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Bezogene Anmeldungen
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Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen der provisorischen US Nr. 61/466,209, die am 22. März 2011 eingereicht wurde. Der gesamte Inhalt von dieser wird hier einbezogen.
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Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Strukturen zum Verringern von Geräuschen und/oder Vibrationen, und insbesondere auf einen Mehrschichtflicken zur selektiven Schalldämpfung von bestimmten Bereichen eines Metallteils wie des in einem Fahrzeug gefundenen Typs.
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Hintergrund
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Schalldämpfende Materialien wurden für verschiedene Anwendungen und Industrien einschließlich der Automobilindustrie verwendet. Häufig enthalten Gegenstände, die schallgedämpft wurden, einen Typ aus viskoelastischem Material, das auf einen vibrierenden Gegenstand wie eine Automobil-Ölwanne aufgebracht wurde. Das viskoelastische Material absorbiert und verteilt die von dem Gegenstand erzeugte Vibrationsenergie durch Umwandeln von mit den Vibrationen assoziierter mechanischer Energie in thermische Energie, die innerhalb der schalldämpfenden Materialschicht verteilt wird, und verringert somit die hiermit verbundenen Geräusche. Es gibt mehrere unterschiedliche Strukturen, die üblicherweise für Schalldämpfungszwecke verwendet werden, einschließlich: Strukturen mit freien Schichten, Strukturen mit eingespannten Schichten und Laminate.
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Strukturen mit freien Schichten sind Strukturen, bei denen ein schalldämpfendes viskoelastisches Material selbst auf die Oberfläche eines vibrierenden Gegenstands aufgebracht ist. Bei einer derartigen Anordnung wird Vibrations- oder akustische Energie, die durch eine Geräusch- oder Vibrationsquelle auf einer Seite des Gegenstands erzeugt wird, in einer angrenzenden viskoelastischen Schicht so verteilt, dass sie nicht zu der anderen Seite der Struktur übertragen wird. In dem Fall von Strukturen mit eingespannten Schichten wirkt das schalldämpfende viskoelastische Material als ein Klebstoff und ist zwischen dem vibrierenden Gegenstand und einer zusätzlichen starren Einspannschicht eingeklemmt. Das Vibrationsdämpfen erfolgt allgemein durch eine relative Bewegung zwischen dem vibrierenden Gegenstand und der starren Einspannschicht, die eine Scherbewegung in dem viskoelastischen Material bewirkt. Die Scherbewegung wandelt die Vibrationsenergie in Wärmeenergie um, die dann durch die starren Einspannschichten verteilt wird. Schalldämpfende Laminate wirken im Wesentlichen in der gleichen Weise wie Strukturen mit eingespannten Schichten, jedoch enthält der vibrierende Gegenstand ein Paar von dünnen Einspannschichten und ein viskoelastisches Material.
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Zusammenfassung
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Gemäß einem Aspekt ist eine Plattenanordnung vorgesehen, welche aufweist: Eine Hauptplatte mit einem akustisch aktiven Bereich, eine primäre Klebstoffschicht; und einen Mehrschichtflicken mit zumindest zwei individuellen Flicken und zumindest einer Klebstoff-Hilfsschicht. Die primäre Klebstoffschicht befestigt den Mehrschichtflicken an der Hauptplatte in dem akustisch aktiven Bereich zur Schalldämpfung.
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Gemäß einem anderen Aspekt ist ein Verfahren zum Herstellen einer Plattenanordnung vorgesehen, dass die Schritte aufweist: a) Vorsehen einer Hauptplatte eines ersten individuellen Flickens und eines zweiten individuellen Flickens; b) Befestigen des ersten individuellen Flickens an der Hauptplatte über eine primäre Klebstoffschicht und Befestigen des zweiten individuellen Flickens an dem ersten individuellen Flicken über eine Klebstoff-Hilfsschicht, so dass eine vorgeformte Plattenanordnung gebildet wird; und c) Unterziehen der vorgeformten Plattenanordnung einem Metallformungsvorgang, so dass eine nachgeformte Plattenanordnung gebildet wird.
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Zeichnungen
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den angefügten Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezeichnungen gleiche Elemente bezeichnen, und in denen:
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1 eine Draufsicht auf eine beispielhafte Plattenanordnung, die einen Mehrschichtflicken enthält, ist;
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2 eine Seitenansicht der Plattenanordnung nach 1 ist;
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3 eine perspektivische Ansicht der Plattenanordnung nach 1, folgend einem oder mehreren Formungsschritten, ist;
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4 und 5 Draufsichten von anderen beispielhaften Plattenanordnungen, die jeweils mehrere Mehrschichtflicken enthalten, sind;
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6 eine Seitenansicht einer anderen beispielhaften Plattenanordnung, die Mehrschichtflicken auf beiden Seiten einer Hauptplatte enthält, ist;
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7 eine Seitenansicht einer anderen beispielhaften Plattenanordnung, die gebogen ist und einen Mehrschichtflicken auf einer Seite eines Hauptplatte enthält, ist; und
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8 ein Flussdiagramm ist, das einige der Schritte eines beispielhaften Verfahrens zum Herstellen einer Plattenanordnung, die einen oder mehrere Mehrschichtflicken hat, illustriert.
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Beschreibung
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Die hier beschriebenen Mehrschichtflicken können in jeder Anzahl von unterschiedlichen Anwendungen eingesetzt werden, um Geräusche oder Vibrationen zu verringern, eine thermische Isolierung vorzusehen und/oder die strukturelle Integrität eines darunter liegenden Teils zu verbessern. Obgleich die Mehrschichtflicken nachfolgend in Verbindung von Platten zur Verwendung für verschiedene Fahrzeuganwendungen beschrieben sind, ist darauf hinzuweisen, dass sie nicht derart beschränkt sind und ebenso für Nicht-Fahrzeuganwendungen eingesetzt werden können. Einige Beispiele für potentielle Fahrzeuganwendungen enthalten Radkästen, Sitzschalen, Ersatzradwannen, Armaturenbretter, Verteilerkanäle, Stirnwände, Dachbeplankungen, Bodenbleche, Hauben, Kofferraumdeckel, Türinnenverkleidungen, Gepäckablagen, Ölwannen, Abdeckungen und Gehäuse für verschiedene Maschinen- und Getriebekomponenten, sowie andere Fahrzeuganwendungen. Einige potentielle Nicht-Fahrzeugbeispiele enthalten Flugzeuganwendungen, Schiffsanwendungen, militärische Anwendungen, Land- und Baumaschinen, Haushaltsgeräte sowie jede andere Anwendung, bei der es erwünscht ist, Vibrationen bei einem steifen oder starren Teil herabzusetzen.
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Einige nicht beschränkende Beispiele von Plattenanordnungen und schalldämpfenden Flicken, die in Verbindung mit der hier beschriebenen Plattenanordnung verwendet werden können, sind offenbart in den internationalen Patentanmeldungen Nummern PCT/US2010/045172, die am 11. August 2010 eingereicht wurde, PCT/US2010/053589, die am 21. Oktober 2010 eingereicht wurde; und PCT/US2011/025361, die am 18. Februar 2011 eingereicht wurde; und PCT/US2011/039939, die am 10. Juni 2011 eingereicht wurde, deren Inhalt hier einbezogen wird.
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Die 1 bis 3 zeigen eine Plattenanordnung 10, die allgemein eine Hauptplatte 12, einen oder mehrere Mehrschichtflicken 14 und eine primäre Klebstoffschicht 16, die die Hauptplatte und die Flicken miteinander verbindet, enthält. Der hier verwendete Begriff „Plattenanordnung” ist nicht auf eine bestimmte Stufe oder Phase des Herstellungsprozesses beschränkt und kann enthalten: Eine Plattenanordnung, bei der die Peripherie der Platte noch nicht in ihre endgültige Form geschnitten oder bearbeitet ist; eine Plattenanordnung, bei der die Peripherie der Platte bereits in ihre endgültige Form geschnitten oder bearbeitet ist; eine Plattenanordnung, bei der die Platte noch nicht gestanzt, gebogen oder in anderer Weise in ihre endgültige Kontur gebracht ist (zum Beispiel die flache Plattenanordnung in den 1 und 2); eine Plattenanordnung, bei der die Platte bereits gestanzt, gebogen oder in anderer Weise in ihre endgültige Kontur gebracht ist (zum Beispiel die konturierte Plattenanordnung in 3); eine Plattenanordnung, bei der die Platte noch nicht an einem Fahrzeug oder einer anderen Struktur angebracht wurde; oder eine Plattenanordnung, bei der die Platte bereits an einem Fahrzeug oder an einer anderen Struktur angebracht wurde, wie in einem Fahrzeug-Armaturenbrett oder einem Radkasten, um einige wenige Möglichkeiten zu zitieren. Der Ausdruck „Plattenanordnung” kann sich auf ein teilweise, hauptsächlich oder vollständig geformtes Teil beziehen.
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Die Hauptplatte 12 wirkt als die strukturelle Stütze für das darunterliegende Teil oder Komponenten, die geformt werden. Die Hauptplatte 12 kann ausgeschnitten, geschnitten, beschnitten oder in anderer Weise in eine gewünschte Form gebracht sein. Die Hauptplatte 12 ist typischerweise größer als der Mehrschichtflicken 14, und kann aus jeder Anzahl von geeigneten Materialien hergestellt sein, enthaltend verschiedene Typen und Legierungen von Stahl (zum Beispiel kaltgewalzter Stahl, feuerverzinkter Stahl, usw.), Aluminium, andere Metalle oder andere Nichtmetall-Materialien wie Materialien auf Polymerbasis oder Verbundstoffe. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen besteht die Hauptplatte 12 aus Stahl und hat eine Dicke 0,4 mm und 3,0 mm einschließlich; bei anderen Ausführungsbeispielen ist die Hauptplatte 12 ein schalldämpfendes Mehrschichtlaminat selbst. Die genaue Größe, Form, Dicke und Zusammensetzung der Platte 12 sind im Wesentlichen durch das besondere Teil, das geformt wird, bestimmt, und kann sich von den hier gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispielen unterscheiden.
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Der Mehrschichtflicken 14 kann zusammen mit der primären Klebstoffschicht 16 strategisch auf die Hauptplatte 12 aufgebracht sein, um dazu beizutragen, die Übertragung von Geräuschen oder Vibrationen durch oder entlang der Plattenanordnung 10 zu verringern oder zu mildern. Der Mehrschichtflicken 14 ist typischerweise an der Hauptplatte 12 an einer Stelle angebracht, die typischerweise einem akustisch aktiven Bereich der Platte entspricht, wie einem Bereich 22. Der hier verwendete „akustisch aktive Bereich” enthält jeden Abschnitt, Teil und/oder anderen Bereich der Hauptplatte, der einer Geräusch- und/oder Vibrationsquelle ausgesetzt ist, und kann aus einer Art von Schalldämpfung Nutzen ziehen. Bei dem in 2 gezeigten Beispiel ist der Bereich 22 im Allgemeinen nahe und/oder ausgerichtet mit der Geräusch- oder Wärmequelle 20. Einige nicht beschränkende Beispiele derartiger Quellen 20 können eine Maschine, eine Rad- und Reifenanordnung, eine Maschinenabgaskomponente oder eine Fahrzeugkomponente, die Windgeräusche erzeugt, enthalten. Die Geräuschquelle kann auch eine andere geräuschbehaftete oder vibrierende Fahrzeugkomponente benachbart oder angebracht an der Plattenanordnung 10 sein, und die Lage des Bereichs 22 kann durch andere Faktoren wie beispielsweise Geometrie, Masse oder natürliche Frequenzen der individuellen Komponenten bestimmt sein. Bei dem in den 1 und 2 gezeigten Beispiel enthält der Mehrschichtflicken 14 drei individuelle Flicken 24, 26, 28, die unterschiedliche Größe und Form haben und durch zwei Klebstoff-Hilfsschichten 30, 32 miteinander verbunden sind. Die Anzahl von individuellen Flicken und/oder Klebstoff-Hilfsschichten kann von dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel abweichen (zum Beispiel können mehr oder weniger Flicken, Klebstoffschichten usw. vorgesehen sein), aber in den meisten Fällen sind zumindest zwei individuelle Flicken und zumindest eine Klebstoff-Hilfsschicht vorgesehen. Die gesamte Anzahl von Klebstoffschichten einschließlich sowohl der primären Klebstoffschicht als auch der Klebstoff-Hilfsschichten 16, 30, 32 ist typischerweise dieselbe wie die Anzahl von individuellen Flicken 24, 26, 28, jedoch ist dies nicht notwendigerweise der Fall. Beispielsweise kann eine einzelne Klebstoffschicht verwendet werden, um mehr als einen Flicken direkt zu befestigen, wie in den Ausführungsbeispielen der 4 und 5 illustriert ist, die nachfolgend im Einzelnen beschrieben werden. Der hier verwendete Ausdruck „Anbringen” enthält in weitem Sinne jede direkte oder indirekte Anbringung oder Befestigung. Beispielsweise ist der Flicken 24 direkt an der Hauptplatte 12 durch die primäre Klebstoffschicht 16 angebracht, während der Flicken 28 über dazwischenliegende Flicken 24, 26 und Klebstoff-Hilfsschichten 30, 32 an der Hauptplatte 12 angebracht ist.
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Die Größe, Form und/oder Anordnung der individuellen Flicken kann gemäß den Anforderungen an das herzustellende Teil variieren. Beispielsweise nehmen bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel die individuellen Flicken 24, 26, 28 in ihrer Größe aufeinanderfolgend ab, so dass sich der Flicken 26 vollständig innerhalb des Umfangs des Flickens 24 befindet und sich der Flicken 28 vollständig innerhalb des Umfangs des Flickens 26 befindet. Anders gesagt, ist der Flicken 28 kleiner als und vollständig umgeben oder umkreist von der Grenze des Flickens 26, und in gleicher Weise ist der Flicken 26 kleiner als und vollständig von der Grenze des Flickens 24 umgeben. Bei diesem bestimmten Beispiel ist jeder aufeinanderfolgende Flicken von dem innersten Flicken 24 (das heißt, dem der Hauptplatte 12 am nächsten befindlichen Flicken) zu dem äußersten Flicken 28 kleiner als der darunterliegende Flicken, an dem er angebracht ist. Dies ist jedoch nicht immer der Fall, da ein oder mehrere der Flicken sich über den äußeren Umfang eines darunterliegenden Flickens erstrecken können, wie in den Ausführungsbeispielen der 4 und 5 illustriert ist. 5 illustriert auch ein Beispiel, in welchem zwei getrennte Flicken direkt an der Hauptplatte in der Weise angebracht sein können, dass sie sich Seite an Seite oder benachbart zueinander befinden können, wobei ein dritter Flicken über ihnen so angebracht ist, dass der darüber liegende Flicken die beiden darunter liegenden Flicken überlappt oder überspannt. Diese Ausführungsbeispiele werden nachfolgend im Einzelnen beschrieben.
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Wie vorstehend erwähnt ist, kann die Lage der individuellen Flicken durch die Anwesenheit von akustisch aktiven Bereichen in der Plattenanordnung, wie des Bereichs 22 in 2 beeinflusst werden. Zur Illustration kann der akustisch aktive Bereich 22 die gesamte Hauptplatte 12 abdecken, oder er kann nur Bereiche oder Abschnitte der Hauptplatte abdecken. Es ist auch möglich, dass der akustisch aktive Bereich 22 verschiedenen Pegeln von Geräuschen und/oder Vibrationen unterworfen ist, wobei einige Subbereiche höheren Pegeln als andere ausgesetzt sind. Beispielsweise kann ein akustisch aktiver Bereich 22 verschiedene Subbereiche enthalten, wobei Subbereich unterschiedlichen Pegeln von Geräuschen oder Vibrationen unterworfen ist. Bei der Abwesenheit eines schalldämpfenden Flickens kann beispielsweise ein gegebener Subbereich mit höheren Amplituden oder bei unterschiedlichen Frequenzen vibrieren als ein anderer Subbereich. Der Mehrschichtflicken 14 kann so ausgestaltet und so angeordnet sein, dass die Teile des Mehrschichtflickens mehrere gestapelte Schichten haben, die über Subbereichen der Hauptplatte 12 liegen, die höheren Geräuschpegeln ausgesetzt sind. In Verbindung mit den 1 und 2 erläutert, kann der Teil der Hauptplatte 12, der direkt unter dem äußersten Flicken 28 liegt und daher drei Schichten aus schalldämpfenden Flicken gestapelt über sich hat, der Teil der Hauptplatte 12 sein, der Geräuschen, Vibrationen und/oder Wärme am stärksten ausgesetzt ist. Jeder Flicken kann in Verbindung mit benachbarten Klebstoffschichten arbeiten, um Geräusche so zu mildern, dass Bereiche der Hauptplatte 12 mit mehreren Schichten aus Flicken stärker den Schall dämpfen als Bereiche mit nur einer einzelnen Flickenschicht oder keinem Flicken. Darüber hinaus ist es möglich, dass die individuellen Flicken und/oder die Klebstoff-Hilfsschichten unterschiedliche Eigenschaften haben, die das Dämpfungsvermögen hinsichtlich der Frequenz, Temperatur usw. beeinflussen. Derartige Ausführungsbeispiele werden nachfolgend im Einzelnen beschrieben.
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Die Zusammensetzung oder das Material, aus denen die individuellen Flicken 24, 26, 28 bestehen, können variieren gemäß den Anforderungen an das herzustellende Teil. Beispielsweise können beispielhafte Flicken 24, 26, 28 aus jeder Anzahl von geeigneten Materialien gebildet sein, enthaltend verschiedene Typen und Legierungen von Stahl (zum Beispiel kaltgewalzter Stahl, feuerverzinkter Stahl, elektrogalvanisierter Stahl, usw.), Aluminium oder andere Metalle. Bei einigen Ausführungsbeispielen können die Flicken aus nichtmetallischen Materialien gebildet sein, wie starre oder halbstarre Materialien auf Polymerbasis oder Verbundstoffe. Bei einem Ausführungsbeispiel hat jeder der individuellen Flicken dieselbe Dicke und alle sind dünner als die darunter liegende Hauptplatte 12. Die Flickendicke kann zwischen 0,2 mm und 2,0 mm einschließlich liegen. Bei anderen Ausführungsbeispielen hat jeder Flicken eine unterschiedliche Dicke oder zumindest ein Flicken hat eine unterschiedliche Dicke als ein anderer Flicken. Das gleiche gilt für die Klebstoff-Hilfsschichten 30, 32, da diese Schichten aus ähnlichen oder unterschiedlichen Zusammensetzungen bestehen können, ähnliche oder unterschiedliche Dicke haben, unter Verwendung ähnlicher oder unterschiedlicher Klebstoffmuster aufgebracht sein können, usw. Dies wird nachfolgend wird im Einzelnen diskutiert. Es ist auch möglich, dass einer oder mehrere der individuellen Flicken des Mehrschichtflickens aus einem Schichtmaterial bestehen, das heißt ein individueller Flicken kann selbst mehrere Metallschichten enthalten, die beispielsweise durch eine oder mehrerer Klebstoffschichten verbunden sind. In einem derartigen Fall haben die verschiedenen Subschichten eines Schichtflickens im Allgemeinen dieselbe äußere Grenze oder denselben äußeren Umfang, wie in dem Ausführungsbeispiel nach 6 gezeigt ist, das nachfolgend im Einzelnen diskutiert wird.
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Die individuellen Flicken 24, 26, 28 können andere Merkmale enthalten, wie Merkmale, die bei verschiedenen Typen von Metallformungsvorgängen unterstützen können. Beispielsweise enthält der Mehrschichtflicken 14 ein Formungsmerkmal in der Form einer Kerbe oder eines Ausschnitts 34, die/der hilfreich während eines Stanzens, Ziehens oder anderen Formungsvorgangs, bei dem das Material nach der Kerbe 34 einer beträchtlichen Verformung unterzogen wird oder in einem komplexen Beanspruchungsbereich liegt, hilfreich sein, wie in der vorstehend einbezogenen Patentanmeldung Nummer PCT/US2010/053589 offenbart ist. Selbstverständlich kann der Mehrschichtflicken 14 andere nützliche Merkmale neben denjenigen, die die Fähigkeit haben, Schall und Vibrationen zu dämpfen, enthalten. Beispielsweise können Bereiche der Plattenanordnung 10, die mehrere Schichten von Flicken enthalten, auch Bereiche von insgesamt vergrößerter Materialdicke darstellen. Die jeweilige Lage von Flicken kann somit zumindest teilweise durch die Notwendigkeit bestimmt sein, die Steifheit und/oder den Wärmewiderstand von bestimmten Bereichen der Platte 12 zu erhöhen. Beispielsweise kann es bei einigen Anwendungen der Fall sein, dass keine zusätzliche Schalldämpfung in einem bestimmten Bereich der Platte 12 erforderlich ist, der bereits einen schalldämpfenden Flicken enthält, aber ein zusätzlicher darüber liegender Flicken kann aufgebracht werden, um den thermischen Widerstand oder R-Wert der Gesamtplattenanordnung 10 in diesem Bereich zu erhöhen. IN einigen Fällen ergibt sich ein synergetischer Effekt, wenn ein Mehrschichtflecken einer Platte zusätzliche Steifheit und zusätzlichen Wärmewiderstand verleihen kann, während der zusätzliche Nutzen der Geräuschverringerung erhalten wird. Bei einem Beispiel kann eine Plattenanordnung ein vorstehendes Merkmal enthalten, das sich zu einer Wärmequelle hin erstreckt und natürlich aufgrund seiner Form Geräusche verstärkt, wodurch die Lage des Mehrschichtflickens bestimmt wird, wie in dem Ausführungsbeispiel nach 7 gezeigt ist, das nachfolgend im Einzelnen beschrieben wird.
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Zusätzliche Schichten 16, 30, 32 werden verwendet, um die verschiedenen Schichten der Plattenanordnung 10 miteinander zu verkleben oder in anderer Weise zu verbinden. Insbesondere wird, wieder unter Bezugnahme auf die
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1 und 2, der innerste Flicken 24 mit der primären Klebstoffschicht 16 an der Hauptplatte 12 angebracht, der dazwischenliegende Flicken 26 wird mit der Klebstoff-Hilfsschicht 30 an dem Flicken 24 angebracht, und der äußerste Flicken 28 wird mit der Klebstoff-Hilfsschicht 32 an dem Flicken 26 angebracht. Die primäre Klebstoffschicht 16 verbindet den Mehrschichtflicken 14 mit der Hauptplatte 12, und die Klebstoff-Hilfsschichten 30, 32 verbinden die verschiedenen individuellen Flicken miteinander. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist zumindest eine der Klebstoffschichten 16, 30 oder 32 eine viskoelastische Klebstoffschicht, die ein wärmehärtbares Harz auf Acrylatbasis aufweist und eine Dicke von etwa 0,005 mm bis 0,05 mm einschließlich hat; jedoch können andere Klebstoffzusammensetzungen und -dicken ebenso verwendet werden. Es ist möglich, dass die verschiedenen Klebstoffschichten von Schicht zu Schicht variieren, beispielsweise, um die schalldämpfenden Eigenschaften jeder Schicht in Bezug auf Dämpfung, Temperatur, Frequenz usw. anzupassen oder zu steuern, wie nachfolgend beschrieben ist. Jede Klebstoffschicht 16, 30, 32, die zwischen der Hauptplatte 12 und einem Flicken oder zwischen individuellen Flicken eingeklemmt ist, kann mit einer Kapazität einer eingespannten Dämpfungsschicht arbeiten. Der Fachmann erkennt, dass Konstruktionen mit eingespannter Dämpfungsschicht eine Vibrationsenergie verteilen oder in anderer Weise lindern kann durch Ausnutzen von Druck und Dehnung innerhalb der sandwichartigen Konstruktion, um Vibrationen in Reibungswärme niedrigen Grades umzuwandeln. Die schalldämpfenden Mehrschichtflicken 24 können die Klebstoffschichten ausnutzen, um zusätzlichen Nutzen und eine Gestaltungsflexibilität zu bieten.
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Beispielsweise ist bei einem Ausführungsbeispiel eine der Klebstoffschichten 16, 30 oder 32 eine schalldämpfende Klebstoffschicht. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist zumindest eine der Klebstoffschichten 16, 30 oder 32 eine strukturelle Klebstoffschicht. In weitem Sinne kann irgendeine der Klebstoffschichten, die in der Plattenanordnung 10 enthalten ist, von irgendeiner anderen der anderen Klebstoffschichten der Anordnung verschieden sein. Klebstoffschichten werden als einander unterschiedlich angesehen, wenn sie beispielsweise unterschiedliche Zusammensetzungen, Dicken und/oder Materialeigenschaften enthalten. Einige beispielhafte Materialeigenschaften enthalten: Schalldämpfungsvermögen als eine Funktion der Temperatur, Frequenz, usw.; Wärmeisolation; und zusammenhängende Festigkeit oder Steifheit, um einige zu nennen. Jede schalldämpfende Klebstoffschicht kann durch einen effektiven Dämpfungstemperaturbereich gekennzeichnet sein, in welchem die Klebstoffschicht mit einem schalldämpfenden Flicken zusammenwirkt, um eine maximale Schalldämpfung zu erhalten. Bei einem Ausführungsbeispiel hat eine Klebstoffschicht einen effektiven Dämpfungstemperaturbereich, der höher ist als der einer anderen Klebstoffschicht, so dass der effektive Dämpfungstemperatur-Gesamtbereich der Plattenanordnung 10 größer ist. Die Verwendung von Mehrschichtflicken, die Klebstoffschichten mit unterschiedlichen Eigenschaften enthalten, kann vorteilhaft sein zum Verbreitern, Anpassen oder Einstellen der Betriebseigenschaften der Plattenanordnung für die jeweilige Anwendung, für die sie einzusetzen ist.
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Es wird das Beispiel betrachtet, in welchem die Plattenanordnung 10 nach 1 einem Geräusch und einer Wärmequelle 20, die ihre Temperatur ändert, wie eine Fahrzeugmaschine, die sich erwärmt und abkühlt, ausgesetzt ist. Die primäre Klebstoffschicht 16 kann einen höheren effektiven Dämpfungstemperaturbereich haben, als beispielsweise den der Klebstoff-Hilfsschichten 30, 32. Dies kann bedeuten, dass die Klebstoffschicht chemisch stabiler ist und/oder bei höheren Temperaturen eine effektivere Schalldämpfung als die Klebstoffschichten 30, 32 bewirkt. Während Perioden mit relativ niedriger Maschinentemperatur wie während einer Maschinenaufwärmphase können die Klebstoff-Hilfsschichten 30, 32 bei der Schalldämpfung eine größere Rolle spielen, da die gegenwärtige Maschinentemperatur innerhalb ihres effektiven Dämpfungstemperaturbereichs ist. Nachdem die Maschinentemperatur einen normalen Betriebspegel erreicht hat, kann die primäre Klebstoffschicht 16 eine stärkere Schalldämpfung durchführen, da die gegenwärtige Maschinentemperatur jetzt in dem höheren effektiven Dämpfungstemperaturbereich der Schicht 16 ist. Die effektiven Dämpfungstemperaturbereiche der verschiedenen Klebstoffschichten können einander überlappen, um einen breiteren effektiven Gesamtdämpfungs-Temperaturbereich für die Plattenanordnung 10 zu erhalten, als er traditionell bei Dämpfungskonstruktionen mit einer einzelnen eingespannten Schicht verfügbar ist. Gewissermaßen werden bei diesem Beispiel die effektiven Dämpfungstemperaturbereiche ausgewählt auf der Grundlage vorhergesagter Temperaturänderungen als einer Funktion der Zeit.
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Es wird ein unterschiedliches Beispiel betrachtet, in welchem die Plattenanordnung 40 in 4 mehreren Geräusch- und Wärmequellen derart ausgesetzt ist, dass die Platte eine ungleichförmige oder heterogene Temperaturverteilung hat. Ein erster Mehrschichtflicken 44 kann sich nahe einer ersten Wärmequelle befinden, und ein zweiter Mehrschichtflicken 46 kann sich nahe einer zweiten Wärmequelle befinden. Wenn beispielsweise erwartet wird, dass die erste Wärmequelle heißer als die zweite Wärmequelle ist, dann können eine oder mehrere Schichten des ersten Mehrschichtflickens 44 einen höheren effektiven Dämpfungstemperaturbereich als eine oder mehrere Schichten des zweiten Mehrschichtflickens 46 haben. Jeder der Mehrschichtflicken 44, 46 kann auch Klebstoffschichten enthalten, die unterschiedliche Temperaturfähigkeiten haben, wie vorstehend erläutert ist. Gewissermaßen werden die effektiven Dämpfungstemperaturbereiche in diesem Beispiel ausgewählt auf der Grundlage von vorhergesagten Temperaturveränderungen als einer Funktion der Lage oder Position der Platte. Selbstverständlich können zwei der mehr der individuellen Klebstoffschichten der Plattenanordnung dieselbe Zusammensetzung, Dicke und/oder dieselben Materialeigenschaften enthalten. Beispielsweise können für einen gegebenen Mehrschichtflicken zwei oder mehr der individuellen Flicken aus demselben Typ und/oder mit derselben Materialdicke gestaltet sein, während zumindest eine der Klebstoffschichten sich von den anderen unterscheidet; zwei oder mehr der Klebstoffschichten können dieselbe Materialzusammensetzung und/oder Dicke enthalten, während zumindest einer der individuellen Flicken sich von den anderen unterscheidet; oder zumindest einer der individuellen Flicken und zumindest eine der Klebstoffschichten sich von den anderen unterscheidet, um mehrere Möglichkeiten zu nennen.
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Ein anderer potentieller Vorteil, den die Plattenanordnung aufgrund ihrer mehreren Flicken und mehreren Klebstoffschichten aufweist, kann die Teileformbarkeit sein. Zum Beispiel kann das Vorsehen von Klebstoffschichten, die zwischen aufeinanderfolgenden Platten oder Flickenschichten eingeklemmt sind, einen gewissen Pegel von Nachgiebigkeit zwischen gegenüberliegenden Oberflächen während des Formens ergeben, im Vergleich zu einem festen Metallmaterial gleicher Dicke. Mit anderen Worten, derartige gegenüberliegenden Oberflächen können sich während des Formens relativ zueinander bewegen, wobei die dazwischenliegende Klebstoffschicht einen Teil der Beanspruchung absorbiert oder dieser unterworfen wird, die anderenfalls auf eine feste Metallplatte ausgeübt wird und Unebenheiten oder Reißen bewirkt. Weiterhin kann das Vorsehen von Einspannschichten in der Form von Flicken anstelle von Volllaminaten den Einspannschichten ermöglichen, angepasst geformt zu sein, um bekannte Bereiche des Teils mit hoher Beanspruchung oder komplexer Beanspruchung zu vermeiden, um Verwerfungen oder andere Typen von Materialversagen während des Formens zu verhindern sowie das Gewicht und/oder die Kosten des sich ergebenden Teils herabzusetzen. Verschiedene Formungsmerkmale wie die Kerbe 34 in 1 können für diesen Zweck verwendet werden, wie bereits erläutert wurde.
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Bei einigen Ausführungsbeispielen können zusätzliche Anbringungsmerkmale wie Punktschweißungen 38 enthalten sein, um das Anbringen von einem oder mehreren der Flicken an darunterliegenden Schichten zu fördern und/oder eine Materialbewegung während nachfolgender Metallformungsvorgänge zu steuern. Derartige Anbringungsmerkmale können nahe des äußeren Umfangs oder der Kante von jedem Flicken verwendet werden und können nützlich sein, einen Flicken darin zu unterstützen, dass er seine gewünschte Lage während eines Metallformungsvorgangs behält. Verschiedene Mastix- und/oder andere nicht-klebende schalldämpfende Materialien können anstelle von oder zusätzlich zu den hier offenbarten Klebstoffschichten verwendet werden. Einige nicht beschränkende Beispiele für derartige Materialien enthalten vorgeformte Polymerschäume, -filme oder -matten, die an angrenzenden Flicken angebracht oder durch nicht-klebende Mittel zwischen Schichten eingeklemmt sein können.
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Die 4 bis 7 illustrieren eine Anzahl von Ausführungsbeispielen von Plattenanordnungen, die Mehrschichtflicken enthalten. Diese Beispiele sind nicht beschränkend und werden nachfolgend kurz beschrieben, um einige der verschiedenen verfügbaren Konfigurationen zu illustrieren, bei denen Mehrschichtflicken verwendet werden. 4 zeigt eine beispielhafte Plattenanordnung 40 mit zwei Mehrschichtflicken 44, 46, wobei der Flicken 44 zwei individuelle Flickenschichten enthält und der Flicken 46 drei individuelle Flickenschichten enthält. Eine derartige Konstruktion kann nützlich sein, wenn die Hauptplatte 42 in dem Bereich des Flickens 46 akustisch stärker aktiv ist als in dem Bereich des Flickens 44, eine größere Steifheit oder strukturelle Verstärkung in diesem Bereich erfordert und/oder höheren Temperaturen in diesem Bereich ausgesetzt ist. Bei einem nicht beschränkenden Beispiel kann die Plattenanordnung 40 nahe einem Abgassystem angeordnet sein, wobei der Flicken 46 sich nahe einem Bereich des Systems befindet, der lauter ist oder eine höhere Temperatur hat als bei dem Flicken 44. Der Mehrschichtflicken 46 enthält individuelle Flicken 48, 50, 52. Wie in 4 illustriert ist, befindet sich der Flicken 48 vollständig innerhalb des Umfangs oder der Grenze des Flickens 52, aber der Flicken 50 befindet sich nicht vollständig innerhalb des Umfangs des darunter liegenden Flickens 48 und erstreckt sich über dessen Grenze hinaus.
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Bei einem anderen, in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel enthält die Plattenanordnung 60 auch zwei Mehrschichtflicken 64, 66. Der Mehrschichtflicken 64 enthält individuelle Flicken 68, 70, die einander teilweise überlappen, ähnlich den individuellen Flicken 48, 50 in 4. Der Mehrschichtflicken 64 ist auch ein Beispiel, in welchem der darunter liegende Flicken 68 kleiner als der darüber liegende Flicken 70 ist. Dieser Typ von Konfiguration kann nützlich sein, wenn zwei unterschiedliche Klebstoffschichten nur in dem Überlappungsbereich erwünscht sind, um nur ein Beispiel zu nennen. Der Mehrschichtflicken 66 enthält einen äußersten oder obersten individuellen Flicken 76, der teilweise mit zwei innersten Flicken 72, 74 überlappt, die einander benachbart oder Seite an Seite angeordnet sind. Eine derartige Anordnung kann nützlich sein, wenn der Bereich der Hauptplatte 62, der unter jedem der individuellen Flicken 72, 74 liegt, unterschiedliche Leistungsanforderungen hat. Beispielsweise kann jeder individuelle Flicken 72, 74 so ausgebildet sein, dass er unterschiedliche Flickenmaterialien und/oder -dicken, unterschiedliche Klebstoffmaterialien und/oder -dicken oder beides enthält, während der äußerste Flicken angebracht sein kann, um zusätzliche Schall-, Wärme-, oder Steifheitseigenschaften zu seinem darunter liegenden Bereich zu liefern.
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Die beispielhafte Plattenanordnung 80 nach 6 ist so gezeigt, dass sie nahe einer Geräusch- und/oder Wärmequelle 20 angeordnet ist, und Mehrschichtflicken 84, 86 jeweils auf entgegengesetzten Seiten einer Hauptplatte 82 enthält. Eine derartige Konstruktion kann nützlich sein, wenn Raum- oder Packungsrandbedingungen die Anzahl von Flicken, die auf einer oder beiden Seiten der Hauptplatte 82 übereinander liegen können, beschränken, aber eine größere Gesamtzahl von Flicken an einer bestimmten Stelle erwünscht ist. Bei diesem besonderen Ausführungsbeispiel enthält jeder der Mehrschichtflicken 84, 86 jeweils einen individuellen Flicken 88, 90, der selbst eine Schichtstruktur hat. Auf der Seite der Platte, die der Quelle 20 am nächsten ist, ist der Schichtflicken 90 der Mehrschichtflicken 86, während der Mehrschichtflicken 84 einen Schichtflicken 88 enthält, der an einem getrennten innersten Flicken 92 angebracht ist. Schichtflicken können in einigen Fällen eine Vereinfachung der Herstellung bieten, wenn sie aus leicht verfügbaren, schalldämmenden Vollschichtmaterialien geschnitten oder gestanzt werden können.
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7 zeigt eine beispielhafte Plattenanordnung 100 mit einem Mehrschichtflicken 114, der an der Hauptplatte 112 angebracht ist. Die Plattenanordnung 100 ist so gebogen, dass sie in Bezug auf die Quelle 20, die in diesem Fall eine Wärme- und/oder Geräuschquelle darstellt, eine im Allgemeinen konvexe Form hat. Derartige gerundete Formen sowie andere Formen mit besonderen Vorsprüngen, Geometrien oder anderen Eigenschaften, können als ein Wärme- und/oder Schallverstärker wirken. Beispielsweise kann eine derartige Form Vibrationen von anderen Quellen 20' zu einem gemeinsamen Scheitelpunkt oder einer gemeinsamen Spitze 116 richten oder in anderer Weise kanalisieren. Bei diesem Beispiel stellt der Scheitelpunkt 116 einen akustisch aktiven Bereich dar und ist auch der Teil der Plattenanordnung, der der Heizquelle 20 am nächsten ist. Der Mehrschichtflicken 114 kann in derartigen Fällen mehreren Zwecken dienen, wobei er beispielsweise sowohl als thermischer Isolator als auch als Schalldämpfer wirkt.
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8 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 200 zum Herstellen einer Plattenanordnung wie der vorbeschriebenen. Das Verfahren 200 enthält allgemein die Schritte des Vorsehens einer Hauptplatte und von zwei oder mehr individuellen Flicken (Schritt 210); des Schaffens einer vorgeformten Plattenanordnung enthaltend einen Mehrschichtflicken (Schritt 220); und des Formens der vorgeformten Plattenanordnung in eine nachgeformte Plattenanordnung (Schritt 230). Andere Folgen und Kombinationen von Schritten sind sicher möglich, da das Verfahren 200 nur ein Ausführungsbeispiel ist.
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Durch den Schritt 210 werden eine Hauptplatte und zwei oder mehr individuelle Flicken erhalten, und dies kann in einer Vielzahl von unterschiedlichen Wegen erfolgen. Beispielsweise kann der Schritt 210 das Ausschneiden, Schneiden, Abschneiden und/oder andere bekannte Formungstechniken verwenden, um diese individuellen Komponenten zu erhalten.
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Der Schritt 220 verwendet die Hauptplatte und die individuellen Flicken aus dem vorhergehenden Schritt, um eine vorgeformte Plattenanordnung zu schaffen, die einen Mehrschichtflicken enthält. Gemäß dem Ausführungsbeispiel bringt der Unterschritt 222 eine primäre Klebstoffschicht auf eine innere Oberfläche eines ersten Flickens und/oder eine äußere Oberfläche einer Hauptplatte auf (zum Beispiel durch Sprühen, Rollbeschichten, Verwenden einer gestanzten Klebstoffschicht usw.) und härtet dann die primäre Klebstoffschicht aus, um den ersten Flicken an die Hauptplatte zu kleben. Der Unterschritt 224 bringt eine Klebstoff-Hilfsschicht auf eine innere Oberfläche eines zweiten individuellen Flickens und/oder eine äußere Oberfläche des ersten individuellen Flickens auf und härtet dann die Hilfsklebschicht aus, um den zweiten und den ersten individuellen Flicken zusammenzukleben. Das Aushärten der primären und/oder Hilfsklebschichten kann enthalten: Aussetzen von diesem einer erhöhten Temperatur, einer Strahlung, besonderen Lichtwellenlängen, Gasen wie Sauerstoff oder Wasserdampf, oder andere Typen von Härtungsinitiatoren oder -beschleunigern zum Vernetzen oder anderweitigen Bewirken, dass eine Klebstoffschicht fester oder zusammenhängender wird. Die primäre und die Hilfsklebstoffschichten können zusammen oder getrennt gehärtet werden. Zusätzliche individuelle Flicken und/oder Klebstoffschichten können auch in dieser Weise angebracht werden.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Schritt 220 zwei oder mehr der individuellen Flicken in einen Mehrschichtflicken zusammensetzen und, nachdem der zusammengesetzte Mehrschichtflicken vollständig ist, diesen dann an der Hauptplatte anbringen. Beispielsweise können im Unterschritt 222' der erste und der zweite Flicken durch eine Klebstoff-Hilfsschicht miteinander verklebt werden, und dann werden in einem Unterschritt 224' der erste und der zweite Flicken, die bereits kombiniert oder zusammengesetzt sind, mit einer primären Klebstoffschicht an die Hauptplatte geklebt. Wenn mehr als zwei individuelle Flicken vorgesehen sind, kann der Schritt 220 Schritte der beiden vorbeschriebenen, unterschiedlichen Ausführungsbeispiele kombinieren. Es ist bei diesem Ausführungsbeispiel möglich, unterschiedliche Aushärtetechniken für die unterschiedlichen Klebstoffschichten zu verwenden; dies gilt insbesondere aufgrund der zusammengesetzten Natur des Mehrschichtflickens. Beispielsweise kann/können die Klebstoff-Hilfsschicht(en) des zusammengesetzten Mehrschichtflickens bei einer ersten Härtungstemperatur gehärtet werden, bevor der Flicken an der Hauptplatte angebracht wird, und dann kann die primäre Klebstoffschicht bei einer zweiten Härtungstemperatur gehärtet werden, wenn der zusammengesetzte Mehrschichtflicken an der Hauptplatte angebracht wird. Wenn die Klebstoff-Hilfsschicht(en) eine niedrigere Härtungstemperatur benötigen als die primäre Klebstoffschicht, dann kann das vorbeschriebene Ausführungsbeispiel beispielsweise verwendet werden, um alle Klebstoffschichten zu härten, ohne die Klebstoff-Hilfsschichten) der erhöhten Härtungstemperatur der primären Klebstoffschicht auszusetzen, und umgekehrt. Diese Technik kann ermöglichen, dass bestimmte Klebstoffschichten mehreren Härtungszyklen unterzogen werden, die häufig erhöhte Temperaturen enthalten. Einige Typen von Klebstoffschichten erfordern keine erhöhten Temperaturen zum Aushärten, und wenn diese Typen von Klebstoffschichten verwendet werden, kann die Reihenfolge, in der die Platte und die individuellen Flicken miteinander verklebt werden, durch andere Faktoren, wie die Einfachheit der Herstellung bestimmt werden.
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Der Schritt 23 nimmt die formgeformte Plattenanordnung aus dem vorhergehenden Schritt und formt sie in eine nachgeformte Plattenanordnung. Dies kann unter Verwendung irgendeines herkömmlichen Formungsvorgangs wie Biegen, Stanzen, Ziehen oder anderen Metallformungsprozessen durchgeführt werden und kann das Formen sämtlicher Komponenten und/oder Schichten miteinander oder das Formen von diesen voneinander getrennt und dann das Befestigen von diesen aneinander enthalten. Hier enthalten Komponenten, die als „zusammen geformt” bezeichnet werden, solche Komponenten, die in einer Anordnung oder Unteranordnung vorhanden sind und zusammen einem Formungsvorgang unterzogen werden; wobei dies nicht notwendigerweise bedeutet, dass jede Komponente der Anordnung oder Unteranordnung die Form ändert. Beispielsweise können die 1 und 3 eine vorgeformte Plattenanordnung. bzw. eine nachgeformte Plattenanordnung darstellen. Obgleich die Flicken 26 und 28 ihre Form während des Formungsschritts 230 nicht ändern, wird davon ausgegangen, dass sie zusammen mit den anderen Komponenten der Plattenanordnung geformt werden. Es ist darauf hinzuweisen, dass das Verfahren 200 eine unterschiedliche Kombination und/oder Folge von Schritten enthalten kann, enthaltend solche, die mehr oder weniger Schritte als das vorbeschriebene Ausführungsbeispiel haben. Zusätzliche Flicken und/oder Klebstoffschichten können auch verwendet werden.
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Es ist davon auszugehen, dass die vorstehende Beschreibung keine Definition der Erfindung ist, sondern eine Beschreibung von einem oder mehreren bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung. Die Erfindung ist nicht auf die hier offenbarten, bestimmten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern wird stattdessen ausschließlich durch die nachfolgenden Ansprüche definiert. Weiterhin beziehen sich in der vorstehenden Beschreibung enthaltene Feststellungen auf bestimmte Ausführungsbeispiele und sind nicht als Beschränkungen des Bereichs der Erfindung oder der Definition der in den Ansprüchen verwendeten Begriffe auszulegen, wobei eine Ausnahme besteht, wenn ein Begriff oder ein Ausdruck vorstehend ausdrücklich definiert ist. Verschiedene andere Ausführungsbeispiele und verschiedene Änderungen und Modifikationen der offenbarten Ausführungsbeispiele sind für den Fachmann offensichtlich. Alle derartigen Ausführungsbeispiele, Änderungen und Modifikation sind als in den Bereich der angefügten Ansprüche aufgenommen beabsichtigt.
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Die in dieser Beschreibung und den Ansprüchen verwendeten Begriffe „zum Beispiel”, „z. B.”, „beispielsweise”, „wie” und „so wie”, und die Verben „aufweisend”, „habend”, „enthaltend” und ihre anderen Verbformen, wenn sie in Verbindung mit einer Aufzählung von einer oder mehreren Komponenten oder anderen Gegenständen verwendet werden, sind jeweils als nicht abschließend auszulegen, was bedeutet, dass die Aufzählung nicht als andere, zusätzliche Komponenten oder Gegenstände ausschließend zu betrachten ist. Andere Begriffe sind in ihrer breitesten vernünftigen Bedeutung auszulegen, sofern sie nicht in einem Zusammenhang verwendet werden, der eine unterschiedliche Interpretation erfordert.
