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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Patentanmeldung beansprucht Priorität der am 15. August 2012 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung Seriennummer 61/683,640, welche in ihrer Gesamtheit durch Verweis hierin einbezogen ist.
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf Anordnungsmerkmale und ein System zum Ausrichten von Komponenten mit einer verhältnismäßig geringen Größe oder Grenz- bzw. Kontaktfläche während eines Fügevorgangs. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf mehrere, gegenseitig beabstandete elastische, bogenförmige, hohle Wandausrichtungsmerkmale einer ersten Komponente, welche sich im Mittel elastisch verformen, wenn sie mit aufnehmenden Durchbruchausrichtungsmerkmalen einer zweiten Komponente zusammengefügt werden, um dadurch die erste und zweite Komponente während eines Fügevorgangs präzise auszurichten.
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HINTERGRUND
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Das Problem einer Lageabweichung besteht beim Zusammenfügen von Komponenten, die eine verhältnismäßig geringe Größe oder Kontaktfläche aufweisen, über welche die Teile zusammengefügt werden. Beim Zusammenfügen solcher Komponenten gibt es oft nicht genug Platz, um aufrechte Ansätze und entsprechende Buchsenausrichtungsmerkmale, wie zum Beispiel Durchbrüche in Form von Löchern oder Schlitzen, in der Fügekomponente vorzusehen. In solchen Situationen werden eine Positionsanordnung und Anbringung oft kombiniert durch eine Anbringung unter Verwendung von Klebstoffen, einschließlich eines doppelseitgen Klebebandes, wobei die Komponenten visuell und manuell zueinander ausgerichtet und dann in einen Klebekontakt gepresst werden. Der Zusammenbau solcher Komponenten hat oft unerwünschte, ungleichmäßige Spalte und Zwischenräume zwischen den Komponenten einschließlich des Vorhandenseins von unerwünscht großen Abweichungen von Aufbau zu Aufbau zur Folge.
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Daher ist ein verbessertes Ausrichtungssystem und -verfahren für Komponenten, de eine verhältnismäßig geringe Größe oder Kontaktfläche aufweisen, über welche die Teile zusammengefügt werden, sehr wünschenswert.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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In einer beispielhaften Ausführungsform wird ein Ausrichtungssystem mit elastischen konvexen Wänden zum gegenseitigen Ausrichten von Komponenten offenbart. Das System beinhaltet eine erste Komponente und eine zweite Komponente. Das System beinhaltet auch mehrere, aufrechte, elastische konvexe Wände, die auf zumindest einer der ersten Komponente und der zweiten Komponente angeordnet sind, wobei die konvexen Wände jeweils eine konvexe Wandoberfläche und eine nicht-konvexe Wandoberfläche aufweisen. Das System enthält ferner mehrere Durchbrüche, die in zumindest einer der ersten Komponente und zweiten Komponente ausgebildet sind, wobei jeder Durchbruch eine Durchbruchwand aufweist, wobei die mehreren Durchbrüche in koordinierter Beziehung zu einer geometrischen Verteilung der mehreren, elastischen konvexen Wände so geometrisch verteilt sind, dass jede elastische konvexe Wand in einen jeweiligen Durchbruch aufnehmbar ist, wobei, wenn jede elastische konvexe Wand in ihren jeweiligen Durchbruch aufgenommen wird, eine elastische Verformung an einer Grenz- bzw. Kontaktfläche zwischen der konvexen Wand und der Durchbruchwand stattfindet, wobei die elastische Verformung darauf anspricht, dass jede konvexe Wand eine maximale Breite aufweist, die größer als ein Querschnitt ihres jeweiligen Durchbruchs ist, und wobei die elastische Verformung über die mehreren, elastischen konvexen Wände so elastisch gemittelt wird, dass die erste Komponente in Bezug auf die zweite Komponente präzise angeordnet wird.
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In einer anderen beispielhaften Ausführungsform wird ein Verfahren zum präzisen Ausrichten von Komponenten eines Kraftfahrzeugs während eines Fügevorgangs offenbart. Das Verfahren beinhaltet ein Vorsehen einer ersten Fahrzeugkomponente, wobei die Fahrzeugkomponente mehrere, aufrechte, elastische konvexe Wände aufweist, die mit der ersten Komponente verbunden sind, wobei die konvexen Wände jeweils eine konvexe Wandoberfläche und eine nicht-konvexe Wandoberfläche aufweisen. Das Verfahren beinhaltet auch ein Vorsehen einer zweiten Fahrzeugkomponente mit mehreren, darin ausgebildeten Durchbrüchen, wobei jeder Durchbruch eine Durchbruchwand aufweist, wobei die mehreren Durchbrüche der zweiten Komponente in einer geometrischen Beziehung zu einer geometrischen Verteilung der mehreren, elastischen konvexen Wände so geometrisch verteilt sind, dass jede elastische konvexe Wand in einen jeweiligen Durchbruch aufnehmbar ist. Das Verfahren beinhaltet ferner ein Zusammenfügen der ersten Fahrzeugkomponente mit der zweiten Fahrzeugkomponente, wobei während eines Zusammenfügens die erste Fahrzeugkomponente mit der zweiten Fahrzeugkomponente ausgerichtet wird, indem jede elastische konvexe Wand in ihren jeweiligen Durchbruch aufgenommen wird. Ferner beinhaltet das Verfahren noch ein elastisches Verformen einer Kontaktfläche zwischen jeder elastischen konvexen Wand und ihrem jeweiligen Durchbruch in der zweiten Fahrzeugkomponente. Ferner beinhaltet das Verfahren noch ein Durchführen eines elastischen Mittelns der elastischen Verformung über die mehreren, elastischen konvexen Wände, so dass beim Zusammenfügen eine präzise Anordnung der ersten Fahrzeugkomponente zur zweiten Fahrzeugkomponente realisiert wird.
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Die obigen Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung ohne weiteres ersichtlich werden, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen vorgenommen wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Andere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten erscheinen nur beispielhaft in der folgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen, wobei die detaillierte Beschreibung auf die Zeichnungen verweist, in welchen:
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1 eine schematische Draufsicht einer Ausführungsform eines Ausrichtungssystems und einer Anordnung wie hierin offenbart ist;
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2 eine Querschnittansicht von 1, gelegt entlang Schnitt 2-2, ist, die eine Ausführungsform einer elastischen konvexen Wand wie hierin offenbart veranschaulicht;
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3 eine Querschnittansicht einer anderen Ausführungsform einer elastischen konvexen Wand wie hierin offenbart ist;
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4A–4G schematische Draufsichten verschiedener Ausführungsformen elastischer konvexer Wände wie hierin offenbart sind; und
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5 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Ausrichten einer Anordnung von Komponenten wie hierin offenbart ist.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die Erfindung ist ein Ausrichtungssystem mit elastischen konvexen Wänden für das präzise Zusammenfügen von zwei Komponenten, insbesondere Kraftfahrzeugkomponenten, wobei, wenn ein Zusammenfügen abgeschlossen ist, es kein Float (oder Spiel) wie zwischen den Steck- und Buchsenausrichtungsmerkmalen gibt, um so eine präzise Ausrichtung mit einer versteiften Lagezwangsbedingung zu schaffen, jedoch das ausgerichtete Zusammenfügen sanft und mühelos jedes Mal vonstatten geht.
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Die folgende Beschreibung ist in ihrer Art nur beispielhaft und soll die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Nutzungen nicht beschränken. Zum Beispiel umfassen die dargestellten Ausführungsformen Fahrzeugembleme, wie sie verwendet werden können, um zum Beispiel eine Fahrzeugmarke oder einen Hersteller oder ein Fahrzeugmodell oder ein Modellmerkmal oder eine Charakteristik (zum Beispiel Hybrid, AWD und dergleichen) zu identifizieren; aber das Ausrichtungssystem kann mit beliebigen geeigneten Komponenten genutzt werden, um ein elastisches Mitteln für eine präzise Anordnung und Ausrichtung aller Arten von Fügekomponenten und Komponentenanwendungen zu schaffen, einschließlich vieler industrieller, Konsumgüter-(zum Beispiel Unterhaltungselektronik, verschiedene Geräte und dergleichen), Transport-, Energie- und Luftfahrtanwendungen und insbesondere einschließlich vieler anderer Arten von Fahrzeugkomponenten und Anwendungen wie zum Beispiel Fahrzeugkomponenten und Applikationen innen, außen und unter der Motorhaube. Das Ausrichtungssystem mit elastischen konvexen Wänden ist besonders nützlich für die präzise Fügeausrichtung von zwei Komponenten, wo eine der Komponenten oder beide feine Zwischenräume oder schmale Merkmale wie zum Beispiel Rahmen, Kanäle, Rippen oder Arme aufweisen, die Buchstaben, Logos, Symbole oder eine Zierleiste definieren, die der Anwendung anderer Ausrichtungssysteme nicht entgegenkommen werden, die größere Ausrichtungsmerkmale wie zum Beispiel vollständige, elastische mittelnde Rohre oder Reiter enthalten. Es sollte sich verstehen, dass in den ganzen Zeichnungen entsprechende Bezugsziffern gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen.
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Wie hierin verwendet, beziehen sich die Ausdrücke ”elastisch” oder ”elastisch verformbar” und dergleichen auf Komponenten oder Teile bzw. Abschnitte von Komponenten einschließlich Komponentenmerkmale mit Materialien, die eine im Wesentlichen elastische Verformungscharakteristik aufweisen, wobei das Material dafür ausgelegt ist, als Antwort auf eine Anwendung einer Kraft eine federnd reversible Änderung seiner Form, Größe oder von beidem zu durchlaufen. Die die federnd reversible oder elastische Verformung des Materials verursachende Kraft kann eine Zug-, Kompressions-, Scher-, Biege- oder Torsionskraft oder verschiedene Kombinationen dieser Kräfte umfassen. Die elastisch verformbaren Materialien können eine lineare elastische Verformung. zum Beispiel diejenige, die gemäß einem Hookeschen Gesetz beschrieben wird, oder eine nichtlineare elastische Verformung zeigen.
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Das Ausrichtungssystem mit elastischen konvexen Wänden gemäß der Erfindung arbeitet nach dem Prinzip eines elastischen Mittelns. Mehrere, geometrisch getrennte, elastische konvexe Wand-(Steck-)Ausrichtungsmerkmale sind auf einer ersten Komponente angeordnet, während mehrere, Eins zu Eins entsprechende Durchbruch-(Buchsen-)Ausrichtungsmerkmale auf einer zweiten Komponente vorgesehen sind, wobei die elastischen konvexen Wandausrichtungsmerkmale eine maximale Breite aufweisen, die einen Querschnitt der Durchbruchausrichtungsmerkmale übertrifft. Die erste und zweite Komponente können jedoch jeweils einige der elastischen konvexen Wandausrichtungsmerkmale und einige der Durchbruchausrichtungsmerkmale aufweisen, solange sie Eins zu Eins entsprechen, so dass sie wechselseitig ineinander in Eingriff bringbar sind. Während des Zusammenfügens der ersten Komponente mit der zweiten Komponente greift jedes elastische konvexe Wandausrichtungsmerkmal jeweils in sein entsprechendes Durchbruchausrichtungsmerkmal ein. Während die elastischen konvexen Wandausrichtungsmerkmale in die Durchbruchausrichtungsmerkmale aufgenommen werden, wird eine etwaige Fertigungsabweichung hinsichtlich Position und Größe der elastischen konvexen Wand- und Durchbruchausrichtungsmerkmale durch eine elastische Verformung im Mittel an der Kontaktfläche zwischen den elastisch konvexen Wand- und Durchbruchausrichtungsmerkmalen ausgeglichen. Dieses elastische Mitteln über die mehreren, elastischen konvexen Wand- und Durchbruchausrichtungsmerkmale schafft eine präzise Ausrichtung wie zwischen der ersten und zweiten Komponente, wenn sie in Bezug aufeinander zusammengefügt werden, und das Zusammenfügen geht dennoch sanft und einfach vonstatten.
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Elastisches Mitteln liefert eine elastische Verformung der Grenz- bzw. Kontaktfläche(n) zwischen zusammengefügten Komponenten, wobei die mittlere Verformung eine präzise Ausrichtung schafft, wobei die Fertigungslageabweichung auf Xmin minimiert wird, definiert durch Xmin = X/√N, worin X die Fertigungslageabweichung der Anordnungsmerkmale der zusammengefügten Komponenten und N die Anzahl eingesetzter Merkmale ist. Um ein elastisches Mitteln zu erhalten, ist eine elastisch verformbare Komponente dafür ausgelegt, zumindest ein Merkmal und seine Kontaktflächen) aufzuweisen, die übermäßig eingeschränkt ist und eine Passung mit Übermaß mit einem Fügemerkmal einer anderen Komponente und dessen Kontaktflache(n) schafft. Die übermäßig eingeschränkte Bedingung und die Passung mit Übermaß verformen federnd reversibel (elastisch) zumindest eines des zumindest einen Merkmals oder des Fügemerkmals oder beide Merkmale. Die federnd reversible Art dieser Merkmale der Komponenten erlaubt einen wiederholbaren Ein- und Ausbau der Komponenten, was deren Zusammenbau und Demontage erleichtert. Eine Lageabweichung der Komponenten kann unterschiedliche Kräfte zur Folge haben, die über Bereiche der Kontaktflächen beaufschlagt werden, die übermäßig eingeschränkt und während eines Einsatzes der Komponente in einen Zustand einer Passung mit Übermaß in Eingriff gebracht werden. Es ist einzusehen, dass eine einzelne eingesetzte Komponente bezüglich einer Länge des Umfangs der Komponente elastisch gemittelt werden kann. Die Prinzipien eines elastischen Mittels sind in den im Gemeinschaftsbesitz befindlichen, gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldungen Nr. 13/187,675, die am 21. Juli 2011 eingereicht wurde, und 13/567,580, die am 06. August 2012 eingereicht wurde, im Detail beschrieben, deren Offenbarungen in ihrer Gesamtheit hierin durch Verweis einbezogen sind. Die oben offenbarten Ausführungsformen liefern die Fähigkeit, eine bestehende Komponente, die mit den oben beschriebenen Prinzipien eines elastischen Mittelns nicht kompatibel ist, in eine Anordnung umzurüsten, die ein elastisches Mitteln und die damit verbundenen Vorteile ermöglicht.
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Gemäß der Erfindung sind die elastisch konvexen Wandausrichtungsmerkmale durch eine elastische Kompression der konvexen Wandoberfläche der elastischen konvexen Wand elastisch verformbar, welche Verformung vorzugsweise federnd reversibel ist. In einer beispielhaften Anwendung der Erfindung sind die elastischen konvexen Wandausrichtungsmerkmale mit einer ersten Komponente aufrecht, senkrecht zu einer vorbestimmten Oberfläche der ersten Komponente (typischerweise einteilig) verbunden. Ferner ist es gemäß der Erfindung möglich, nicht aber erforderlich, dass die jeweiligen Durchbruchausrichtungselemente durch eine elastische Aufweitung der Durchbruchwand der Durchbrüche elastisch verformbar sind, welche Verformung vorzugsweise federnd reversibel ist. In einer beispielhaften Ausführungsform sind die Durchbruchausrichtungsmerkmale in einer zweiten Komponente typischerweise als ein Schlitz oder ein Loch in vorbestimmten Oberflächen der zweiten Komponente angeordnet, wobei die maximale Breite der elastischen konvexen Wandausrichtungsmerkmale die Querschnittbreite der Durchbruchausrichtungsmerkmale übertrifft (das heißt es besteht ein Zustand einer Passung mit Übermaß), wodurch eine elastische Verformung stattfindet, während jedes elastische konvexe Wandausrichtungsmerkmal in sein jeweiliges Durchbruchausrichtungsmerkmal aufgenommen wird. Der Prozess eines Zusammenfügens mit präziser Ausrichtung wird sowohl sanft als auch leicht durchgeführt. Dies wird verstärkt durch eine Verjüngung (geringerer Durchmesser mit zunehmender Höhe) der elastischen konvexen Wandausrichtungsmerkmale, um so ihren anfänglichen Eintritt in die Durchbruchausrichtungsmerkmale zu erleichtern, und durch Anschrägen der Durchbruchwand der Durchbruchausrichtungsmerkmale, um so die elastische Verformung an der Kontaktfläche der Durchbruchwand mit der elastischen konvexen Wand lokal auszuprägen.
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Im Einsatz findet, während die erste und zweite Komponente zusammengefügt werden, der anfängliche Kontakt dazwischen an den mehreren, geometrisch beabstandeten, elastischen konvexen Wandausrichtungselementen statt, die in ihre Eins zu Eins entsprechenden Durchbruchausrichtungsmerkmale gelangen. Wegen des größeren Ausmaßes der Breite der elastischen konvexen Wandausrichtungsmerkmale in Bezug auf den Querschnitt der Durchbruchausrichtungsmerkmale findet an der Kontaktfläche dazwischen eine elastische Verformung statt, und diese Verformung wird über die geometrische Verteilung der mehreren, elastischen, konvexen Wandausrichtungsmerkmale gemittelt. Die Mittelung wird präzise, wenn alle der ersten und zweiten Komponenten vollständig zusammengefügt worden sind, da die Verjüngung der elastischen konvexen Wandausrichtungsmerkmale eine maximale Breite zum Querschnitt der Durchbruchausrichtungsmerkmale vorsieht, wenn diese Komponenten vollständig zusammengefügt worden sind. Wenn eine Befestigungsmodalität implementiert wird, wie zum Beispiel Befestigungsmittel mit Gewinde, Heißnieten, Ultraschallschweißen, Druckmuttern, Clips etc., wird die präzise Ausrichtung manifest, und die sichtbare Verbindung zwischen den beiden Komponenten ist eine perfekte Ausführung der Güte A, wobei vorbestimmte Spalt- und Zwischenraumanforderungen zwischen den Komponenten eingerichtet wurden.
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Bezug nehmend nun auf die Figuren stellen 1–5 verschiedene Beispiele der Struktur und Funktion des hierin offenbarten Ausrichtungssystems 100 mit elastischen konvexen Wänden dar.
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Das Ausrichtungssystem 100 mit elastischen konvexen Wänden arbeitet nach dem Prinzip eines elastischen Mittelns. Mehrere gegenseitig getrennte, elastische konvexe Wandausrichtungsmerkmale (die als Steckausrichtungsmerkmale dienen) 102 (worauf im Folgenden einfach als ”elastische konvexe Wände” verwiesen wird) sind auf einer ersten Oberfläche 104 einer ersten Komponente 106 oder mehreren ersten Komponenten 106 (1) angeordnet. Wie am besten in 1–3 dargestellt ist, sind die elastischen konvexen Wände 102 aufrecht normal zur ersten Oberfläche 104, wobei sich sechs gegenseitig getrennte elastische konvexe Wände auf der Oberfläche der ersten Komponente 106 befinden. Die elastischen konvexen Wände können in jedem beliebigen geeigneten Muster beabstandet sein und werden vorzugsweise in einem Muster oder einer geometrischen Verteilung angeordnet sein, die eine vorbestimmte Ausrichtung der ersten Komponente 106 und einer zweiten Komponente 114 liefert, wie zum Beispiel ein vorbestimmter Spalt oder Zwischenraum (zum Beispiel ein gleichmäßiger Spalt oder Zwischenraum) des Umfangs 120 der ersten Komponente 106 (oder Komponenten), der innerhalb eines Umfangs 122 einer Fügeausnehmung 124 der zweiten Komponente 114 ruht. Jede der elastisch konvexen Wände 102 hat eine konvexe Form mit einer konvexen Wandoberfläche 103. Die konvexe Wandoberfläche 103 der elastischen konvexen Wand 102 kann jede beliebige geeignete konvexe Form aufweisen, einschließlich aller Arten konvexer gekrümmter Oberflächenformen (4A–4D) und konvexer polygonaler Oberflächenformen (4E–G). Geeignete Formen konvexer gekrümmter Wandoberflächen 103 schließen jede beliebige Form einer konvexen, bogenförmigen Wandoberfläche 103 ein wie zum Beispiel halbrohrförmige oder teilweise rohrförmige (1–3 und 4A), elliptische Formen (4B) und halbmondförmige Formen (4C) sowie im Wesentlichen polygonale Formen mit einer konvexen bogenförmigen Wandoberfläche 103. Geeignete Formen einer konvexen polygonalen Wandoberfläche 103 beinhalten beliebige reguläre oder irreguläre polygonale Oberflächenformen mit verschiedenen spitzen Winkeln dazwischen, einschließlich verschiedener vierseitiger Formen (4E), dreiseitiger Formen (4F) und zweiseitiger Formen (4G). Die elastische konvexe Wand 102 weist auch eine gegenüberliegende Wandoberfläche 105 auf. Die gegenüberliegende Wandoberfläche 105 kann jede beliebige geeignete Form aufweisen, die die elastische Verformung der konvexen Wandoberfläche 103 erlaubt, einschließlich verschiedener konkaver Wandoberflächen (4A–G). Die konvexen Wandoberflächen 103 und gegenüberliegenden Wandoberflächen 105 können in jeder beliebigen Art und Weise kombiniert werden, einschließlich irgendeiner der konvexen Wandoberflächen 103, die veranschaulicht wurden, mit irgendeiner der gegenüberliegenden Wandoberflächen 105. Diese Formen sind nur beispielhafte Veranschaulichungen vieler gekrümmter und polygonaler Wandoberflächen 103 und gegenüberliegender Wandoberflächen 105, die verwendet werden können. Diese elastische konvexe Wand weist eine maximale Breite (Wm) auf, wie in 2 und 3 dargestellt ist. Die elastische konvexe Wand 102 kann auch eine Schräge 107 nahe einem Distalende 109 der Wand aufweisen. Die Schräge 107 kann entlang einem Teil der Wand (3) oder entlang der gesamten Wand (2) verlaufen. Die elastische konvexe Wand 102 ist elastisch, vorzugsweise steifelastisch, wobei die Form als Antwort auf eine elastische, darauf beaufschlagte Kompressionskraft, die ausreicht, um die elastischen konvexen Wände 102 elastisch zu verformen, federnd reversibel ist.
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Mehrere Durchbruchausrichtungsmerkmale (die als Buchsenausrichtungsmerkmale dienen) 110 (worauf im Folgenden einfach als ”Durchbrüche” verwiesen wird) sind in einer zweiten Oberfläche 112 einer zweiten Komponente 114 den mehreren, elastischen, konvexen Wänden 102 Eins zu Eins entsprechend gelegen angeordnet; das heißt für jede elastische konvexe Wand gibt es einen jeweiligen Durchbruch, in den sie aufnehmbar ist. Folglich sind die mehreren Durchbrüche in koordinierter Beziehung zu einer geometrischen Verteilung der mehreren, elastischen, konvexen Wände so geometrisch verteilt, dass jede elastische konvexe Wand in ihren jeweiligen Durchbruch aufnehmbar ist. Obgleich die Durchbrüche 110 als langgestreckte Schlitze dargestellt sind, ist klar, dass die Durchbruchform anders sein könnte, wie zum Beispiel ein langgestrecktes Loch, ein im Wesentlichen rundes Loch etc. Eine Durchbruchwand 116, welche die Öffnungsbegrenzung der Durchbruchausrichtungsmerkmale 102 definiert, ist vorzugsweise angeschrägt 116a. Ein bevorzugtes Material für die zweite Komponente 114, worin die Durchbrüche 110 angeordnet sind, ist eines mit elastischen Eigenschaften, um sich ohne Bruch wie hierin beschrieben zu verformen.
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Wie in 1 veranschaulicht ist, können die Durchbrüche 110 jede beliebige geeignete Form aufweisen, einschließlich einer langgestreckten Form mit einer Länge (L), die größer als eine Breite (W2) ist, wie zum Beispiel ein Rechteck, ein gerundetes Rechteck oder eine rechtwinklige Form mit Enden, die durch nach außen verlaufende gegenüberliegende gekrümmte (z. B. kreisförmige) Bögen definiert ist. In einer Ausführungsform können die langgestreckten Durchbrüche eine im Wesentlichen gleichmäßige Durchbruchbreite außer in den Endbereichen aufweisen, welche gerundet oder gekrümmt, wie hierin beschrieben, sein können. Die Durchbrüche einer gegebenen Komponente können die gleiche Größe oder verschiedene Größen aufweisen. Die Durchbrüche 110 der zweiten Komponente 114 haben eine zweite Durchbruchbreite (W2).
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Die langgestreckten Durchbrüche 110 der zweiten Komponente 114 weisen Ausdehnungsachsen 111, 2, entlang ihrer Länge (d. h. der langgestreckten Abmessung) auf. Für jeweilige Durchbrüche 110 können Durchbrüche so angeordnet sein, dass die jeweiligen Achsen parallel zueinander oder nicht parallel zueinander sind. In einer Ausführungsform ist ein vorbestimmter Teil der zweiten Ausdehnungsachsen 111 parallel. In einer anderen Ausführungsform ist ein vorbestimmter Teil der zweiten Ausdehnungsachsen 111 nicht parallel zu den anderen zweiten Ausdehnungsachsen 111 und kann orthogonal zu diesen Achsen sein.
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Die erste und zweite Komponente 106, 114 können Kraftfahrzeugkomponenten einschließen; dies ist jedoch keine Forderung. Das Ausrichtungssystem 100 kann mit einer beliebigen geeigneten Anzahl von Komponenten genutzt werden und ist nicht auf eine Anwendung mit nur zwei Komponenten beschränkt. Obgleich die Ausführungsformen hierin unter Verwendung von zwei Komponenten beschrieben sind, können mehr als zwei Komponenten unter Verwendung des hierin beschriebenen Ausrichtungssystems 100 ausgerichtet werden, einschließlich einer dritten, vierten etc. Komponente in einer beliebigen Anzahl.
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Wie in 2 und 3 schematisch dargestellt, übertrifft die maximale Breite Wm der elastischen konvexen Wände 102 eine Breite W2 der Durchbrüche 110, wodurch eine elastische Verformung fortschreitet, während jede elastische konvexe Wand in ihren jeweiligen Durchbruch aufgenommen wird. Wie in 2 und 3 ist die elastische Verformung der Rohrwand 102a aufgrund der Schräge 116a der Durchbruchwand 116 lokal ausgeprägt, wobei eine verhältnismäßig kleine Kontaktfläche wie zwischen der Durchbruchwandkontaktfläche 116a und der Rohrwand 102a geschaffen wird. Da die Kompressionskraft zwischen der Durchbruchwand und der Rohrwand auf die kleinere Oberfläche der Kontaktfläche der Durchbruchwand begrenzt ist, wird ein höherer Kompressionsdruck geschaffen.
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Der Prozess eines Zusammenfügens der ersten Komponente 106 mit der zweiten Komponente 114 wird sowohl sanft als auch leicht durchgeführt, erleichtert durch eine Verjüngung (geringerer Durchmesser mit zunehmender Höhe, wie vergleichsweise in 3 dargestellt ist, durch Distal- und Proximaldurchmesser 130a und 130b der Distal- 109 und Proximalenden 101 der elastischen konvexen Wand 102). In dieser Hinsicht bietet die Verjüngung der elastischen konvexen Wände einen größeren Durchmesser 130b, welcher der größte Durchmesser sein kann, am Querschnitt der Durchbrüche 110, wenn die erste und zweite Komponente endgültig zusammengefügt wurden; ferner kann die Verjüngung einen kleinsten Durchmesser 130a der elastischen konvexen Wand 102 an dem Distalende 109 darbieten, um einen einfachen Eintritt der elastisch konvexen Wände in die Durchbrüche zu erleichtern.
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Während des Zusammenfügens der ersten Komponente 106 mit der zweiten Komponente 114 greift jede elastische konvexe Wand 102 jeweils in ihren entsprechenden Durchbruch 110 ein, wobei, während die elastischen konvexen Wände in die Durchbrüche gelangen, ein etwaige Fertigungsabweichung hinsichtlich Position und Größe davon durch eine elastische Verformung im Mittel der mehreren, elastischen, konvexen Wände und Durchbrüche ausgeglichen wird. Dieses elastische Mitteln über die mehreren, elastisch konvexen Wände und Durchbrüche 102, 110 schafft eine präzise Ausrichtung wie zwischen der ersten und zweiten Komponente 106, 114 und etwaigen zusätzlichen Komponenten, wenn sie in Bezug aufeinander endgültig zusammengefügt sind.
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Gemäß der Erfindung ist es ferner möglich, nicht aber erforderlich, dass die Durchbrüche 110 durch eine elastische Aufweitung der Durchbruchseitenwand ebenfalls elastisch verformbar sind, welche Verformung ebenfalls vorzugsweise reversibel ist.
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Die Funktion des Ausrichtungssystems 100 mit elastischen konvexen Wänden wird im Folgenden beschrieben. Die erste und zweite Komponente 106, 114 werden nahezu ausgerichtet nahe zusammengebracht. Während die erste und zweite Komponente 106, 114 zusammengefügt werden, erfolgt der anfängliche Kontakt dazwischen über die mehreren, geometrisch beabstandeten, elastischen konvexen Wände 102, die in ihre Eins zu Eins entsprechenden Durchbrüche 110 gelangen, wo sie die erste und zweite Komponente miteinander ausrichten. Die Ausrichtung ist präzise in 1–3, wobei die erste und zweite Komponente 106, 114 nun vollständig zusammengefügt worden sind. Die Ausrichtung ist präzise, weil der (zum Beispiel größte) Durchmesser mit größerer Abmessung der elastischen konvexen Wände 102 in Bezug auf den Querschnitt der Durchbrüche 110 eine elastische Verformung der Wände zu Folge hat, und diese elastische Verformung wird über die mehreren, geometrisch verteilten, elastischen konvexen Wände elastisch gemittelt. Wenn eine Befestigungsmodalität wie zum Beispiel Befestigungsmittel mit Gewinde, Heißnieten (zum Beispiel durch lokales Schmelzen und Verformen der Oberseiten der Rohre), Ultraschallschweißen etc. implementiert ist, wird die präzise Ausrichtung manifest, und, falls die Komponenten für einen Nutzer sichtbare Oberflächen aufweisen, kann die sichtbare Verbindung zwischen den beiden Komponenten Schauflächen mit einer Ausführung der Güte A einschließen.
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Die elastischen konvexen Wände 102 und die Durchbrüche 110 können jeweils auf einer der ersten oder zweiten Komponente liegen, und in der Tat können einige elastische konvexe Wände und einige Durchbrüche auf jeder dieser Komponenten vorhanden sein. Außerdem kann die Form, während halbrohrförmige elastische konvexe Wände 102 besonders nützlich sind, auch andere gekrümmte und nicht gekrümmte Formen in beliebiger Kombination einschließen, inklusive elastischer konvexer Wände verschiedener Formen auf einer ersten Komponente 106 oder zweiten Komponente 114 oder beiden von Ihnen.
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Aus der vorhergehenden Beschreibung erkennt man mehrere bemerkenswerte Aspekte der Erfindung. Die Erfindung: 1) eliminiert die Fertigungsabweichung, die mit den Zwischenräumen verbunden ist, die für 2-Wege- und 4-Wege-Anordnungsschemata des Standes der Technik verbunden sind; 2) reduziert die Fertigungsabweichung durch elastisches Mitteln der Lageabweichung; 3) eliminiert den Float von Komponenten, wie er im Stand der Technik vorhanden ist; 4) liefert einen übermäßig eingeschränkten Zustand, der die Lageabweichung durch Ausmitteln jeder Abweichung von Anordnungsmerkmalen reduziert, und versteift zusätzlich die Verbindung, was die Anzahl von benötigten Befestigungsmitteln reduziert; 5) schafft eine präzisere Anordnung von Komponenten; und 6) schafft einen versteiften Aufbau der zusammengefügten ersten und zweiten Komponente mit einer Reduzierung oder Beseitigung von Dröhnen, Quietschen und Klappern (BSR) durch elastische Verformung in Bezug aufeinander und verbessert dadurch die Geräusch-, Schwingungs- und Härte-(NVH-)Effizienz der Anordnung der Komponenten.
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Jedes geeignete elastisch verformbare Material kann für die erste Komponente 106 oder die zweite Komponente 114 beispielsweise verwendet werden, insbesondere jene Materialien, die elastisch verformbar sind, wenn sie in die hierin beschriebenen Merkmale geformt werden. Dies schließt verschiedene Metalle, Polymere, Keramiken, anorganische Materialien oder Gläser oder Verbundstoffe irgendwelcher der oben erwähnten Materialien oder irgendwelche andere Kombinationen davon ein. Viele Verbundmaterialien sind vorstellbar, einschließlich verschiedener gefüllter Polymere, einschließlich mit Glas, Keramik, Metall und anorganischem Material gefüllter Polymere, insbesondere mit Glas, Metall, Keramik, anorganischer oder Kohlenstofffaser gefüllter Polymere. Jede beliebige geeignete Füller-Morphologie kann verwendet werden, einschließlich aller Formen und Größen von Partikel oder Fasern. Konkreter kann jede geeignete Art von Faser verwendet werden, einschließlich kontinuierlicher und diskontinuierlicher Fasern, gewebter und nicht gewebter Stoffe, Filze oder Garne oder Kombinationen davon. Jedes geeignete Metall kann verwendet werden, einschließlich verschiedener Guten und Legierungen von Stahl, Gusseisen, Aluminium, Magnesium oder Titan oder Verbundstoffe davon oder eine beliebige andere Kombination davon. Polymere können sowohl thermoplastische Polymere oder Duroplast-Polymere oder Verbundstoffe davon oder beliebige andere Kombinationen davon, einschließlich einer großen Vielzahl von Copolymeren und Polymermischungen, einschließen. In einer Ausführungsform ist ein bevorzugtes Kunststoffmaterial eines mit elastischen Eigenschaften, so dass es sich ohne Bruch elastisch verformt, wie zum Beispiel ein Material mit einem Acrylnitril-Butadien-Styrol-(ABS-)Polymer und insbesondere eine Polycarbonat-ABS-Polymer-Mischung (PC/ABS). Das Material kann in beliebiger Form vorliegen und durch jeden geeigneten Prozess geformt oder hergestellt werden, einschließlich gestanztes oder geformtes Metall, Verbundstoffe oder andere Bleche, Schmiedestücke, Stranggussteile, gepresste Teile, Gussteile oder geformte Teile und dergleichen, um die hierin beschriebenen verformbaren Merkmale einzuschließen. Die elastischen konvexen Wände 102 können in jeder beliebigen Art und Weise geformt werden. Zum Beispiel können sie mit der ersten Komponente 106 einteilig geformt oder hergestellt werden, oder sie können zusammen separat geformt und an die erste Komponente angebracht werden, oder sie können beide vollkommen separat geformt und an die erste Komponente angebracht werden. Wenn sie separat geschaffen werden, können sie aus verschiedenen Materialien als jenen der ersten Komponente 106 geschaffen werden, um beispielsweise eine vorbestimmte elastische Antwortcharakteristik zu liefern. Das Material oder die Materialien können ausgewählt werden, um eine vorbestimmte elastische Antwortcharakteristik von irgendeiner oder allen der ersten Komponente 105 oder zweiten Komponente 114 zu liefern. Die vorbestimmte elastische Antwortcharakteristik kann zum Beispiel einen vorbestimmten elastischen Modul einschließen.
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In einer beispielhaften Ausführungsform wird ein Verfahren 200 zum präzisen Ausrichten von Komponenten eines Kraftfahrzeugs während eine Fügevorgangs offenbart. Das Verfahren 200 beinhaltet ein Vorsehen 210 einer ersten Fahrzeugkomponente 106, wobei die erste Fahrzeugkomponente mehrere, aufrechte, elastische konvexe Wände 102 aufweist, die mit der ersten Komponente verbunden sind, wobei die konvexen Wände jeweils eine konvexe Wandoberfläche 103 und eine gegenüberliegende Wandoberfläche 105 aufweisen. Das Verfahren 200 beinhaltet auch ein Vorsehen 220 einer zweiten Fahrzeugkomponente 114 mit mehreren, darin ausgebildeten Durchbrüchen 110, wobei jeder Durchbruch eine Durchbruchwand 116 aufweist, wobei die mehreren Durchbrüche der zweiten Komponente in einer koordinierten Beziehung zu einer geometrischen Verteilung der mehreren, elastischen konvexen Wände so geometrisch verteilt sind, dass jede elastische konvexe Wand in einen jeweiligen Durchbruch aufnehmbar ist. Das Verfahren beinhaltet ferner ein Zusammenfügen 230 der ersten Fahrzeugkomponente mit der zweiten Fahrzeugkomponente, wobei während eines Zusammenfügens die erste Fahrzeugkomponente mit der zweiten Fahrzeugkomponente ausgerichtet wird, indem jede besagte elastische konvexe Wand in ihren jeweiligen Durchbruch aufgenommen wird. Ferner beinhaltet das Verfahren 200 noch ein elastisches Verformen 240 einer Kontaktfläche zwischen jeder elastischen konvexen Wand und ihrem jeweiligen Durchbruch in der zweiten Fahrzeugkomponente. Ferner beinhaltet das Verfahren 200 noch ein Durchführen 250 eines elastischen Mittelns der elastischen Verformung über die mehreren, elastischen konvexen Wände, so dass beim Zusammenfügen eine präzise Anordnung der ersten Fahrzeugkomponente zur zweiten Fahrzeugkomponente realisiert wird.
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Obgleich die Erfindung mit Verweis auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht der Fachmann, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Äquivalente für Elemente davon substituiert werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Außerdem können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von deren wesentlichem Umfang abzuweichen. Daher soll die Erfindung nicht auf die offenbarten besonderen Ausführungsformen beschränkt sein, sondern die Erfindung schließt alle Ausführungsformen ein, die in den Umfang der Anmeldung fallen.
