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Die Erfindung betrifft ein Thermostatventil mit einem Gehäuseteil aus Kunststoff und einem Deckelteil aus Kunststoff, die miteinander verschweißt sind, wobei das Gehäuseteil und das Deckelteil einen Ventilraum mit einem Schieberventil an einem ersten Ende und einem Tellerventil am gegenüberliegenden zweiten Ende einschließen, wobei das Tellerventil und das Schieberventil jeweils an einem Ende einer thermostatischen Arbeitseinheit ausgebildet sind, wobei das Gehäuseteil einen seitlich aus dem Ventilraum abgehenden Auslasskanal aufweist, wobei der Ventilraum über das Schieberventil mit einem ersten Einlasskanal am Gehäuseteil gekoppelt ist und der Ventilraum über das Tellerventil mit einem zweiten Einlasskanal am Deckelteil gekoppelt ist, und wobei das Schieberventil einen Öffnungsquerschnitt aufweist, der durch ein Spaltmaß definiert ist, das durch die Einbaulage des Deckelteils relativ zum Gehäuseteil festgelegt ist.
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Derartige Thermostatventile sind durch Benutzung bekannt geworden und dienen zur Regelung des Kühlkreislaufes von Verbrennungskraftmaschinen. Hierbei wird durch die Stellung der thermostatischen Arbeitseinheit die Aufteilung der über die beiden Einlasskanäle zugeführten Kühlflüssigkeitsströme festgelegt.
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Bei neueren Anwendungen, wie etwa für die Regelung des Kühlkreislaufes für die elektrischen Komponenten für Hybridfahrzeuge, werden erhöhte Anforderungen an die Regelgenauigkeit und die Öffnungstemperatur des Thermostatventils gestellt. Der freie Öffnungsquerschnitt des Schieberventils hat bei Beginn in der Regelung einen entscheidenden Einfluss auf die Mischung zwischen dem ersten und dem zweiten Einlasskanal und damit auf die Temperaturregelung im Gesamtsystem. Das Spaltmaß, das den Öffnungsquerschnitt des Schieberventils festlegt, ergibt sich hierbei infolge einer Reihe von Fertigungs- und Montagetoleranzen mit großen Schwankungen. Insbesondere bei kleinen zu regelnden Volumenströmen in Verbindung mit hohen Anforderungen an die Regelgüte des Thermostatventils können die unterschiedlichen Spaltmaße zu einer großen Streuung der Kühlwassertemperaturen führen.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Thermostatventil anzugeben, das eine hohe Regelgenauigkeit insbesondere auch bei kleinen Volumenströmen erlaubt und das vorzugsweise ein kleine Leckage bei geschlossenen Einlasskanälen gewährleistet.
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Ferner soll ein Verfahren zum Herstellen eines Thermostatventils der eingangs genannten Art angegeben werden, mit dem ein Thermostatventil mit einer hohen Regelgenauigkeit insbesondere auch bei kleinen Volumenströmen erhalten wird. Hierbei soll eine möglichst präzise Einhaltung des Spaltmaßes erreichbar sein.
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Diese Aufgabe wird durch ein Thermostatventil, mit einem Gehäuseteil aus Kunststoff und einem Deckelteil aus Kunststoff gelöst, die miteinander verschweißt sind, wobei das Gehäuseteil und das Deckelteil einen Ventilraum mit einem Schieberventil an einem ersten Ende und einem Tellerventil am gegenüberliegenden zweiten Ende einschließen, wobei das Tellerventil und das Schieberventil jeweils an einem Ende einer thermostatischen Arbeitseinheit ausgebildet sind, wobei das Gehäuseteil einen seitlich aus dem Ventilraum abgehenden Auslasskanal aufweist, wobei der Ventilraum über das Schieberventil mit einem ersten Einlasskanal am Gehäuseteil gekoppelt ist und der Ventilraum über das Tellerventil mit einem zweiten Einlasskanal am Deckelteil gekoppelt ist, wobei das Schieberventil einen Öffnungsquerschnitt aufweist, der durch ein Spaltmaß definiert ist, das durch die Einbaulage des Deckelteils relativ zum Gehäuseteil festgelegt ist, und wobei das Gehäuseteil und das Deckelteil über eine Schweißnaht derart miteinander verbunden sind, dass das Spaltmaß auf ein vorbestimmtes Spaltmaß eingestellt ist, und dass ein Ringspalt zwischen dem Gehäuseteil und dem Deckelteil besteht.
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Das Spaltmaß für den Öffnungsquerschnitt des Schieberventils wird bei dem erfindungsgemäßen Thermostatventil präzise dadurch eingehalten, dass das Gehäuseteil und das Deckelteil über die Schweißnaht in einer solchen Position verbunden sind, dass das vorbestimmte Spaltmaß eingestellt ist. Dabei verbleibt ein Ringspalt zwischen Gehäuseteil und Deckelteil, da die beiden Teile nicht auf Anschlag miteinander gefügt werden, sondern deren Abstand in Abhängigkeit vom Spaltmaß eingestellt wird.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäße Einstellung eines vorgegeben Spaltmaßes natürlich unabhängig von der Strömungsrichtung des Fluids durch das Thermostatventil ist. Wenn also im Zuge dieser Anmeldung von einem Auslasskanal und zwei Einlasskanälen die Rede ist, so könnte das Ventil auch mit umgekehrter Strömungsrichtung arbeiten, d.h. der Auslasskanal könnte als Einlasskanal arbeiten und die beiden Einlasskanäle könnten als Auslasskanäle arbeiten.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Schieberventil einen mit einer Wand des Ventilraums abdichtenden Schieber auf, der in einem Bypassbereich seitlich umströmbar ist, wobei der Bypassbereich einen Öffnungsquerschnitt aufweist, der durch einen in der Offenstellung des Schieberventils bestehenden Spalt zur Wand des Ventilraums definiert ist, der durch das Spaltmaß festgelegt ist.
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Auf diese Weise ergibt sich ein präzise arbeitendes Thermostatventil mit einer hohen Regelgüte, das insbesondere auch bei kleinen Volumenströmen präzise arbeitet.
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Die thermostatische Arbeitseinheit weist hierbei vorzugsweise einen Hohlraum auf, der einen Dehnstoff, vorzugsweise eine Wachsmischung, enthält, wobei am ersten Ende des Hohlraums der Schieber ausgebildet ist und an dessen zweitem Ende ein Ventilteller des Tellerventils ausgebildet ist, und wobei ein Arbeitskolben aus dem Hohlraum mittels des Dehnstoffs bei Temperaturerhöhung auf der Seite des Tellerventils austreibbar ist.
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Der Hohlraum ist hierbei vorzugsweise von einer fest mit dem Schieber verbundenen Hülse gebildet, die gegen eine Kappe abgedichtet ist, wobei an einem Bördelrand der Hülse der Ventilteller ausgebildet ist, und wobei der Arbeitskolben aus der Kappe nach außen hervorsteht.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Schieber mittels eines Dichtungsrings, vorzugsweise in Form eines O-Rings, gegen die Wand des Schließbereichs abgedichtet.
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Durch diese Maßnahmen ist ein einfacher und zuverlässiger Aufbau des Thermostatventils bei einer hohen Regelgüte gewährleistet.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung weist das Gehäuseteil auf einer Seite eine von einer umlaufenden Wand umschlossene Ausnehmung auf, in die das Deckelteil mit einem zugeordneten Vorsprung eingreift und mit der Wand über die Schweißnaht verbunden ist.
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Auf diese Weise ist ein einfacher Aufbau und eine einfache Montage des Deckelteils am Gehäuseteil in einer solchen Lage gewährleistet, dass eine präzise Einhaltung des vorbestimmten Spaltmaßes erreicht ist.
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Die Aufgabe der Erfindung wird ferner durch ein Verfahren zum Herstellen eines Thermostatventils mit den folgenden Schritten gelöst:
- – Bereitstellen eines Gehäuseteils aus Kunststoff mit einem Ventilraum, an dem an einem ersten Ende ein erster Einlasskanal mündet, der über ein Schieberventil verschließbar ist, wobei am Gehäuseteil ein Auslasskanal vorgesehen ist, der seitlich vom Ventilraum abgeht;
- – Bereitstellen eines Deckelteils aus Kunststoff zum Verschließen eines gegenüberliegenden zweiten Endes des Ventilraums und zum Verbinden des zweiten Endes des Ventilraums mit einem zweiten Einlasskanal, der über ein Tellerventil verschließbar ist;
- – Bereitstellen einer thermostatischen Arbeitseinheit, an deren ersten Ende ein Schieber des Schieberventils und an deren zweiten Ende ein Ventilteller des Tellerventils ausgebildet ist;
- – Einsetzen der thermostatischen Arbeitseinheit in den Ventilraum, derart, dass der Ventilteller mit einem Ventilsitz am Deckelteil zusammenwirkt und der Schieber mit einer Wand des Ventilraums zusammenwirkt, wobei ein Öffnungsquerschnitt des Schieberventils durch ein Spaltmaß definiert ist, das durch die Einbaulage des Deckelteils relativ zum Gehäuseteil festgelegt ist;
- – Aufsetzen des Deckelteils auf die thermostatische Arbeitseinheit; und
- – Verschweißen des Deckelteils mit dem Gehäuseteil in einer derartigen Position relativ zum Gehäuseteil, dass das Spaltmaß auf ein vorbestimmtes Spaltmaß eingestellt ist.
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Auch auf diese Weise wird die Aufgabe der Erfindung vollkommen gelöst.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann das Spaltmaß des Schieberventils präzise eingehalten werden. Die durch im Wesentlichen Toleranzschwankungen bei der Fertigung der einzelnen Elemente des Thermostatventils bedingten Längenunterschiede, die infolge der Toleranzkette bei herkömmlichen Fertigungs- und Montageverfahren zu einer großen Variation des Spaltmaßes führen, werden auf diese Weise vollkommen vermieden. Erfindungsgemäß werden das Deckelteil und das Gehäuseteil in einem derartigen Abstand zueinander verschweißt, dass das Spaltmaß präzise eingestellt wird.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Gehäuseteil an einem Ende eine von einer umlaufenden Wand umschlossene Ausnehmung auf, in die das Deckelteil mit einem zugeordneten Vorsprung eingesetzt wird und die Verschweißung mit der Wand des Gehäuseteils erfolgt, wobei das Deckelteil während des Schweißvorgangs in Richtung auf das Gehäuseteil vorgespannt wird und im Laufe des Schweißvorgangs in Richtung auf das Gehäuseteil bewegt wird.
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Auf diese Weise kann der Schweißvorgang beendet werden, sobald das gewünschte Spaltmaß eingestellt ist.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Verschweißen mittels eines Ultraschallschweißverfahrens.
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Ein derartiges Schweißverfahren ist besonders geeignet, um eine zuverlässige Verschweißung zwischen Gehäuseteil und Deckelteil zu ermöglichen und gleichzeitig die Möglichkeit zu schaffen, dass das Deckelteil während des Schweißvorgangs solange in Bezug auf das Gehäuseteil bewegt werden kann, bis sich das gewünschte Spaltmaß eingestellt hat.
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Gemäß einer ersten Variante wird hierbei während des Schweißvorgangs das Spaltmaß überwacht, und das Deckelteil während des Schweißvorgangs solange in Richtung auf das Gehäuseteil bewegt, bis das gewünschte Spaltmaß erreicht ist.
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Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung wird das Spaltmaß vor Beginn des Schweißvorgangs gemessen, während des Schweißvorgangs ein Vorschub des Deckelteils in Richtung auf das Gehäuseteil überwacht und der Schweißvorgang beendet, wenn das gewünschte Spaltmaß erreicht ist.
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Mit beiden Varianten kann eine präzise Einhaltung des vorbestimmten Spaltmaßes gewährleistet werden.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Thermostatventil und
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2 einen weiteren Längsschnitt durch das Thermostatventil gemäß 1, jedoch in einer anderen Schnittebene.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßes Thermostatventil im Längsschnitt dargestellt und insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnet.
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Das Thermostatventil 10 weist ein Gehäuseteil 12 auf, das mit einem Deckelteil 14 verschweißt ist. Ein Auslasskanal 16 geht seitlich von einem im Wesentlichen zylindrischen Ventilraum 26 des Gehäuseteils 12 ab. Der Ventilraum 26 ist an seinem ersten Ende mit einem ersten Einlasskanal 18 über ein Schieberventil 22 gekoppelt und ist an seinem gegenüberliegenden zweiten Ende über ein Tellerventil 34 mit einem zweiten Einlasskanal 20 gekoppelt, der im Deckelteil 14 ausgebildet ist.
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Das Deckelteil 14 ist mit einem im Wesentlichen zylinderförmigen Vorsprung 46 in eine zugeordnete Ausnehmung 49 des Gehäuseteils 12 eingesetzt und mit einer umlaufenden Wand 50 des Gehäuseteils 12 über eine Ringschweißnaht 52 dichtend verbunden.
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Im Gehäuseteil 12 befinden sich auf Höhe des Schieberventils 22 mindestens drei Stege 21 (2). Die Stege 21 dienen zur radialen Führung des Schieberventils 22. Der Freiraum zwischen den Stegen 21 kann in Offenstellung des Schieberventils 22 überströmt werden.
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Im Ventilraum 26 ist eine thermostatische Arbeitseinheit 38 mit einer Hülse 40 und einer damit verbundenen Kappe 42 gehalten. Das Tellerventil 34 ist an der Außenoberfläche der Kappe 42 ausgebildet ist, die mit einem zugeordneten Ventilsitz 36 am Deckelteil 14 zusammenwirkt. Aus der Kappe 42 ist ein Arbeitskolben 44 unter der Wirkung eines in der Arbeitseinheit 38 aufgenommenen Dehnstoffs nach außen ausfahrbar und stützt sich in der Stützrippe 45 des Deckelteils 14 ab. An dem der Kappe 42 gegenüberliegenden Ende der Arbeitseinheit 38 ist ein Schieber 23 des Schieberventils 22 befestigt. Zwischen der Kappe 42 und den Stegen 21 ist eine Druckfeder 32 in Form einer Schraubenfeder eingeschlossen, durch die das Arbeitselement 38 in Schließrichtung zum Schließen des Tellerventils 34 vorgespannt ist.
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Der Schieber 23 weist einen Dichtungsring 25 in Form eines O-Rings auf, mittels dessen der Schieber 23 gegen eine Wand 27 des Schließbereichs 30 abgedichtet ist. In der in 1 gezeigten Offenstellung des Schieberventils 22 ist der Schieber 23 in einem Bypassbereich 28 an einem Spalt seitlich umströmbar. An den Bypassbereich 28 schließt sich ein zylindrischer Schließbereich 30 an, in dem der Schieber 23 mit der Wand 27 abdichtet, so dass der Durchlass vom ersten Einlasskanal 18 vollständig verschlossen ist, wenn sich der Schieber 23 in einer mit der Wand 27 des Schließbereiches 30 fluchtenden Schließstellung befindet.
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Der Öffnungsquerschnitt des Schieberventils 22 ist hierbei durch das Spaltmaß s festgelegt, das durch den Abstand zwischen der Stirnfläche des Schiebers 23 und dem Beginn der Wand 27 im Schließbereich 30 in der Offenstellung des Schieberventils 22 definiert ist. Der Öffnungsquerschnitt des Schieberventils 22 ist somit durch das Spaltmaß s definiert.
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Das Thermostatventil 10 kann z.B. zur Regelung des Kühlwasserkreislaufes bei einer Verbrennungskraftmaschine verwendet werden. Hierbei könnte der Auslasskanal 16 mit der Wasserpumpe gekoppelt sein, wobei der zweite Einlasskanal 20 etwa mit dem Kühler verbunden sein könnte und der erste Einlasskanal 18 mit einem zweiten Einlass (z.B. Kurzschluss bzw. Bypass für den heißen Zustand) verbunden sein kann. Im kalten Zustand der Verbrennungskraftmaschine ergibt sich dann die in 1 gezeichnete Stellung, in der der zweite Einlasskanal 20 vollständig durch das Tellerventil 34 verschlossen ist, während der erste Einlasskanal 18 über den Öffnungsquerschnitt des Schieberventils 22 im Bypassbereich 28 mit dem Auslasskanal 16 in Verbindung steht. Das Kühlmittel strömt also somit über den Einlasskanal 18 und den Bypassbereich 28 des Schieberventils 22 in den Auslasskanal 16. Erwärmt sich nun das Kühlmittel, so fährt der Arbeitskolben 44 aus der Arbeitseinheit 38 nach außen aus, wodurch sich ein Spalt am Tellerventil 34 zum zugeordneten Ventilsitz 36 ergibt. Gleichzeitig wird der Schieber 23 in Richtung auf den Schließbereich 30 verfahren, so dass sich der Öffnungsquerschnitt des Schieberventils 22 verkleinert, bis der Bypassbereich 28 vollständig durch den Schieber 23 verschlossen ist und der Schieber 23 mit der Wand 27 des Schließbereiches 30 abdichtet.
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Der Aufbau des Thermostatventils 10, insbesondere im Bereich der thermostatischen Arbeitseinheit 38, ist aus 2 näher zu ersehen, die einen Längsschnitt durch das Thermostatventil 10 in einer anderen Schnittebene zeigt.
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Hieraus ist ersichtlich, dass die thermostatische Arbeitseinheit 38 aus einer Hülse 40 im unteren Bereich und einer Kappe 42 im oberen Bereich zusammengesetzt ist. Zwischen Kappe 42 und Hülse 40 ist ein Hohlraum 54 eingeschlossen, der mit einem Dehnstoff in Form einer Wachsmischung gefüllt ist. Im Hohlraum 54 ist ein Arbeitskolben 44 gehalten und an der Kappe 42 mittels einer Membran oder dergleichen abgedichtet. Erhöht sich die Temperatur, so dehnt sich der Dehnstoff aus und der Arbeitskolben 44 wird nach außen ausgefahren. Der Arbeitskolben 44 stützt sich hierbei an der Stützrippe 45 am Deckelteil 14 ab, so dass die Kappe 42 nach unten verschoben wird und somit ein Spalt zwischen der Kappe 42 dem Ventilsitz 36 am Deckelteil 14 entsteht. Die Arbeitseinheit 38 wird somit vom Ventilsitz 36 aus nach unten in Richtung auf den ersten Einlasskanal 18 verschoben, so dass der Bypassbereich 28 zwischen dem Schieber 23 und der Wand 27 allmählich verschlossen wird. Gleichzeitig wird das Tellerventil 34 durch die Vergrößerung des Spaltes zwischen Kappe 42 und Ventilsitz 36 geöffnet.
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Um ein genaues Spaltmaß s sicherzustellen, wird bei der Montage des Thermostatventils 10 wie folgt vorgegangen:
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Zunächst wird die thermostatische Arbeitseinheit 38 in den Ventilraum 26 eingesetzt. Dann wird das Deckelteil 14 mit seinem Vorsprung 46 in die Ausnehmung 49 des Gehäuseteils 12 eingesetzt, so dass der Arbeitskolben 44 in der Ausnehmung 45 des Deckelteils 14 liegt und die Ventilkappe 42 unmittelbar am Ventilsitz 36 des Deckelteils 14 anliegt, so dass sich die Offenstellung gemäß 1 ergibt. Nunmehr wird mittels eines geeigneten Verfahrens, z.B. mittels Ultraschallschweißen, Reibschweißen o.ä. die Wand 50 im Bereich des Vorsprungs 46 erhitzt und gleichzeitig das Deckelteil 14 in Richtung auf das Gehäuseteil 12 vorgeschoben.
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Zusätzlich wird die Größe des Spaltmaßes s überwacht, z.B. mittels einer Laser-Messeinheit. Sobald die Wand 50 im Bereich der Schweißnaht 52 ausreichend aufgeschmolzen ist, bewegt sich das Deckelteil 14 unter Wirkung der Vorspannung in Richtung auf das Gehäuseteil 12. Das Spaltmaß s wird somit kleiner. Sobald das vorbestimmte Spaltmaß s erreicht ist, wird die Schweißung beendet und der Vorschub des Deckelteils 14 in Richtung auf das Gehäuseteil angehalten.
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Auf diese Weise ist durch die so gesetzte Schweißnaht 52 das Spaltmaß s genau auf das vorbestimmte Spaltmaß eingestellt. Dabei verbleibt ein Ringspalt 48 zwischen dem Gehäuseteil 12 und dem Deckelteil 14.
