die Aufmerksamkeit schließlich auf 14 lenkt, werden einige oder alle Elastikrohre heißgenietet 238, um die Basiskomponente an der Einfassungskomponente zu befestigen. Nun wurde zusätzlich eine dritte Komponente 240 an den vorher befestigten Basis- und Einfassungskomponenten befestigt. In dieser Hinsicht werden zuerst ein Paar von Elastikrohren 244 der Basiskomponente 200 in Öffnungen 246 der dritten Komponente 240 aufgenommen, wobei, wenn die Elastikrohre in den Öffnungen gemäß dem Elastikrohrausrichtungssystem 100 aufgenommen werden, eine elastische Mittelung stattfindet, wie vorstehend beschrieben. Sobald sie mit einer präzisen Ausrichtung vollständig zusammengefügt sind, werden Gewindebefestigungsvorrichtungen 248 mit Schraubenaufnahmelöchern der Basiskomponente 200 in Gewindeeingriff gebracht.
Die Elastikrohre 102 und die Öffnungen 110 können sich sowohl an der ersten als auch der zweiten Komponente befinden, und tatsächlich können einige Elastikrohre und einige Öffnungen sowohl an der ersten als auch der zweiten Komponente vorhanden sein. Als Beispiel ist 15 eine Ansicht wie in 5, wobei nun das Elastikrohrausrichtungssystem 100 dadurch gekennzeichnet ist, dass die erste Komponente 1061 sowohl ein Elastikrohr als auch eine Öffnung aufweist, während ebenso die zweite Komponente 1141 auch sowohl ein Elastikrohr als auch eine Öffnung aufweist.
Obwohl zylindrische Elastikrohre bevorzugt sind, kann die Form außerdem nicht zylindrisch sein. Wie in 16 gezeigt, kann ein Elastikrohr 1021 gemäß der vorliegenden Erfindung beispielsweise eine trilobulare Form aufweisen und kann eine veränderliche Dicke der Rohrwand aufweisen oder nicht.
Aus der vorangehenden Beschreibung sind mehrere beachtenswerte Aspekte der vorliegenden Erfindung verständlich. Die vorliegende Erfindung: 1) beseitigt die Herstellungsvariation, die mit den Zwischenräumen verbunden ist, die für 2-Weg- und 4-Weg-Anordnungsschemen des Standes der Technik erforderlich sind; 2) verringert die Herstellungsvariation durch elastische Mittelung der Positionsvariation; 3) beseitigt das Spiel von Komponenten, wie es im Stand der Technik vorhanden ist; 4) schafft einen übermäßig eingeschränkten Zustand, der die Positionsvariation verringert, durch Mitteln jeder Anordnungsmerkmalsvariation und versteift zusätzlich die Fuge, was die Anzahl von erforderlichen Befestigungsvorrichtungen verringert; 5) schafft eine präzisere Anordnung von Komponenten; und 6) schafft eine versteifte Anordnung der zusammengefügten ersten und zweiten Komponenten mit Beseitigung von Rattern zwischen den Komponenten bei der elastischen Verformung in Bezug aufeinander.
Für den Fachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Erfindung gehört, kann die vorstehend beschriebene Ausführungsform einer Änderung oder Modifikation unterliegen. Eine solche Änderung oder Modifikation kann ausgeführt werden, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen, der nur durch den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche begrenzt sein soll.

Claims

Elastikrohrausrichtungssystem (100) zum Ausrichten von Komponenten aufeinander, das umfasst: eine erste Komponente (106); eine zweite Komponente (114); mehrere aufrechte Elastikrohre (102), die mit der ersten und/oder der zweiten Komponente (106) verbunden sind, wobei jedes Elastikrohr (102) eine Rohrwand aufweist; mehrere Öffnungen (110), die in der ersten und/oder der zweiten Komponente (114) ausgebildet sind, wobei jede Öffnung (110) eine Öffnungswand (116) aufweist; wobei die mehreren Öffnungen (110) in einer koordinierten Beziehung zu einer geometrischen Verteilung der mehreren Elastikrohre (102) geometrisch verteilt sind, so dass jedes Elastikrohr (102) in einer jeweiligen Öffnung (110) aufgenommen werden kann; wobei, wenn jedes Elastikrohr (102) in seiner jeweiligen Öffnung (110) aufgenommen wird, eine elastische Verformung an einer Grenzfläche zwischen einer Rohrwand (102') und der Öffnungswand (116) stattfindet, wobei die elastische Verformung darauf anspricht, dass jede Rohrwand (102') einen Durchmesser aufweist, der größer ist als ein Querschnitt (132) seiner jeweiligen Öffnung (110); und wobei die elastische Verformung über die mehreren Elastikrohre (102) elastisch gemittelt wird, so dass die erste Komponente (106) relativ zur zweiten Komponente (114) präzise angeordnet wird, wobei die elastische Mittelung eine präzise Ausrichtung der ersten Komponente (106) und der zweiten Komponente (114) innerhalb einer Varianz X' schafft, die durch X' = X/VN definiert ist, wobei X die mittlere Herstellungsvarianz der Elastikrohre (102) und der Öffnungen (110) ist, und N deren Anzahl ist.
Elastikrohrausrichtungssystem (100) nach Anspruch 1, wobei jede Rohrwand (102') einen Hohlzylinder definiert.
Elastikrohrausrichtungssystem (100) nach Anspruch 1, wobei die Rohrwand (102') eine nicht zylindrische Form aufweist.
Elastikrohrausrichtungssystem (100) nach Anspruch 1, wobei die elastische Verformung eine federnd reversible elastische Verformung jeder Rohrwand (102') umfasst.
Elastikrohrausrichtungssystem (100) nach Anspruch 4, wobei die elastische Verformung ferner eine federnd elastische Verformung jeder Öffnungswand (116) umfasst.
Elastikrohrausrichtungssystem (100) nach Anspruch 4, wobei jede Rohrwand (102') verjüngt ist, wobei die Verjüngung einen kleinsten Durchmesser (130') am distalen Ende (102") der Rohrwand (102') schafft.
Elastikrohrausrichtungssystem (100) nach Anspruch 6, wobei jede Öffnung (110) eine abgeschrägte Öffnungswand (116) an dem Querschnitt (132) aufweist.
Elastikrohrausrichtungssystem (100) nach Anspruch 7, wobei jede Öffnung (110) in Bezug auf den Querschnitt (132) entlang einer Dehnungsachse länglich ist.
Elastikrohrausrichtungssystem (100) nach Anspruch 8, wobei eine Fuge ausgebildet wird, wenn die erste Komponente (106) mit der zweiten Komponente (114) zusammengefügt wird, wobei die Dehnungsachse jeder Öffnung (110) im Allgemeinen parallel in Bezug auf eine jeweils benachbarte lokale Fugenkomponente der Fuge orientiert ist, wobei der Querschnitt (132) der Öffnung (110) im Allgemeinen senkrecht in Bezug auf die Dehnungsachse orientiert ist.
Verfahren zum präzisen Ausrichten von Komponenten eines Kraftfahrzeugs während eines Zusammenfügungsvorgangs, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Vorsehen einer ersten Fahrzeugkomponente (106); Vorsehen einer zweiten Fahrzeugkomponente (114), wobei in den Schritten des Vorsehens eine oder beide der ersten und der zweiten Fahrzeugkomponente (106, 114) mit mehreren aufrechten Elastikrohren (102) und mehreren darin ausgebildeten Öffnungen (110) versehen werden, wobei die mehreren Öffnungen (110) in einer koordinierten Beziehung zu einer geometrischen Verteilung der mehreren Elastikrohre (102) geometrisch verteilt werden, so dass jedes Elastikrohr (102) in einer jeweiligen Öffnung (110) aufgenommen werden kann; Zusammenfügen der ersten Fahrzeugkomponente (106) mit der zweiten Fahrzeugkomponente (114), während dessen die erste Fahrzeugkomponente (106) auf die zweite Fahrzeugkomponente (114) ausgerichtet wird, indem jedes Elastikrohr (102) in seiner jeweiligen Öffnung (110) aufgenommen wird; elastisches Verformen einer Grenzfläche zwischen jedem Elastikrohr (102) und seiner jeweiligen Öffnung (110); und elastisches Mitteln der elastischen Verformung über die mehreren Elastikrohre (102), so dass bei der Zusammenfügung eine präzise Anordnung der ersten Fahrzeugkomponente (106) zur zweiten Fahrzeugkomponente (114) geschieht, wobei das elastische Mitteln eine präzise Ausrichtung der ersten Fahrzeugkomponente (106) und der zweiten Fahrzeugkomponente (114) innerhalb einer Varianz X' schafft, die durch X' = X/VN definiert ist, wobei X die mittlere Herstellungsvarianz der Elastikrohre (102) und der Öffnungen (110) ist, und N deren Anzahl ist.