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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ablösemechanismus für einen Hilfsrahmen eines Fahrzeugs.
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HINTERGRUND
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Befestigungen zwischen Fahrzeug-Hilfsrahmen und dem Boden müssen starr sein. Eine starre Befestigung zwischen dem Hilfsrahmen und dem Boden erfordert eine Befestigung an 4 bis 6 Punkten. Zur sicheren Fixierung dieser Bauteile kann ein Bolzen verwendet werden, der sich durch den Hilfsrahmen und den Boden erstreckt. Im Fall eines Aufpralls wird der Bolzen durch Interaktion zwischen Boden und Hilfsrahmen Scherkräften unterworfen. Beim Abscheren des Bolzens löst sich die Verbindung zwischen Boden und Hilfsrahmen, damit der Boden nicht beschädigt wird. Abscheren des Bolzens erfordert aber eine große Kraft, die je nach Größe des Fahrzeugs zwischen Fahrzeugen variieren kann. Der Boden und der Hilfsrahmen können auch Belastungen berücksichtigen, die auf das Fahrzeug aufgebracht werden, indem sie teilweises Ablösen zwischen Hilfsrahmen und Boden unter Verwendung von Schlitzkonfigurationen bereitstellen, um eine Verformung des Bolzens, des Bodens oder des Hilfsrahmens zu verhindern.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Eine Fahrzeug-Unterbodenstruktur umfasst einen Metallboden und einen Hilfsrahmen. Der Hilfsrahmen weist eine Verbundendverbindung auf, die mit einem Bolzen am Boden befestigt ist. Die Endverbindung definiert einen Kragen und eine verjüngte Kerbe, die dazu ausgelegt ist, den Bolzen als Reaktion auf eine relative Bewegung zwischen dem Hilfsrahmen und dem Boden gleitend aufzunehmen, um die Kerbe zu spalten und den Kragen vom Hilfsrahmen abzubrechen.
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Ein Fahrzeug weist einen Boden und einen Hilfsrahmen auf. Der Hilfsrahmen ist an einer Vielzahl von Befestigungspunkten durch Befestigungsmittel und eine Vielzahl von Endverbindungen am Boden befestigt. Die Vielzahl von Endverbindungen definieren jeweils eine Kerbe, die dazu ausgelegt ist, als Reaktion auf Aufprallkräfte auf den Hilfsrahmen, die eine relative Bewegung zwischen dem Hilfsrahmen und dem Boden verursachen, auf einem der Befestigungsmittel gespalten zu werden.
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Ein Hilfsrahmen für ein Fahrzeug umfasst eine Hilfsrahmenstruktur und eine hintere Endverbindung. Die hintere Endverbindung ist zur Befestigung am Boden über einen Bolzen auf der Hilfsrahmenstruktur geformt. Die hintere Endverbindung definiert eine Kerbe, die einen den Bolzen umgebenden Kragen aufweist. Die hintere Endverbindung ist so ausgelegt, dass die hintere Endverbindung bei einem Aufprall mit dem Bolzen zusammenwirkt, um den Kragen zu brechen, die Kerbe zu spalten und die Hilfsrahmenstruktur vom Boden zu lösen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Draufsicht auf eine Unterbodenstruktur eines Fahrzeugs;
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2 ist eine obere Ansicht einer hinteren Befestigung zwischen einem Boden und einem Hilfsrahmen für ein Fahrzeug; und
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3 bis 5 sind perspektivische Ansichten von Hilfsrahmenfüßen, die sich am Befestigungspunkt zwischen dem Hilfsrahmen und dem Boden bewegen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden hierin beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und dass andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Abbildungen sind nicht unbedingt maßstabsgerecht; einige Merkmale können übertrieben oder verkleinert dargestellt sein, um Einzelheiten bestimmter Bauteile zu zeigen. Deshalb sind bestimmte konstruktionelle und funktionale Einzelheiten, die hierin offenbart werden, nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage für die Unterrichtung eines Fachmanns, wie er die vorliegende Erfindung auf verschiedene Arten anwenden kann. Wie es für den gewöhnlichen Fachmann verständlich sein wird, können verschiedene Merkmale, die mit Bezug auf eine beliebige der Abbildungen gezeigt und beschrieben sind, mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Abbildungen gezeigt sind, um Ausführungsformen zu ergeben, die nicht ausdrücklich gezeigt oder beschrieben sind. Die gezeigten Kombinationen von Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen dar. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale entsprechend den Lehren dieser Offenbarung könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
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Bezugnehmend auf 1 wird eine Draufsicht auf ein Fahrzeug 10 mit einer Unterbodenstruktur 12 gezeigt. Die Unterbodenstruktur 12 weist einen Rahmen 14, einen Hilfsrahmen 16 und einen Boden 18 auf. Der Hilfsrahmen 16 wird durch eine hintere Endverbindung 20 am Boden 18 befestigt. Der Boden 18 ist mit einem Befestigungsmittel 24 am Hilfsrahmen 16 befestigt. In wenigstens einer Ausführungsform kann das Befestigungsmittel 24 ein Bolzen, eine Schraube oder ein Schaft sein, der bzw. die eine starre Befestigung zwischen dem Boden 18 und dem Hilfsrahmen 16 ermöglicht. Um das Befestigungsmittel 24 kann auch eine Buchse 25 verwendet werden, um Geräusche, Vibration und Rauigkeit zu reduzieren, die normalerweise während einer normalen Fahrt des Fahrzeugs auf den Hilfsrahmen 16 und den Boden 18 übertragen werden.
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Die starre Befestigung zwischen dem Hilfsrahmen 16 und dem Boden 18 ist notwendig, um die Lebensdauer des Fahrzeugs 10 zu gewährleisten. Im Fall eines Aufpralls mit dem Fahrzeug 10 kann die starre Befestigung der Unterbodenstruktur 12 aber ein Eindringen des Fußblechs durch den Boden 18 verursachen. Vollständiges Ablösen des Hilfsrahmens 16 vom Boden 18 im Fall eines Aufpralls kann ferner dazu beitragen, dass ein Eindringen des Fußblechs in den Boden 18 des Fahrzeugs 10 reduziert wird. Es kann vorteilhaft sein, die Starrheit während des normalen Fahrzeugbetriebs zwischen dem Hilfsrahmen 16 und dem Boden 18 der Unterbodenstruktur 12 aufrechtzuerhalten und eine vollständige Trennung zwischen dem Hilfsrahmen 16 und dem Boden 18 bereitzustellen. Die hintere Endverbindung 20 des Hilfsrahmens 16 kann aus einem Verbundwerkstoff, wie etwa Kohlenstofffaser bestehen. Die Verwendung einer hinteren Endverbindung 20 aus einem Verbundwerkstoff mit dem traditionellen Hilfsrahmen 16 aus Metall kann die notwendige Starrheit während des normalen Fahrzeugbetriebs aufrechterhalten und gleichzeitig für vollständiges Ablösen des Hilfsrahmens 16 vom Boden 18 im Fall eines Aufpralls sorgen. Die hintere Endverbindung 20 kann so konstruiert sein, dass die hintere Endverbindung 20 bei einem Aufprall bricht und den Hilfsrahmen 16 vom Boden 18 löst, wodurch ein Eindringen vom Hilfsrahmen 16 in den Boden 18 verhindert wird.
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2 zeigt das Ablösen des Hilfsrahmens 16 und des Bodens 18. Insbesondere ist die hintere Endverbindung 20 des Hilfsrahmens 16 durch Befestigungsmittel 24 am Boden 18 befestigt. Wie oben erwähnt, können die Befestigungsmittel 24 ferner Buchsen 25 aufweisen. Die hintere Endverbindung 20 des Hilfsrahmens 16 kann einen Kragen 26 aufweisen, der das Befestigungsmittel 24 und die Buchse 25 umgibt. Ebenso kann die hintere Endverbindung 20 des Hilfsrahmens 16 auch eine Kerbe 28 definieren. Die Kerbe 28 kann neben dem Kragen 26 geformt sein. Wie unten noch ausführlicher beschrieben werden wird, kann der Kragen 26 dahingehend ausgelegt sein, weitere Unterstützung zwischen dem Hilfsrahmen 16 und dem Boden 18 zu gestatten, und die Kerbe 28 kann dahingehend ausgelegt sein, das Befestigungsmittel 24 bei einem Aufprall mit dem Hilfsrahmen 16 aufzunehmen.
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Der Kragen 26 umgibt das Befestigungsmittel 24 und die Buchse 25. Der Kragen 26 schließt sich um das Befestigungsmittel 24 und die Buchse 25, um die Unterstützung für den Hilfsrahmen 16 zu erhöhen. Hinzufügen des Kragens 26 erhöht die zur Fixierung des Hilfsrahmens 16 am Boden 18 verwendete Materialmenge. Hinzufügen von Material zum Hilfsrahmen 16 erhöht die Lebensdauer des Hilfsrahmens 16 im normalen Fahrzeugbetrieb. Zur Bildung der hinteren Endverbindung 20 aus einem Verbundwerkstoff, wie etwa Kohlenstofffaser, muss der Kragen 26 beispielsweise eine längere Lebensdauer für den Hilfsrahmen 16 bereitstellen, um die Integrität des Hilfsrahmens 16 im normalen Fahrzeugbetrieb aufrechtzuerhalten. Der Kragen 26 kann im Wesentlichen bogenförmig sein und so geformt sein, dass er ein abgewinkeltes Ende 30 definiert. Das Ende 30 kann in Bezug auf den Boden 18 abgewinkelt sein. Beispielsweise kann der Boden 18 in einem Winkel geformt sein und das Ende 30 kann im Wesentlichen parallel zum Boden 18 sein.
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Ein Eindringen des Fußblechs erfolgt, wenn der Hilfsrahmen 16 auf den Boden 18 aufschlägt und den Boden 18 verformt. Wenn der Kragen 26 einen Winkel am Ende 30 aufweist, der im Wesentlichen parallel zum Boden 18 ist, kann ein Eindringen des Fußblechs im Wesentlichen reduziert werden, indem das Ende 30 des Kragens 26 gezwungen wird, im Fall eines Aufpralls unter den Boden 18 zu gleiten. Abschrägen des Endes 30 des Kragens 26 verringert wesentlich den Aufprall zwischen dem Hilfsrahmen 16 und dem Boden 18 und eliminiert im Wesentlichen eine Verformung des Bodens 18 aufgrund des Aufpralls mit dem Hilfsrahmen 16. Der Kragen 26 gestattet es dem Hilfsrahmen 16 daher, eine brüchige Endverbindung 20 bereitzustellen, während die Lebensdauer und Integrität des Hilfsrahmens 16 im normalen Fahrzeugbetrieb aufrechterhalten werden. Der Kragen 26 trägt zur Bewirkung der vollständigen Ablösung zwischen dem Hilfsrahmen 16 und dem Boden 18 im Fall eines Aufpralls bei.
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Die Kerbe 28 kann im Wesentlichen neben dem Kragen 26 geformt und auf der Endverbindung 20 definiert sein. Die Kerbe 28 kann mit einer im Wesentlichen verjüngten Konfiguration geformt sein. In der im Wesentlichen verjüngten Konfiguration der Kerbe 28 nimmt die Breite 32 der Kerbe 28 von einem ersten Ende 36 der Kerbe 28 zu einem zweiten Ende 38 der Kerbe 28 entlang der Länge 34 der Kerbe 28 vom Kragen 26 weg allmählich ab. Die Länge 34 der Kerbe 28 kann im Wesentlichen der Länge der hinteren Endverbindung 20 gleichen. In wenigstens einer anderen Ausführungsform kann die Kerbe 28 auch eine im Wesentlichen rechteckige Konfiguration definieren. Eine Breite 32 der Kerbe 28 ist kleiner als eine Breite des Befestigungsmittels 24. In der rechteckigen Konfiguration der Kerbe 28 kann die Breite 32 entlang der Länge 34 der Kerbe 28 gleichmäßig sein. Wie mit Bezug auf die anderen Figuren noch besprochen werden wird, dient die Kerbe 28 als Ablösemechanismus zum vollständigen Ablösen des Hilfsrahmens 16 vom Boden 18 bei einem Aufprall.
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Die Kerbe 28 kann dazu ausgelegt sein, vom Hilfsrahmen 16 absorbierte Energie im Fall eines Aufpralls abzuleiten. Wenn beispielsweise ein Aufprall auf den Hilfsrahmen 16 erfolgt, kann der Hilfsrahmen 16 in Bezug auf den Boden 18 gleiten. Die Kerbe 28 kann so konstruiert sein, dass die Kerbe 28 im Fall eines Aufpralls das Befestigungsmittel 24 gleitend aufnimmt. Die gleitende Aufnahme des Befestigungsmittels 24 gestattet es der Kerbe 28, die vom Hilfsrahmen 16 absorbierte Energie bei einem Aufprall auf den Hilfsrahmen 16 abzuleiten. Durch Weiterleitung der durch einen Aufprall absorbierten Energie wird die auf den Boden 18 übertragene Energie weiter reduziert. Die Kerbe 28 gestattet es dem Hilfsrahmen 16, sich auf kontrollierte und vorhersehbare Weise vollständig vom Boden 18 zu lösen, ohne den Boden 18 zu beschädigen. Ferner kann die Kerbe 28 dazu ausgelegt sein, ein kontrolliertes Ablösen des Hilfsrahmens 16 vom Boden 18 zu ermöglichen und dabei die Starrheit und Steifheit beizubehalten, die im normalen Fahrzeugbetrieb an der Endverbindung 20 benötigt werden.
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Die 3 bis 5 zeigen einen Aufprall mit dem Hilfsrahmen 16 und das Ablösen zwischen dem Hilfsrahmen 16 und dem Boden 18 unter Verwendung des Kragens 26 und der Kerbe 28. 3 zeigt den Hilfsrahmen 16, das Befestigungsmittel 24, den Kragen 26 und die Kerbe 28 unmittelbar nach einem Aufprall mit dem Hilfsrahmen 16. 4 zeigt den Hilfsrahmen 16, das Befestigungsmittel 24, den Kragen 26 und die Kerbe 28, wenn die Energie von dem Aufprall auf den Hilfsrahmen 16 übertragen und geladen wird. 5 zeigt das vollständige Ablösen des Hilfsrahmens 16 durch Verformung der Endverbindung 20, wenn die Endverbindung 20 die Aufprallenergie absorbiert. Die Verformung der Endverbindung 20 ermöglicht einen robusten und reproduzierbaren Ablösemechanismus zwischen dem Hilfsrahmen 16 und dem Boden 18, der eine brüchige Verbund-Endverbindung 20 ausnutzt.
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Wie in 3 zu sehen ist, bewegt sich nach einer anfänglichen Belastung des Hilfsrahmens 16 der Hilfsrahmen 16 so, dass die Kerbe 28 zum Befestigungsmittel 24 hin geleitet wird und der Kragen 26 beginnt, sich zu verformen. Während der Belastung des Hilfsrahmens 16 bewegt sich das Ende 30 des Kragens 26 zum Boden 18. Wie oben erwähnt, kann ein Eindringen des Fußblechs verringert werden, wenn das Ende 30 des Kragens 26 dazu ausgelegt ist, unter den Boden 18 zu gleiten. Wenn der Hilfsrahmen 16 belastet wird und sich die hintere Endverbindung 20 zum Boden 18 bewegt, wird die Buchse 25 einer Bruchdehnung unterworfen. Die Endverbindung 20 beginnt mit dem Kontakt mit dem Befestigungsmittel 24, wenn die Buchse 25 einer Bruchdehnung unterworfen wird. Wie oben erwähnt, kann die hintere Endverbindung 20 aus einem Verbundwerkstoff geformt sein, wie etwa Kohlenstofffaser. Das Befestigungsmittel 24 kann ein starres Material wie etwa Metall oder Stahl sein. Kontakt zwischen dem Befestigungsmittel 24 und der Endverbindung 20 verursacht eine Verformung der Endverbindung. Insbesondere bricht das Befestigungsmittel 24 den Kragen 26 ab und spaltet die Kerbe 28, um die von dem Aufprall mit dem Hilfsrahmen 16 stammende Energie zu absorbieren.
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4 zeigt die kontinuierliche Belastung des Hilfsrahmens 16 und die Verformung der Endverbindung 20 aufgrund des Kontakts mit dem Befestigungsmittel 24. Wenn sich der Hilfsrahmen 16 weiter bewegt und die hintere Endverbindung 20 in das Befestigungsmittel 24 eingreift, wird der Kragen 26 plastisch verformt und bricht. Der Kragen 26 ist dazu ausgelegt, sich aufgrund der Brüchigkeit des Verbund-Hilfsrahmens 16 vollständig von der hinteren Endverbindung 20 zu lösen. Nach der anfänglichen Belastung des Hilfsrahmens 16 und nachdem das Befestigungsmittel 24 zur Kerbe 28 geführt wird, reißt der Kragen 26 beispielsweise und beginnt, von der Endverbindung 20 abzubrechen. Brechen des Kragens 26 absorbiert die Aufprallenergie und es beginnt die Trennung zwischen dem Hilfsrahmen 16 und dem Boden 18. Der Kragen 26 kann so konstruiert sein, dass der Bruch kontrolliert erfolgt. Beispielsweise gestattet es das Design des Kragens 26, dass der Bruch Energie absorbiert und beginnt, das Befestigungsmittel 24 in die Kerbe 28 zu führen.
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Der Kragen 26 kann als Führung für das Befestigungsmittel 24 und die Kerbe 28 dienen und trägt dazu bei, eine vollständige Trennung des Hilfsrahmens 16 vom Boden 18 bereitzustellen. Der Kragen 26 fügt der hinteren Endverbindung 20 Material hinzu, um zusätzliche Unterstützung für die hintere Endverbindung 20 und reproduzierbare und vorhersagbare Frakturbereiche bereitzustellen. Die Menge an zusätzlichem Material des Kragens 26 kann beispielsweise auf Basis der Menge an von der Endverbindung 20 benötigter Unterstützung und der Richtung der Kerbe 28 optimiert werden. Dies gestattet kontrolliertes und reproduzierbares vollständiges Ablösen zwischen Hilfsrahmen 16 und Boden 18.
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5 zeigt das vollständige Ablösen des Hilfsrahmens 16 vom Boden 18, nachdem die Endverbindung 20 die Aufprallenergie absorbiert hat. Nach dem Brechen des Kragens 26 wird das Befestigungsmittel 24 in die Kerbe 28 geführt. Das Befestigungsmittel 24 verursacht eine Spaltkraft durch die Kerbe 28, wenn der Hilfsrahmen 16 weiter belastet wird. Wie oben erwähnt folgt die Kerbe 28 einer allgemein verjüngten Konfiguration. Das Befestigungsmittel 24 interagiert anfänglich mit der Kerbe 28 am breitesten Abschnitt der Kerbe 28. Die Interaktion zwischen der Kerbe 28 und dem Befestigungsmittel 24 spaltet die Kerbe 28 senkrecht zum Befestigungsmittel 24.
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Die durch die Interaktion zwischen dem Befestigungsmittel 24 und der Kerbe 28 verursachte Spaltkraft unterstützt die Ableitung der Energie von einem Aufprallereignis weiter. Wenn der Hilfsrahmen 16 belastet wird und das Befestigungsmittel 24 weiter mit der Kerbe 28 interagiert, wird daher aufgrund der verjüngten Konfiguration der Kerbe 28 mehr Energie abgeleitet. Da die Verjüngung der Kerbe 28 die Kerbe 28 allmählich schmäler macht, bringt das Befestigungsmittel 24 mehr Spaltkraft durch die Kerbe 28 auf die hintere Endverbindung 20 auf. Je mehr Spaltkraft zum Spalten der Kerbe 28 benötigt wird, desto mehr Energie wird von der hinteren Endverbindung 20 absorbiert. Die Abmessungen der Kerbe 28 können zur weiteren Ableitung der Aufprallenergie optimiert werden. Die Abmessungen der Kerbe 28 gestatten die Absorption von Energie, die von Aufprällen verschiedener Größenordnungen stammt, durch die hintere Endverbindung 20. Die Zunahme der Spaltkraft aufgrund der verjüngten Konfiguration der Kerbe 28 verursacht eine kombinierte Spannungs- und Biegebelastung der Kerbe 28 und vollständiges Ablösen des Hilfsrahmens 16. Vollständiges Ablösen des Hilfsrahmens 16 vom Boden 18 verhindert, dass die Aufprallenergie durch den Hilfsrahmen 16 auf den Boden 18 übertragen wird.
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Obwohl oben beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurden, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle von den Ansprüchen umfassten möglichen Formen beschreiben sollen. Die in der Spezifikation verwendeten Wörter sind beschreibende und nicht einschränkende Wörter und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen möglich sind, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie bereits beschrieben können die Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen zur Bildung weiterer Ausführungsformen der Erfindung, die nicht ausdrücklich beschrieben oder gezeigt sind, kombiniert werden. Während verschiedene Ausführungsformen beschrieben worden sein könnten, die Vorteile bieten oder gegenüber anderen Ausführungsformen oder Implementierungen des Standes der Technik in Bezug auf eine oder mehrere erwünschte Eigenschaften bevorzugt sind, erkannt der Fachmann auf dem Gebiet, dass auf eines oder mehrere Merkmale oder Eigenschaften verzichtet werden kann, um die erwünschten Gesamtsystemattribute zu erreichen, die von der speziellen Anwendung und Implementierung abhängen. Diese Attribute können Kosten, Festigkeit, Haltbarkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Aussehen, Packung, Größe, Servicefreundlichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Montagefreundlichkeit usw. umfassen, ohne aber darauf beschränkt zu sein. Somit liegen Ausführungsformen, die mit Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Implementierungen des Standes der Technik beschrieben wurden, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
