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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ankoppeln einer Steuerdose an einen Turbolader, insbesondere mit einem Verschweißen eines Kopplungsbolzens des Turboladers mit einer Stellstange der Steuerdose. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Schweißverbindung des Kopplungsbolzens mit der Stellstange, einen Turbolader hergestellt nach einem solchen Verfahren, der eine derartige Schweißverbindung aufweist, sowie ein Qualitätsüberwachungssystem zur Überwachung der Qualität einer solchen Schweißverbindung.
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Ein Turbolader dient der Leistungssteigerung von Kolbenmotoren. Die Abgasturbine treibt den Verdichter an und erhöht den Luftdurchsatz des Kolbens. Der Turbolader bezieht seine Energie aus dem Restdruck der Abgase. Turbolader können den Druck und die Bewegungsenergie der Abgase nutzen, um einen höheren Arbeitsdruck bei gleicher Temperatur im Zylinder aufzubauen.
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Bei nicht aufgeladenen Kolbenmotoren erzeugen die Kolben einen Unterdruck im Ansaugtrakt des Motors, in welchen die unter Atmosphärendruck stehende Luft einströmt. Mit wachsender Drehzahl reicht dieser Unterdruck jedoch nicht mehr aus, um die maximal mögliche Menge Luft bzw. Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Verbrennungsraum des Motors zu befördern, so dass die erreichbare Leistung des Motors begrenzt wird. Maßnahmen, um dem entgegenzuwirken können die Vergrößerung des Ansaugquerschnitts an seiner engsten Stelle, der Ventilöffnung, sein. Die Ventilöffnung kann dort beispielsweise durch ein zweites Ventil vergrößert werden. Um den Zylindern mehr Verbrennungsluft bereitzustellen können diese auch mit Überdruck befüllt werden. Dazu dient die Aufladung der Zylinder mittels Turbolader.
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1 zeigt eine Darstellung eines herkömmlichen Turboladers 100 mit einem Turbinengehäuse 101, in dem ein Ventil 106 angebracht ist, über das dem Turbolader 100 mehr Luft zugeführt werden kann. Der Ventilmechanismus wird über eine Steuerdose 102 angesteuert. An der Steuerdose 102 ist eine Steuerstange 103 befestigt, welche ansprechend auf ein Steuersignal, insbesondere Druckluft mit einem Überdruck oder einem Unterdruck, axial ausgelenkt wird. Aufgrund der Auslenkung betätigt die Steuerstange 103 einen Hebel 107, der das Ventil 106 weiter öffnet oder schließt. Beispielsweise kann eine Auslenkung der Stellstange 103 in Richtung auf die Steuerdose 102 eine stärkere Öffnung des Ventils 106 und eine Auslenkung in entgegengesetzter Richtung eine stärkere Schließung des Ventils 106 bewirken. Selbstverständlich ist auch eine umgekehrte Steuercharakteristik vorstellbar, also, dass bei Auslenkung der Stellstange 103 in Richtung der Steuerdose 102 eine geringere Öffnung des Ventils 106 erreicht wird. Der Hebel 107 ist über einen Kopplungsbolzen 104 mit der Stellstange 103 verbunden, der die Kraft von der Stellstange 103 der Steuerdose 102 über den Hebel 107 zum Ventil 106 leitet. Kopplungsbolzen 104 und Stellstange 103 sind mittels einer Schraubverbindung 105 miteinander verbunden.
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Sowohl die Montage des Hebels 107 über den Kopplungsbolzen 104 an die Stellstange 103 mittels der Schraubverbindung 105 als auch die Einstellung der Steuerdose 102 über die Justierung der Schraubverbindung 105 ist sehr aufwendig. So muss im Servicefall eine ausgewechselte Steuerdose am Turbolader erneut justiert werden. Außerdem kann nachträglich die Einstellung verändert werden, so dass beispielsweise ein Inhaber eines Kraftfahrzeugs eine Veränderung an der Turboladereinstellung vornehmen kann mit dem Ziel, eine Leistungssteigerung zu erreichen, die jedoch den Motor überbeanspruchen könnte.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Ankopplung der Steuerdose an den Turbolader sicherer zu gestalten.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Ankoppeln einer Steuerdose an einen Turbolader, mit den Schritten: Montieren einer Stellstange an ein Stellglied der Steuerdose; Festlegen einer Kopplungsstelle an einem offenen Ende der Stellstange in Bezug auf eine Basisplatte der Steuerdose; Ansteuern der Steuerdose bis die Kopplungsstelle an dem offenen Ende der Stellstange zu der Basisplatte der Steuerdose einen vorgegebenen Abstand einnimmt; und Verschweißen eines Kopplungsbolzens zum Ankoppeln der Stellstange an den Turbolader mit der Stellstange an der Kopplungsstelle in dem vorgegebenen Abstand.
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Ein solches Verfahren macht die Montage der Steuerdosen an den Turbolader sicherer, denn ein einmal eingestellter Abstand von der Basisplatte der Stellstange bis zur Kopplungsstelle, an der der Kopplungsbolzen angebracht wird, kann aufgrund des Verschweißens des Kopplungsbolzens mit der Stellstange nicht mehr im Nachhinein verändert werden. Damit ist es dem Inhaber eines Kraftfahrzeugs nicht mehr möglich, eine Veränderung an der Turboladereinstellung zwecks Leistungssteigerung vorzunehmen und damit den Motor außerhalb des erlaubten Bereichs zu beanspruchen. Auch können die Abgaswerte nicht nachteilig verändert werden, insbesondre nicht so, dass eine sogenannte Abgasnorm nicht erfüllt ist. Der Servicetechniker kann ein Auswechseln der Steuerdose und/oder des Turboladers leichter und sicherer vornehmen, da die gesamte Schweißverbindung aus Kopplungsbolzen und Stellstange als eine Einheit ausgebaut werden kann und nach Auswechseln der Steuerdose mit exakt der gleichen Einstellung, d.h. demselben Abstand zwischen Basisplatte der Steuerdose und Kopplungsbolzen, wieder eingebaut werden kann. Die Basisplatte ist insbesondere zumindest teilweise gebildet durch und/oder umfasst von einem Gehäuseboden der Steuerdose. Bei dem Stellglied handelt es sich insbesondere um eine Membran, einen Membranteller und/oder zumindest ein mit einem Membranteller und/oder einer Membran in Wirkverbindung stehendes Element.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner: Formen, insbesondere durch Plätten, einer zumindest teilweise ebenen Oberfläche in axialer Richtung an der Kopplungsstelle der Stellstange. Dies hat den Vorteil, dass das Verschweißen der Stellstange mit dem Kopplungsbolzen auf einer ebenen Oberfläche der Stellstange leichter möglich ist. Die damit erzielte Schweißverbindung ist dauerhafter und von höherer Qualität.
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Gemäß einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens wird die Stellstange an dem Stellglied der Steuerdose vor oder nach dem Formen der zumindest teilweise ebenen Oberfläche an der Stellstange montiert. Dies hat den Vorteil, dass das Festlegen der Kopplungsstelle an dem offenen Ende der Stellstange in Bezug auf die Basisplatte der Steuerdose präziser ausführbar ist, da ansonsten bei nicht montierter Stellstange noch kein Bezugskoordinatensystem zur Steuerdose vorliegt.
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Gemäß einer dritten Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Ansteuern der Steuerdose das Zuführen und/oder Abführen, vorzugsweise Einleiten oder Ableiten eines Fluids, insbesondere pneumatischen Fluids, wie Druckluft, vorzugsweise unter Überdruck oder Unterdruck, in die bzw. aus der Steuerdose. Dies hat den Vorteil, dass die Steuerdose sehr genau justiert werden kann und damit der vorgegebene Abstand präzise eingehalten werden kann. Da der vorgegebene Abstand von der Basisplatte der Steuerdose bis zur Kopplungsstelle den Hebelarm vorgibt, mit dem das Ventil zum Öffnen bzw. Schließen des Turboladers angesteuert wird, ist eine präzise Justierung dieses Abstands verantwortlich für eine präzise Arbeitsweise des Turbolader-Ventils.
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Gemäß einer vierten Ausführungsform des Verfahrens basiert das Festlegen der Kopplungsstelle auf einer Typenlänge der Stellstange. Dies hat den Vorteil, dass mit dem Verfahren Steuerdosen an Turbolader gekoppelt werden können, die in verschiedenen Fahrzeugen Verwendung finden. Die Typenlänge der Stellstange gibt den Typ von Motor bzw. Turbolader an, für den die Stellstange geeignet ist. So kann beispielsweise die gleiche Steuerdose in verschiedenen Fahrzeugen eingesetzt werden, wenn die Länge der Stellstange je nach Typ des Fahrzeugs unterschiedlich gewählt wird. Damit ist das Verfahren bei einer Vielzahl unterschiedlicher Fahrzeuge einsetzbar und führt zu einer Senkung der Produktionskosten.
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Gemäß einer fünften Ausführungsform des Verfahrens basiert der vorgegebene Abstand der Kopplungsstelle der Stellstange zu der Basisplatte der Steuerdose auf einer vorgegebenen Einstellung des Turboladers. Dies hat den Vorteil, dass die vorgegebene Einstellung des Turboladers, beispielsweise eine maximale und/oder minimale Öffnung der Ventilklappe und eine damit erzielbare Leistungssteigerung und/oder vorbestimmte Abgaswerte präzise eingehalten werden kann, so dass genaue Fertigungstoleranzen im Produktionsprozess gewährleistet werden können.
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Gemäß einer sechsten Ausführungsform des Verfahrens umfasst der vorgegebene Abstand der Kopplungsstelle der Stellstange zu der Basisplatte der Steuerdose einen vorgegebenen Toleranzbereich. Dies hat den Vorteil, dass ein Toleranzausgleich zwischen Turbolader und Steuerdose möglich ist, was den Fertigungsprozess vereinfacht.
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Gemäß einer siebenten Ausführungsform des Verfahrens weist der Kopplungsbolzen an einer zu verschweißenden Oberfläche eine, insbesondere zumindest teilweise umlaufende, Erhebung auf. Die umlaufende Erhebung hat den Vorteil, dass beim Schweißen der Kontakt mit der Kopplungsstelle über die Erhebung erfolgt, so dass ein Materialabtrag vom Material dieser Erhebung erfolgt. Damit kommt es zu keinen Unregelmäßigkeiten der Schweißstelle, diese ist gleichmäßig und von hoher Qualität.
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Gemäß einer achten Ausführungsform des Verfahrens weist die zu verschweißende Oberfläche des Kopplungsbolzens neben der, insbesondere zumindest teilweise umlaufenden, Erhebung eine, vorzugsweise zumindest teilweise umlaufende, Vertiefung auf. Dies hat den Vorteil, dass das von der Erhebung beim Schweißen abgetragene Material sich in der Vertiefung sammeln kann, so dass die Schweißstelle gleichmäßig ausgeformt ist und eine hohe Bruchfestigkeit aufweist.
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Gemäß einer neunten Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verschweißen ein Kondensatorschweißen. Dies hat den Vorteil, dass der Schweißvorgang über die Aufladung des Kondensators sehr genau gesteuert werden kann und alle Schweißverbindungen von der gleichen hochwertigen Qualität sind. Außerdem bietet dieses Schweißverfahren den Vorteil eines geringeren Wärmeeintrags in die verschweißten Elemente. So wird auch ein partieller Wärmeeintrag erreicht und Vorschädigungen angrenzender Bauteile und/oder Veränderungen der Grundeigenschaften der Materialien vermieden.
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Gemäß einer zehnten Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner folgendes: Erfassen von Schweißparametern des Schweißens, insbesondere zumindest einen der folgenden Parameter: Schweißenergie, Schweißkraft, Spitzenströme, Zeitintegral über den Schweißstrom, Höhe vor dem Schweißen, Schweißverstellung und/oder Schweißstauchung. Dies hat den Vorteil, dass über die Schweißparameter sich Aussagen über den Verlauf und die Qualität der Schweißstelle ableiten lassen. Bei von der Norm abweichenden Parametern, beispielsweise einstellbaren Schwellwerten, kann der Schweißvorgang sofort nachjustiert werden. Ein Mangel kann sofort erkannt und behoben werden.
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Gemäß einer elften Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner folgendes: Bestimmen einer Qualität des verschweißten Kopplungsbolzens basierend auf einem Einhalten eines Toleranzbereichs der erfassten Schweißparameter, insbesondere basierend auf einem Toleranzbereich von etwa 1 Prozent in Bezug auf vorgegebene Maximalwerte der Schweißparameter. Dies hat den Vorteil, dass die Schweißverbindung stets mit gleich bleibender hochwertiger Qualität hergestellt werden kann.
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Darüber hinaus wird die Aufgabe gelöst durch eine Schweißverbindung eines Kopplungsbolzens eines Turboladers mit einer Stellstange einer Steuerdose, wobei die Schweißverbindung mit dem oben beschriebenen Verfahren oder einer seiner Ausführungsformen hergestellt ist. Eine derart hergestellte Schweißverbindung, eingesetzt in einem Turbolader, macht die Montage der Steuerdose an den Turbolader sicherer, denn ein vorgegebener Abstand von der Basisplatte der Stellstange bis zur Kopplungsstelle, an der der Kopplungsbolzen angebracht ist, kann aufgrund des mit der Stellstange verschweißten Kopplungsbolzens nicht mehr im Nachhinein verändert werden. Damit ist es dem Inhaber eines Kraftfahrzeugs nicht mehr möglich, eine Veränderung an der Turboladereinstellung zwecks Leistungssteigerung vorzunehmen und damit den Motor außerhalb des erlaubten Bereichs zu beanspruchen.
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Die Aufgabe wird ferner gelöst durch einen Turbolader, umfassend: eine Steuerdose zum Steuern des Turboladers, eine Stellstange, die an die Steuerdose montiert ist; und einen Kopplungsbolzen zum Koppeln der Stellstange an eine Ventileinrichtung des Turboladers, wobei die Kopplung der Steuerdose an den Turbolader gemäß dem oben beschriebenen Verfahren oder einer seiner Ausführungsformen hergestellt ist und insbesondere eine Schweißverbindung des Kopplungsbolzens mit der Stellstange gemäß der obigen Beschreibung aufweist. Ein derartiger Turbolader ist verkehrssicherer, denn ein vorgegebener Abstand von der Basisplatte der Stellstange bis zur Kopplungsstelle kann stets gewährleistet werden, so dass eine Leistung des Turboladers innerhalb der Herstellertoleranzen liegt, auch wenn es beim Service zu einem Austausch der Steuerdose kommt.
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Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Qualitätsüberwachungssystem zur Überwachung einer Qualität einer Schweißverbindung eines Kopplungsbolzens eines Turboladers mit einer Stellstange einer Steuerdose, umfassend: einen Prozessor, der ausgelegt ist, die Schweißparameter des Schweißens gemäß der oben beschriebenen zehnten Ausführungsform des Verfahrens zu erfassen und eine Qualität des verschweißten Kopplungsbolzens gemäß der oben beschriebenen elften Ausführungsform des Verfahrens zu bestimmen. Ein solches Qualitätsüberwachungssystem bietet den Vorteil, dass eine stets gleich bleibende Qualität der Schweißverbindung von Stellstange und Kopplungsbolzen eingehalten werden kann.
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Die Aufgabe wird ferner gelöst durch einen Motor, insbesondere Verbrennungsmotor, umfassend einen Turbolader gemäß der obigen Beschreibung, insbesondere einen Turbolader umfassend eine Schweißverbindung des Kopplungsbolzens mit der Stellstange gemäß der obigen Beschreibung. Ein solcher Motor genügt höheren Sicherheitsanforderungen als ein Motor, der mit einem herkömmlichen Turbolader ausgestattet ist, denn mit der Schweißverbindung von Stellstange und Kopplungsbolzen kann stets die gleiche Arbeitsweise des Turbolader-Ventils gewährleistet werden.
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Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug oder ein Schiff, umfassend einen Motor bzw. Verbrennungsmotor gemäß obiger Beschreibung. Ein solches Fahrzeug genügt höheren Sicherheitsanforderungen als Fahrzeug, das mit einem herkömmlichen Turbolader ausgestattet ist, denn mit der Schweißverbindung von Stellstange und Kopplungsbolzen kann stets die gleiche Arbeitsweise des Turbolader-Ventils gewährleistet werden.
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Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Schweißverfahren zum Verschweißen eines Kopplungsbolzens eines Turboladers mit einer Stellstange einer Steuerdose, umfassend die folgenden Schritte: Erfassen von Schweißparametern, insbesondere zumindest einen der folgenden Parameter: Schweißenergie, Schweißkraft, Spitzenströme, Zeitintegral über den Schweißstrom, Höhe vor dem Schweißen, Schweißverstellung, Schweißstauchung; und Verschweißen des Kopplungsbolzens mit der Stellstange basierend auf den Schweißparametern. Ein solches Schweißverfahren hat den Vorteil, dass eine höhere Qualität der Schweißverbindung zwischen Stellstange und Kopplungsbolzen erzielt werden kann. Damit ist die Schweißverbindung bruchfester und ein Turbolader mit einer solchen Schweißverbindung zwischen Stellstange und Kopplungsbolzen hat eine längere Lebensdauer.
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Die Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Steuerdosenanbindung an einen Turbolader, insbesondere die Anbindung des Stellglieds einer Steuerdose an einen Anschlussbolzen. Mittels des Anschlussbolzens wird die Verbindung zu einem Stellelement des Turboladers hergestellt. So soll die bisher bekannte Anbindung über Gewindestangen und Muttern, die jedoch nachträglich manipulierbar ist, ersetzt werden. Die Steuerdosenanbindung sieht nunmehr vor, an dem als Stellstange ausgebildeten Stellglied einen wenigstens eine bereichsweise ebene Fläche ausbildenden Abschnitt vorzusehen, an den eine Befestigungsfläche des Anschlussbolzens insbesondere durch Schweißen, vorzugsweise Kondensatorschweißen (CD-Schweißen), festlegbar ist. Insbesondere ist dabei vorgesehen, an der Befestigungsfläche des Anschlussbolzens wenigstens einen Schweißbuckel in Form wenigstens eines Vorsprungs vorzusehen, wobei ferner wenigstens eine an den Schweißbuckel angrenzende Vertiefung in Form einer Rücklaufmulde vorgesehen ist, die zur Aufnahme von während des Schweißvorgangs verflüssigtem Material, insbesondere des oder der Schweißbuckel, ausgebildet ist bzw. sind.
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Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Verbinden eines Stellglieds einer Steuerdose mit einem Anschlussbolzen. Das Verfahren sieht dabei den Schritt vor, die wenigstens eine bereichsweise ebene Fläche an dem Stellglied in einem axialen Bereich des Stellglieds vorzusehen. Dabei weist eine axiale Erstreckung der ebenen Fläche eine gegenüber einer axialen Erstreckung der Befestigungsfläche des Anschlussbolzens größere Erstreckung auf. Ein weiterer Schritt besteht in einer Positionierung des Stellglieds durch Betätigen der Steuerdose, insbesondere durch ein Beaufschlagen der Steuerdose mit Druckluft und/oder Unterdruck. Schließlich ist der weitere Schritt des Festlegens des Anschlussbolzens an das Stellglied durch Schweißen, insbesondere CD-Schweißen, in einer gewünschten Position vorgesehen. Dies führt insbesondere zu einer dauerhaften Festlegung des Anschlussbolzens gegenüber dem Stellglied, wobei vorteilhaft Toleranzen in der Positionierung des Stellglieds durch die Befestigung des Anschlussbolzens bei betätigter Stelldose ausgleichbar sind. So wird eine im wesentlichen unlösbare Verbindung zwischen Anschlussbolzen und Stellstange erreicht, insbesondere eine Abreißkraft von mindestens 12kN. Das Verfahren kann insbesondere für im wesentlichen beliebige Oberflächen bzw. Oberflächenveredelungen der Stellstange bzw. des Anschlussbolzens und verschiedene bzw. beliebige Anschlussgeometrien zwischen Anschlussbolzen und Ventil verwendet werden.
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Des Weiteren ermöglicht es das Verfahren, dass keine zusätzlichen Bauteile, wie eine Linkplate bzw. Anschlussplatte, zur Verbindung der Steuerdose an dem Turbolader oder Ventil oder keine spangebende Bearbeitung, beispielsweise Löcher für eine Nietverbindung, insbesondere an der Steuerstange, der Steuerdose bzw. dem Aktuator, vorgesehen werden müssen.
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Weitere Ausführungsbeispiele werden Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Turboladers 100, bei dem der Kopplungsbolzen 104 und die Stellstange 103 mittels einer Schraubverbindung 105 miteinander verbunden sind;
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2 eine schematische Darstellung einer Steuerdose 202 mit montierter Stellstange 201 für einen Turbolader gemäß einer Ausführungsform;
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3 eine schematische Darstellung der Steuerdose 202 mit montierter Stellstange 201 aus 2, bei der die Stellstange 201 an ihrem offenen Ende eine Koppelstelle 305 mit ebener Oberfläche aufweist gemäß einer Ausführungsform;
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4 eine schematische Darstellung der Steuerdose 202 mit montierter Stellstange 201 aus 3, bei der ein Kopplungsbolzen 406 an der Koppelstelle 305 in einem Abstand 408 mit der Stellstange 201 verschweißt ist gemäß einer Ausführungsform;
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5a eine Perspektivdarstellung einer Schweißverbindung einer Stellstange 201 mit einem Kopplungsbolzen 406 gemäß einer Ausführungsform in seitlicher Draufsicht;
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5b eine Perspektivdarstellung der Schweißverbindung aus 5a in Seitenansicht;
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6a eine schematische Darstellung eines Kopplungsbolzens 406 für einen Turbolader gemäß einer Ausführungsform in Draufsicht;
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6b eine schematische Darstellung des Kopplungsbolzens 406 aus 6a in Seitenansicht;
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7 eine schematische Darstellung einer Schweißverbindung eines Kopplungsbolzens 406 für einen Turbolader mit einer Koppelstelle 305 einer Stellstange 201 gemäß einer Ausführungsform in Seitenansicht;
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8 eine schematische Darstellung der Schweißverbindung aus 7 mit Darstellung des maximal tolerierbaren Verfahrwegs;
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9a eine schematische Darstellung eines Kopplungsbolzens 406 für einen Turbolader gemäß einer Ausführungsform in Draufsicht 900a;
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9b eine schematische Darstellung des Kopplungsbolzens 406 aus 9a in Seitenansicht 900b;
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9c eine perspektivische Darstellung einer Montage des Kopplungsbolzens 406 aus 9a, 9b an der Koppelstelle 305 einer Stellstange 201 vor dem Verschweißen gemäß einer Ausführungsform in Seitenansicht 900c;
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10a eine vergrößerte Darstellung des in 9b gezeigten Bereichs X;
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10b eine vergrößerte Darstellung des in 9b gezeigten Bereichs Y;
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10c eine vergrößerte Darstellung des in 9b gezeigten Bereichs Z;
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11a eine schematische Darstellung eines Kopplungsbolzens 406b für einen Turbolader gemäß einer Ausführungsform in Draufsicht;
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11b eine schematische Darstellung eines Nitrierbereichs des Kopplungsbolzens 406b aus 11a in Seitenansicht;
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11c eine Schnittdarstellung des Kopplungsbolzens 406b aus 11a bezüglich der Ebene B-B;
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11d eine Schnittdarstellung des Kopplungsbolzens 406b aus 11a bezüglich der Ebene A-A;
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12a eine vergrößerte Darstellung des in 11d gezeigten Bereichs Y;
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12b eine vergrößerte Darstellung des in 11d gezeigten Bereichs Z;
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12c eine vergrößerte Darstellung des in 11d gezeigten Bereichs X;
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13 eine schematische Darstellung einer Anordnung 1300 zur Herstellung einer Schweißverbindung eines Kopplungsbolzens 406, 406b mit einer Kopplungsstelle 305 einer Stellstange zu Beginn des Schweißvorgangs gemäß einer Ausführungsform;
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14 eine schematische Darstellung der Anordnung 1300 zur Herstellung der Schweißverbindung aus 13 am Ende des Schweißvorgangs;
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15 eine grafische Darstellung 1500 des Schweißstroms I über der Zeit t beim Verschweißen eines Kopplungsbolzens 406, 406b mit einer Kopplungsstelle 305 einer Stellstange unter Nutzung der Anordnung 1300 aus 13 und 14 gemäß einer Ausführungsform;
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16 eine grafische Darstellung der Schweißenergie W über der Zeit t eines Schweißüberwachungssystems bei Nutzung der Anordnung 1300 aus 13 und 14 gemäß einer Ausführungsform; und
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17 eine schematische Darstellung eines Verfahrens 1700 zum Ankoppeln einer Steuerdose an einen Turbolader gemäß einer Ausführungsform.
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2 zeigt eine schematische Darstellung 200 einer Steuerdose 202 mit montierter Stellstange 201 für einen Turbolader gemäß einer Ausführungsform. Die Steuerdose 202 umfasst eine Basisplatte 203. Durch die Basisplatte 203 tritt die Stellstange 201 hindurch. Die Stellstange 201 ist mittels einer nicht dargestellten Verbindung zumindest mittelbar mit einem fluidal aktivierten Stellglied im Inneren der Steuerdose 202 verbunden. Dazu kann die Stellstange 201 auf der Seite, die mit dem Stellglied verbunden ist, ein Gewinde aufweisen, das in ein Gegengewinde des Stellglieds eingreifen kann. Die Steuerdose 202 umfasst einen Anschluss 204, über den Druckluft und/oder Unterdruck in die Steuerdose geleitet werden kann, mit der das Stellglied der Steuerdose 202 und damit die montierte Stellstange 201 ausgelenkt werden kann. Die Stellstange 201 kann in Typenlänge an dem Stellglied der Steuerdose 202 montiert werden, so dass Stellstangen verschiedener Fahrzeug- bzw. Turbolader-Typen an der gleichen Steuerdose 202 montiert werden können.
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3 zeigt eine schematische Darstellung 300 der Steuerdose 202 mit montierter Stellstange 201 aus 2, bei der die Stellstange 201 an ihrem offenen Ende eine Koppelstelle 305 mit ebener Oberfläche aufweist gemäß einer Ausführungsform. Die Koppelstelle 305 kann in Bezug auf die Koordinaten einer Basisplatte 203 festgelegt werden. Die Koppelstelle 305 kann mit montierter Stellstange ohne Einleiten von Druckluft in die Steuerdose über den Druckluftanschluss 204 festgelegt werden. Als Bezugssystem kann die Basisplatte 203 dienen, über die ein Abstand zur Koppelstelle 305 festgelegt werden kann, beispielsweise abhängig von einer Typenlänge der Stellstange 201.
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Die Koppelstelle 305 kann, wie in 3 gezeigt, als ein axialer Teil der Stellstange 201 definiert sein, der zumindest teilweise eine ebene Oberfläche aufweist. Das Formen der ebenen Oberfläche kann durch Plätten erfolgen, aber es sind auch andere Fertigungstechniken dafür verwendbar, wie beispielsweise Abschleifen, Ätzen, Hobeln, Dünnen oder sonstige Verformungstechniken bei denen Material abgetragen oder nicht abgetragen wird. Die Koppelstelle 305 kann als in etwa rechteckige ebene Fläche ausgebildet sein, sie kann auch als in etwa kreisrunde oder ovale Fläche geformt sein. Als Bezugspunkt zur Bestimmung des Abstands von der Koppelstelle 305 zur Basisplatte 203 kann ein Mittelpunkt der ausgeformten, beispielsweise geplätteten ebenen Oberfläche dienen, beispielsweise der Schnittpunkt durch die beiden Geraden, die durch die Eckpunkte der geplätteten Oberfläche laufen, wenn die Oberfläche in etwa plattenförmig bzw. rechteckig ausgebildet ist oder der Mittelpunkt des Kreises bzw. der Ellipse, wenn die ebene Oberfläche kreisförmig bzw. ellipsenförmig ausgebildet ist. Die ebene Oberfläche der Stellstange kann an der Koppelstelle 305 beidseitig der Stange ausgebildet sein, wie in 3 dargestellt, sie kann aber auch nur auf einer Seite der Stellstange ausgebildet sein, beispielsweise wenn sie durch Materialabtragungstechniken wie Abschleifen erzeugt wird. Die ebene Oberfläche kann auf vier, sechs oder mehreren Seiten der Stange ausgebildet sein, beispielsweise wenn die Stange durch Plätten an der Koppelstelle 305 in einen Vierkant, Sechskant oder Mehrkant verformt wird.
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4 zeigt eine schematische Darstellung 400 der Steuerdose 202 mit montierter Stellstange 201 aus 3, bei der ein Kopplungsbolzen 406 an der Koppelstelle 305 in einem Abstand 408 mit der Stellstange 201 verschweißt ist gemäß einer Ausführungsform.
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Zum Herstellen der in 4 dargestellten Schweißverbindung von Stellstange 201 und Kopplungsbolzen 406 kann die Steuerdose so weit angesteuert werden, beispielsweise durch Einfüllen von Druckluft 407 durch und/oder Anlegen eines Unterdrucks an den Druckluftanschluss 204 bis die Kopplungsstelle 305 an dem offenen Ende der Stellstange 201 zu der Basisplatte 203 der Steuerdose 202 einen vorgegebenen Abstand 408 einnimmt. Die Positionierung kann im Werkzeug erfolgen, beispielsweise im Plättungswerkzeug, mit dem die ebene Oberfläche an der Koppelstelle 305 erzeugt wird. Durch die Einspannung im Werkzeug lässt sich die Koppelstelle 305 in einfacher Weise als Bezugspunkt festlegen von dem aus zur Bodenplatte gemessen werden kann. Die Steuerdose kann solange mit Druckluft angesteuert werden bis der vorgegebene Abstand zwischen Koppelstelle 305 und Basisplatte 203 erreicht ist. Der vorgegebene Abstand 408 kann abhängig von einer gewünschten Einstellung des Turboladers definiert sein, beispielsweise so bestimmt, dass der Turbolader in einem bestimmten Leistungsbereich arbeiten kann. Nach dem Einstellen der Steuerdose 202 und Erreichen des vorgegebenen Abstands 408 kann der Kopplungsbolzen 406 mit der Stellstange 201 an der Kopplungsstelle 305 in dem vorgegebenen Abstand 408 verschweißt werden. Damit kann die in 4 dargestellte Schweißverbindung erzeugt werden, welche alle im obigen einleitenden Teil beschriebenen Vorteile aufweist. Zum Verschweißen kann ein Kondensator (CD) Schweißen Anwendung finden, wie weiter unten zu den 13 bis 16 beschrieben.
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Das Montieren des Kopplungsbolzens 406 an der Stellstange 201 kann mittels ZSB (Zusammenbau, Zusammenstellungszeichnung) Montage erfolgen, d.h. unter Nutzung von Unterlagen wie einer technischen Zeichnung, auf der die einzelnen Bestandteile angegeben sind und unter Umständen weiterer Montagemaße und Zusatzinformationen wie Montagereihenfolge oder Kräfte und/oder Drehmomente für die Montage sowie einer Stückliste.
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Die Schweißverbindung von Stellstange 201 und Kopplungsbolzen 406 kann auch ohne vorheriges Formen einer ebenen Oberfläche an der Kopplungsstelle 305 hergestellt werden. So kann der Kopplungsbolzen 406 beispielsweise direkt auf die Stellstange 201 an der Kopplungsstelle aufgesetzt werden und an dieser Kopplungsstelle 305 mit der Stellstange 201 verschweißt werden. Falls die Oberfläche der Stellstange 201 an der Kopplungsstelle 305 nicht eben ist, so kann durch entsprechende Halterung der beiden zu verschweißenden Teile unter Ausübung einer entsprechenden Kraft und eines entsprechenden Stromflusses über eine ausreichend lange Zeit eine stabile Schweißverbindung erzeugt werden.
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5a zeigt eine Perspektivdarstellung einer Schweißverbindung 500 einer Stellstange 201 mit einem Kopplungsbolzen 406 gemäß einer Ausführungsform in seitlicher Draufsicht. In der Darstellung ist der Kopplungsbolzen 406 zu erkennen, der an der Koppelstelle 305 mit der Stellstange 201 verschweißt ist. Die Stellstange 201 ist in der Darstellung der 5a im nicht montierten Zustand, d.h. nicht mit an Steuerdose 202 montiert, gezeigt. An einem Ende der Stellstange 201, das an dem Stellglied der Steuerdose 202 montiert werden kann, weist die Stellstange 201 ein Gewinde 509 auf. 5b zeigt eine Perspektivdarstellung der Schweißverbindung 500 aus 5a in Seitenansicht. Der vorgegebene Abstand 408 (insbesondere im angesteuerten Zustand der Steuerdose 202) zwischen Basisplatte 203, der Steuerdose 202 und Koppelstelle 305 ist mit einem Pfeil gekennzeichnet. Der Gewindeabschnitt 509 der Stellstange 201 ist nicht Teil dieses Abstands 408.
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6a zeigt eine schematische Darstellung 600a eines Kopplungsbolzens 406 für einen Turbolader gemäß einer Ausführungsform in Draufsicht. Der Bolzen 406 ist kreisförmig und umfasst zwei übereinander angeordnete Zylinder, d.h. ein oberes Zylinderteil 612 und ein unteres Zylinderteil 611 mit verschiedenen Radien, wie aus den zwei in der Figur dargestellten Kreisen mit gemeinsamer Mittelachse 613 bzw. Mittelpunkt zu sehen ist.
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6b zeigt eine schematische Darstellung 600b des Kopplungsbolzens 406 aus 6a in Seitenansicht. Auf der Unterseite des unteren Zylinderteils 611, d.h. auf der Oberfläche des Kopplungsbolzens 406, der die zu verschweißende Oberfläche darstellt, ist eine umlaufende Erhebung 610 angebracht, die zentral um eine Mittelachse 613 des unteren Zylinderteils 611 verläuft. Eine Höhe dieser Erhebung 610 ist mit Δy bezeichnet, eine Breite dieser Erhebung 610 ist mit Δx bezeichnet. In einer Ausführungsform können Δy und Δx jeweils den Wert 3 mm annehmen. Es sind aber auch andere Werte möglich, beispielsweise innerhalb eines Bereichs von 1 mm bis 20 mm, auch kann die Breite unterschiedlich zur Höhe der Erhebung 610 sein. In einer Ausführungsform kann die umlaufende Erhebung gezackt ausgebildet sein. Die Erhebung 610 muss nicht notwendigerweise auf einem Kreis um die Mittelachse 613 verlaufen, sie kann auch elliptisch um die Mittelachse 613 verlaufen oder eine andere geometrische Form ausbilden. Die Erhebung 610 muss nicht kontinuierlich die gleiche Höhe Δy aufweisen. Sie kann an einigen umlaufenden Stellen eine Höhe Δy aufweisen und an anderen umlaufenden Stellen gar nicht vorhanden sein, d.h. die Höhe 0 aufweisen. Dabei können stetige oder nicht-stetige Übergänge zwischen der Höhe Δy und der Höhe 0 ausgebildet sein. Die Erhebung 610 kann auch auf mehreren unterschiedlichen Kreisen oder in anderen geometrischen Formen um die Mittelachse 613 verlaufen.
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7 zeigt eine schematische Darstellung 700 einer Schweißverbindung eines Kopplungsbolzens 406 für einen Turbolader mit einer Koppelstelle 305 einer Stellstange 201 gemäß einer Ausführungsform, beispielsweise entsprechend der 6a und 6b in Seitenansicht. Das untere Zylinderteil 611 des Kopplungsbolzens 406 kann einen Durchmesser von Δa oder einen Radius von Δc = Δa/2 aufweisen. Die Plättlange bzw. die Länge der ebenen Oberfläche an der Kopplungsstelle ist mit Δd bezeichnet. Damit ergibt sich ein möglicher Verfahrweg Δb bei der Montage des Kopplungsbolzens 406 an die ebene Oberfläche der Koppelstelle 305 der Stellstange 201. Der Verfahrweg Δb erstreckt sich in radialer Richtung von der Achse 613 des unteren Zylinderteils 611 aus, die auch gleichzeitig die Achse 613 des oberen Zylinderteils 612 und die Achse des Kopplungsbolzens 406 ist. Der Verfahrweg Δb kann somit bestimmt werden als Δb = Δd – Δa. In einer Ausführungsform weisen die beschriebenen Parameter die folgenden Werte auf: Δa = 12mm; Δd = 20mm; Δb = 8mm; Δc = 6mm.
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8 zeigt eine schematische Darstellung 800 der Schweißverbindung aus 7 mit Darstellung des maximal tolerierbaren Verfahrwegs. In der links dargestellten Position des Kopplungsbolzens 406 ist der Bolzen 406 an der linken Grenze der Kopplungsstelle 305 montiert während in der rechts dargestellten Position des Kopplungsbolzens 406 dieser an der rechten Grenze der Kopplungsstelle 305 montiert ist. Bei entsprechenden Maßen wie oben zu 8 beschrieben kann der Verfahrweg mit Δb bezeichnet sein. Die untere Oberfläche des unteren Zylinderteils 611 des Kopplungsbolzens 406, die gleichzeitig der zu verschweißenden Oberfläche des Kopplungsbolzens 406 entspricht, kann einen Durchmesser von Δa aufweisen, wie oben in 7 bereits dargestellt. Die Plättlange bzw. die Länge der ebenen Oberfläche an der Kopplungsstelle ist mit Δd bezeichnet. Diese Werte können entsprechend zu 7 beispielsweise die folgenden Werte annehmen: Δa = 12mm; Δd = 20mm; Δb = 8mm; Δc = 6mm.
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9a zeigt eine schematische Darstellung 900a eines Kopplungsbolzens 406 für einen Turbolader gemäß einer Ausführungsform in Draufsicht 900a. Der Kopplungsbolzen 406 kann so ausgebildet sein wie oben zu den 6 bis 8 beschrieben. Der Bolzen 406 ist kreisförmig und umfasst zwei übereinander angeordnete Zylinder, d.h. ein oberes Zylinderteil 612 und ein unteres Zylinderteil 611 mit verschiedenen Radien, wie aus den zwei in der Figur dargestellten Kreisen mit gemeinsamer Mittelachse 613 bzw. Mittelpunkt zu sehen ist. Durch die Mittelachse 613 verläuft der Schnitt A-A, der in 9b näher dargestellt ist.
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9b zeigt eine schematische Darstellung 900b des Kopplungsbolzens 406 aus 9a in Seitenansicht 900b gemäß dem Schnitt A-A. Die untere Oberfläche des unteren Zylinderteils 611 des Kopplungsbolzens 406, die gleichzeitig der zu verschweißenden Oberfläche des Kopplungsbolzens 406 entspricht, kann eine umlaufende Erhebung 610 aufweisen, wie bereits oben zu 6a und 6b beschrieben. Neben der umlaufenden Erhebung 610 kann eine umlaufende Vertiefung 911 ausgebildet sein, für welche die sinngemäß gleichen Eigenschaften gelten wie bereits oben zu 6b bzgl. der umlaufenden Erhebung beschrieben. Die umlaufende Vertiefung 911 kann innerhalb oder außerhalb der umlaufenden Erhebung 610 angeordnet sein. Die umlaufende Erhebung 610 und die umlaufende Vertiefung 911 sind in der vergrößerten Darstellung des Bereichs X in 10a näher dargestellt. Das obere Zylinderteil 612 kann an seinem oberen Ende einen umlaufenden Rand 912 aufweisen, der in der vergrößerten Darstellung des Bereichs Z in 10c näher dargestellt ist. Das untere Zylinderteil 611 kann an seinem unteren Ende eine umlaufende Einkerbung 913 aufweisen, der in der vergrößerten Darstellung des Bereichs Y in 10b näher dargestellt ist. Die in der 9b angegebenen Maße sind nur als beispielhaft zu betrachten. Jede andere Ausführung eines Kopplungsbolzens 406 mit anderen Maßen ist möglich.
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9c zeigt eine perspektivische Darstellung 900c einer Montage des Kopplungsbolzens 406 aus 9a, 9b an der Koppelstelle 305 einer Stellstange 201 vor dem Verschweißen gemäß einer Ausführungsform in Seitenansicht 900c. Der Bolzen 406 kann mit der unteren Oberfläche des unteren Zylinderteils 611, welche gleichzeitig der zu verschweißenden Oberfläche des Kopplungsbolzens 406 entspricht an der Kopplungsstelle 305 der Stellstange 201 angebracht werden. Die Mittelachse 613 des Kopplungsbolzens 406 kann dabei zentral bezüglich der Koppelstelle 305 verlaufen. Vor dem Verschweißen liegt dabei die umlaufende Erhebung 610 des unteren Zylinderteils 611 auf der ebenen Oberfläche der Koppelstelle 305 auf, wie in 9c dargestellt. Die Höhe der umlaufenden Erhebung 610 entspricht damit einer Schweißbuckelhöhe, wie in 9c dargestellt.
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10a zeigt eine vergrößerte Darstellung 1000a des in 9b gezeigten Bereichs X. 10b zeigt eine vergrößerte Darstellung 1000b des in 9b gezeigten Bereichs Y. 10c zeigt eine vergrößerte Darstellung 1000c des in 9b gezeigten Bereichs Z.
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Die Schweißparameter zum CD Schweißen der in 9c dargestellten Anordnung können beispielsweise nach dem folgenden Verfahren bestimmt werden: In einen ersten Schritt kann eine Pin-Kontur maschinell gemäß den Zeichnungen der 9a, 9b und 9c angefertigt werden. Hierbei kann beispielsweise eine Buckelhöhe in 1,5 mm, 1,3 mm und 1,2 mm in 1.4923 oder 1.4307 Material ausgebildet werden. In einem zweiten Schritt können Stangen und Plättung beispielsweise in 1.4301 Material im Serienwerkzeug angefertigt und vermessen werden. In einem dritten Schritt können Pins und Stangen mit statistischer Auswertung vermessen werden. Die Toleranzen können bezüglich der Maschinenfähigkeit festgelegt und durch weitere Testläufe bestätigt werden. In einem vierten Schritt können die Ausgangsprozessdaten aus den ermittelten Schweißversuchen bezüglich der Schliffbilder eingesetzt und anschließend nach Setzkriterien und Anlauffarbe des Pins auf dem Blechstreifen verfeinert festgelegt werden. Anschließend können zur Absicherung wieder Mikro-Schliffe zur Bewertung der Schweißqualität erstellt und ausgewertet werden.
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11a zeigt eine schematische Darstellung 1100a eines Kopplungsbolzens 406b für einen Turbolader gemäß einer Ausführungsform in Draufsicht. Der Kopplungsbolzen 406b kann so ausgebildet sein wie oben zu den 6 bis 10 beschrieben. Der Bolzen 406b ist kreisförmig und umfasst zwei übereinander angeordnete Zylinder, d.h. ein oberes Zylinderteil 612b und ein unteres Zylinderteil 611b mit verschiedenen Radien, wie aus den zwei in der Figur dargestellten Kreisen mit gemeinsamer Mittelachse 613b bzw. Mittelpunkt zu sehen ist. Durch die Mittelachse 613b verlaufen die Schnitte B-B und A-A, die in den 11c und 11d näher dargestellt sind.
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11b zeigt eine schematische Darstellung 1100b eines Nitrierbereichs des Kopplungsbolzens 406b aus 11a in Seitenansicht. Der Nitrierbereich umfasst die drei Teilbereiche B1, B2 und B3. Am oberen Rand des Bereichs B1 verläuft eine umlaufende Sicherungsnut 1103. Ein Nitrieren bzw. eine Verfahren zur Oberflächenhärtung kann beispielsweise genutzt werden, um den umlaufenden Rand 912b am oberen Zylinderteil 612b herzustellen.
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11c zeigt eine Schnittdarstellung 1100c des Kopplungsbolzens 406b aus 11a bezüglich der Ebene B-B. Die untere Oberfläche des unteren Zylinderteils 611b des Kopplungsbolzens 406b, die gleichzeitig der zu verschweißenden Oberfläche des Kopplungsbolzens 406b entspricht, kann eine umlaufende Erhebung 610b aufweisen, wie bereits oben zu 6a und 6b beschrieben. Neben der umlaufenden Erhebung 610b kann eine umlaufende Vertiefung 911b ausgebildet sein, für welche die sinngemäß gleichen Eigenschaften gelten wie bereits oben zu 6b bzgl. der umlaufenden Erhebung beschrieben. Die umlaufende Vertiefung 911b kann innerhalb oder außerhalb der umlaufenden Erhebung 610b angeordnet sein.
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11d zeigt eine Schnittdarstellung 1100d des Kopplungsbolzens 406b aus 11a bezüglich der Ebene A-A. Die Ebene A-A stellt die Gegenseite der in 11c dargestellten Ebene B-B dar. Die umlaufende Erhebung 610b und die umlaufende Vertiefung 911b sind in der vergrößerten Darstellung des Bereichs X in 12c im Maßstab 10:1 näher dargestellt. Das obere Zylinderteil 612b kann an seinem oberen Ende einen umlaufenden Rand 912b aufweisen, der in der vergrößerten Darstellung des Bereichs Z in 12b im Maßstab 20:1 näher dargestellt ist. Das untere Zylinderteil 611b kann an seinem unteren Ende eine umlaufende Einkerbung 913b aufweisen, die in der vergrößerten Darstellung des Bereichs Y in 12a im Maßstab 10:1 näher dargestellt wird. Die Maße der 11a bis 11d sind nur als beispielhaft zu betrachten. Jede andere Ausführung eines Kopplungsbolzens 406b mit anderen Maßen ist möglich.
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12a zeigt eine vergrößerte Darstellung 1200a des in 11d gezeigten Bereichs Y. 12b zeigt eine vergrößerte Darstellung 1200b des in 11d gezeigten Bereichs Z. 12c zeigt eine vergrößerte Darstellung 1200c des in 11d gezeigten Bereichs X.
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13 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung 1300 zur Herstellung einer Schweißverbindung eines Kopplungsbolzens 406, 406b mit einer Kopplungsstelle 305 einer Stellstange zu Beginn des Schweißvorgangs gemäß einer Ausführungsform. Die Anordnung kann ein Kondensatorschweißgerät 1320 umfassen, das über eine Einspannung 1323a, 1323b, in welche die in 9c dargestellte an der Kopplungsstelle 305 korrekt positionierte Montageanordnung aus Kopplungsbolzen 406, 406b und Stellstange eingespannt werden kann, unter Einwirkung einer Kraft F 1322, die beispielsweise einem Anpressdruck von 2200 kg entspricht, und eines Stromflusses I 1321, beispielsweise zwischen 55 kA und 60 kA, zu einer Verschweißung des Kopplungsbolzens 406, 406b mit der Stellstange führt. Die Kraft F 1322 wirkt dabei von beiden Teilen der Einspannung 1323a, 1323b auf die Montageanordnung aus Kopplungsbolzen 406, 406b und Stellstange ein. An der Berührungsstelle der umlaufenden Erhebung 610, 610b des Kopplungsbolzens 406b mit der Kopplungsstelle 305 der Stellstange, die eine Höhe h aufweist, kann der Stromkreis des Kondensatorschweißens geschlossen werden. Die Berührungsstelle hat die geringste Querschnittsfläche, so dass es hier zur stärksten Erhitzung kommt, so dass der Schweißprozess einsetzen kann. Die Einwirkung der Kraft F 1322 auf die Einspannung 1323a, 1323b sorgt dafür, dass es zu keiner zwischenzeitlichen Öffnung des Stromkreises kommt, was eine Unterbrechung des Schweißvorgangs bedeuten würde.
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14 zeigt eine schematische Darstellung der Anordnung 1300 zur Herstellung der Schweißverbindung aus 13 am Ende des Schweißvorgangs. Am Ende des Schweißvorgangs ist die umlaufende Erhebung 610, 610b abgetragen und ihr Material teilweise mit den beiden Oberflächen des Kopplungsbolzens und der Stellstange verschmolzen und teilweise von der umlaufenden Vertiefung 911, 911b aufgefangen. Somit ist eine robuste und bruchfeste Schweißverbindung von Kopplungsbolzen 406, 406b und Stellstange 201 hergestellt.
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15 zeigt eine grafische Darstellung 1500 des Schweißstroms I über der Zeit t beim Verschweißen eines Kopplungsbolzens 406, 406b mit einer Kopplungsstelle 305 einer Stellstange unter Nutzung der Anordnung 1300 aus 13 und 14 gemäß einer Ausführungsform. In 15 dargestellt ist eine Entladekurve 1501 der Kondensatoren des Kondensatorschweißens sowie eine Schweißverlaufskurve 1502. Als Parameter für den Energie-Input W können die Stromstärke I und die Schweißzeit t an der Schweißmaschine dokumentiert werden. Beim Start des Schweißvorgangs zu der Zeit t = 0 berühren sich Kopplungsbolzen 406, 406b und Stellstange an der umlaufenden Erhebung 610, 610b des Kopplungsbolzens 406, 406b an einer relativ kleinen Oberfläche, wie im Bereich 1 dargestellt. Der Schweißstrom nimmt zu diesem Zeitpunkt seinen Maximalwert an. Nach Anlauf des Schweißvorgangs nach etwa einer Millisekunde, ab der auch die effektive Schweißzeit zu laufen beginnt, ist die Oberfläche, an der sich Kopplungsbolzen 406, 406b und Stellstange berühren schon wesentlich größer, wie im Bereich 2 dargestellt. Der Schweißstrom ist zu diesem Zeitpunkt bereits etwas abgesunken. Gegen Ende des Schweißvorgangs nach etwa acht Millisekunden ist die umlaufende Erhebung 610, 610b des Kopplungsbolzens 406, 406b fast abgetragen bzw. hat sich mit den Schweißoberflächen von Kopplungsbolzen und Stellstange vereinigt, wie im Bereich 3 dargestellt. Der Schweißstrom ist zu diesem Zeitpunkt noch weiter abgesunken. Die Schweißenergie W entspricht dem Integral des Schweißstroms über die Zeit t und kann auch durch die Formel W = CU2/2 dargestellt werden. Die Stromanstiegszeit kann definiert werden als die Zeit ab dem Bereich 1 bis zu dem Bereich 2. Die Schweißzeit kann definiert werden als die Zeit ab dem Bereich 2 bis zu dem Bereich 3. Die Abklingzeit kann definiert werden als die Zeit ab dem Bereich 3. Die im Diagramm dargestellten Zeiten nur beispielhafte Werte, es können auch andere Werte konfiguriert werden.
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16 zeigt eine grafische Darstellung 1600 der Schweißenergie W über der Zeit t eines Schweißüberwachungssystems gemäß einer Ausführungsform bei Nutzung der Anordnung 1300 aus 13 und 14. Das Schweißüberwachungssystem kann wie folgt arbeiten: Ein Monitor kann einen Anhaltspunkt über die Schweißintegrität eines HSPW (high speed pulse welding bzw. Hochgeschwindigkeitspulsschweißen) Schweißverfahrens liefern, der nahezu äquivalent zu der Information sein kann, die ein destruktives Testverfahren liefert. Die Stauchung der Projektion, die beim Schweißen verwendet wird, kann beispielsweise während des Schweißzyklus gemessen werden und mit den Maximal- und Minimaltoleranzen verglichen werden, um zu bestimmen, ob das geschweißte Teil akzeptiert oder nicht akzeptiert werden sollte. Durch das Überwachen der Schweißparameter und geeigneter Schweißcharakteristiken kann das Schweißüberwachungssystem effizient implementiert werden um hochqualitative Verschweißungen zu gewährleisten. Das Schweißüberwachungssystem kann beispielsweise die folgenden Parameter messen und anhand dieser ein Überwachung des Schweißprozesses durchführen: Schweißenergie, Schweißkraft, Spitzenströme, Zeitintegral des Schweißstroms, Höhe der Projektion vor dem Schweißen, Schweißstauchung oder Schweißabsenkung. Beispielsweise kann ein Fortschreiten des Schweißprozesses nur dann erlaubt werden, wenn die Schweißparameter innerhalb der Toleranzwerte des jeweiligen Schweißprozesses liegen, beispielsweise weniger als ein Prozent der maximalen Toleranzwerte. Alle überwachten Werte können angezeigt und an ein Dateninterface eines Prozessors übertragen werden.
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In einer Ausführungsform dient das Qualitätsüberwachungssystem der Überwachung der Qualität der Schweißverbindung des Kopplungsbolzens eines Turboladers mit der Stellstange einer Steuerdose und umfasst einen Prozessor, der die Schweißparameter des Schweißens wie oben beschrieben erfassen kann und eine Qualität des verschweißten Kopplungsbolzens wie oben beschrieben bestimmen kann.
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17 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens 1700 zum Ankoppeln einer Steuerdose an einen Turbolader gemäß einer Ausführungsform.
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Das Verfahren 1700 umfasst ein Montieren einer Stellstange 201 an einem Stellglied der Steuerdose 202, beispielsweise wie oben zu 2 beschrieben. Das Verfahren 1700 umfasst ferner ein Festlegen 1702 einer Kopplungsstelle an einem offenen Ende der Stellstange 201 in Bezug auf die Basisplatte 203 der Steuerdose 202, beispielsweise wie oben zu 3 beschrieben. Das Verfahren 1700 umfasst ferner ein Ansteuern 1703 der Steuerdose bis die Kopplungsstelle 305 an dem offenen Ende der Stellstange 201 zu der Basisplatte der Steuerdose einen vorgegebenen Abstand 408 einnimmt, beispielsweise wie oben zu 4 beschrieben. Das Verfahren 1700 umfasst ferner ein Verschweißen 1704 eines Kopplungsbolzens 406 zum Ankoppeln der Stellstange 201 an den Turbolader mit der Stellstange 201 an der Kopplungsstelle 305 in dem vorgegebenen Abstand 408, beispielsweise wie oben zu 4 und zu den 5 bis 16 beschrieben.
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Das Verfahren 1700 kann ferner ein Formen, insbesondere durch Plätten, einer zumindest teilweise ebenen Oberfläche in axialer Richtung an der Kopplungsstelle der Stellstange umfassen, beispielsweise wie oben zu 3 beschrieben. Die Stellstange kann an der Basisplatte der Steuerdose vor dem Formen der zumindest teilweise ebenen Oberfläche an der Stellstange montiert werden. Das Ansteuern der Steuerdose kann ein Einleiten von Druckluft in die Steuerdose und/oder das Anlegen eines Unterdrucks an die Steuerdose umfassen. Das Festlegen der Kopplungsstelle kann auf einer Typenlänge der Stellstange basieren. Der vorgegebene Abstand 408 der Kopplungsstelle der Stellstange zu der Basisplatte der Steuerdose kann auf einer vorgegebenen Einstellung des Turboladers basieren. Der vorgegebene Abstand der Kopplungsstelle der Stellstange zu der Basisplatte der Steuerdose kann einen vorgegebenen Toleranzbereich umfassen. Der Kopplungsbolzen kann an einer zu verschweißenden Oberfläche eine zumindest teilweise umlaufende Erhebung aufweisen. Die zu verschweißende Oberfläche des Kopplungsbolzens kann neben der zumindest teilweise umlaufenden Erhebung eine zumindest teilweise umlaufende Vertiefung aufweisen. Das Verschweißen kann ein Kondensatorschweißen umfassen. Das Verfahren kann ferner folgendes umfassen: Erfassen von Schweißparametern des Schweißens, insbesondere zumindest einen der folgenden Parameter: Schweißenergie, Schweißkraft, Spitzenströme, Zeitintegral über den Schweißstrom, Höhe vor dem Schweißen, Schweißverstellung, Schweißstauchung. Das Verfahren kann ferner folgendes umfassen: Bestimmen einer Qualität des verschweißten Kopplungsbolzens basierend auf einem Einhalten eines Toleranzbereichs der erfassten Schweißparameter, insbesondere basierend auf einem Toleranzbereich von etwa 1 Prozent in Bezug auf vorgegebene Maximalwerte der Schweißparameter.
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Eine Schweißverbindung eines Kopplungsbolzens eines Turboladers mit einer Stellstange einer Steuerdose, beispielsweise wie oben zu 5 bis 8 beschrieben, kann mit dem Verfahren 1700 hergestellt werden. Ein Turbolader kann eine Steuerdose zum Steuern des Turboladers, eine Stellstange, die an die Steuerdose montiert ist; und einen Kopplungsbolzen zum Koppeln der Stellstange an eine Ventileinrichtung des Turboladers umfassen. Die Kopplung der Steuerdose an den Turbolader kann gemäß dem Verfahren 1700 hergestellt sein und insbesondere die oben beschriebene Schweißverbindung des Kopplungsbolzens mit der Stellstange aufweisen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst ein Computerprogrammprodukt, das direkt in den internen Speicher eines digitalen Computers geladen werden kann und Softwarecodeabschnitte umfasst, mit denen die Verfahrensschritte 1701, 1702, 1703 und 1704 des in 17 beschriebenen Verfahrens ausgeführt werden können, wenn das Produkt auf einem Computer läuft. Das Computerprogrammprodukt kann auf einem computergeeigneten Medium gespeichert sein und folgendes umfassen: computerlesbare Programmittel, die einen Computer veranlassen, das Verfahren entsprechend der Beschreibung zu 17 und insbesondere den Schritt 1704 des Verschweißens auszuführen. Der Computer kann Teil des oben zu den 13 bis 16 beschriebenen Qualitätsüberwachungssystems sein. Insgesamt führt das beanspruchte Verfahren zu einer hohen Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Verbindung, es werden Wärmeverzug und Nachbehandlungsschritte, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, vermieden. Weiterhin wird eine hohe Festigkeit bzw. hohe Abreisskraft, insbesondere im Vergleich zu alternativen Verbindungstechniken, z.B. Nieten, erreicht. Schließlich ist der Schweißarbeitsgang in bestehende Montageprozesse gut integrierbar.
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Es ist selbstverständlich, dass die Merkmale der verschiedenen beispielhaft hierin beschriebenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, außer wenn spezifisch anderweitig angegeben. Wie in der Beschreibung und den Zeichnungen dargestellt müssen einzelne Elemente, die in Verbindung stehend dargestellt wurden, nicht direkt miteinander in Verbindung stehen; Zwischenelemente können zwischen den verbundenen Elementen vorgesehen sein. Ferner ist es selbstverständlich, dass Ausführungsformen der Erfindung in einzelnen Schaltungen, teilweise integrierten Schaltungen oder vollständig integrierten Schaltungen oder Programmiermitteln implementiert sein können. Die Maße der in den Figuren gezeigten Kopplungsbolzen können von den Maßen aus den Konstruktionszeichnungen abweichen. Der Begriff „beispielsweise“ ist lediglich als ein Beispiel gemeint und nicht als das Beste oder Optimale. Es wurden bestimmte Ausführungsformen hierin veranschaulicht und beschrieben, doch für den Fachmann ist es offensichtlich, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder gleichartigen Implementierungen anstelle der gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen verwirklicht werden können, ohne vom Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination wesentlich für die Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen sein.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Turbolader
- 101
- Turbinengehäuse
- 102
- Steuerdose
- 103
- Steuerstange
- 104
- Kopplungsbolzen
- 105
- Schraubverbindung
- 106
- Ventil
- 107
- Hebel
- 200
- schematische Darstellung einer Steuerdose mit montierter Stellstange
- 201
- Stellstange
- 202
- Steuerdose
- 203
- Basisplatte
- 204
- Anschluss für Druckluft
- 300
- schematische Darstellung einer Steuerdose mit montierter Stellstange
- 305
- Koppelstelle
- 400
- schematische Darstellung einer Steuerdose mit montierter Stellstange
- 406
- Kopplungsbolzen
- 407
- Druckluft
- 408
- vorgegebener Abstand
- 500
- Schweißverbindung
- 509
- Gewinde
- 600a
- schematische Darstellung eines Kopplungsbolzens
- 600b
- schematische Darstellung eines Kopplungsbolzens
- 610
- umlaufende Erhebung
- 611
- unteres Zylinderteil des Kopplungsbolzens
- 612
- oberes Zylinderteil des Kopplungsbolzens
- 613
- Mittelachse des Kopplungsbolzens
- Δx
- Breite der Erhebung
- Δy
- Höhe der Erhebung
- 700
- schematische Darstellung einer Schweißverbindung
- Δa
- Durchmesser des unteren Zylinderteils des Kopplungsbolzens
- Δb
- Verfahrweg
- Δc
- Radius des unteren Zylinderteils des Kopplungsbolzens
- Δd
- Länge der Kopplungsstelle
- 800
- schematische Darstellung einer Schweißverbindung
- 900
- schematische Darstellung eines Kopplungsbolzens
- 900b
- schematische Darstellung eines Kopplungsbolzens
- 900c
- schematische Darstellung eine Montage des Kopplungsbolzens an der Koppelstelle einer Stellstange
- 911
- umlaufende Vertiefung
- 912
- umlaufender Rand
- 913
- umlaufende Einkerbung
- 1000a
- vergrößerte Darstellung des Bereichs X
- 1000b
- vergrößerte Darstellung des Bereichs Y
- 1000c
- vergrößerte Darstellung des Bereichs Z
- 1100a
- schematische Darstellung eines Kopplungsbolzens in Draufsicht
- 1100b
- schematische Darstellung eines Kopplungsbolzens in Seitenansicht
- 1100c
- Schnittdarstellung des Kopplungsbolzens bezüglich der Ebene B-B
- 1100d
- Schnittdarstellung des Kopplungsbolzens bezüglich der Ebene A-A
- 406b
- Kopplungsbolzen
- 610b
- umlaufende Erhebung
- 611b
- unteres Zylinderteil des Kopplungsbolzens
- 612b
- oberes Zylinderteil des Kopplungsbolzens
- 613b
- Mittelachse des Kopplungsbolzens
- 911b
- umlaufende Vertiefung
- 912b
- umlaufender Rand
- 913b
- umlaufende Einkerbung
- 1200a
- vergrößerte Darstellung des Bereichs Y
- 1200b
- vergrößerte Darstellung des Bereichs Z
- 1200c
- vergrößerte Darstellung des Bereichs X
- 1300
- Anordnung zur Herstellung einer Schweißverbindung
- 1320
- Kondensatorschweißgerät
- 1321
- Stromfluss I
- 1322
- Kraft F
- 1323a
- Einspannung, oberes Ende
- 1323b
- Einspannung, unteres Ende
- 1500
- grafische Darstellung des Schweißstroms I über der Zeit t
- 1501
- Entladekurve
- 1502
- Schweißverlaufskurve
- 1600
- grafische Darstellung der Schweißenergie W über der Zeit t
- 1700
- Verfahren zum Ankoppeln einer Steuerdose an einen Turbolader
- 1701
- Montieren (1. Verfahrensschritt)
- 1702
- Festlegen (2. Verfahrensschritt)
- 1703
- Ansteuern (3. Verfahrensschritt)
- 1704
- Verschweißen (4. Verfahrensschritt)
