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EINLEITUNG
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Verbrennungsmotoren (ICE) werden oftmals dazu herangezogen, ein erhebliches Leistungsniveau über längere Zeiträume auf zuverlässiger Grundlage zu erzeugen. Viele dieser ICE-Anordnungen verwenden eine Aufladevorrichtung, wie ein von einer Abgasturbine angetriebener Turbolader, der den Luftstrom komprimiert, bevor er in den Ansaugkrümmer des Motors eintritt, um Leistung und Wirkungsgrad des Motors zu erhöhen.
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Im Einzelnen ist ein Turbolader ein Zentrifugal-Gaskompressor, der mehr Luft und damit mehr Sauerstoff in die Verbrennungskammern des ICE presst, als andernfalls mit normalem Umgebungsluftdruck erreichbar ist. Die zusätzliche Masse sauerstoffhaltiger Luft, die in den ICE gepresst wird, verbessert den volumetrischen Wirkungsgrad des Motors, indem dieser mehr Kraftstoff in einem gegebenen Zyklus verbrennen kann und dadurch mehr Leistung erzeugt. Häufig werden solche Turbolader von den Abgasen des Motors angetrieben.
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Ein typischer abgasgetriebener Turbolader beinhaltet eine zentrale Welle, die mit einem oder mehreren Lagern gelagert ist und eine Drehbewegung zwischen einem Turbinenrad und einem Luftverdichterrad überträgt. Turbine und Verdichterrad sind an der Welle befestigt, die in Kombination mit verschiedenen Lagerkomponenten die Turbolader-Drehbaugruppe bilden. Bei Turboladern werden häufig Wastegate-Ventile zum Begrenzen der Arbeitsdrehzahlen der drehenden Baugruppe verwendet, um Turbolader-Boost innerhalb der vorgeschriebenen Grenzen aufrechtzuerhalten und eine überhöhte Drehzahl der drehenden Baugruppe zu verhindern.
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EP 3 133 260 A1 beschreibt eine Baugruppe, die ein Turbinengehäuse umfasst, das eine Bohrung, einen Wastegate-Sitz und einen Wastegate-Durchgang umfasst, der sich zum Wastegate-Sitz erstreckt. Die Baugruppe umfasst auch eine Buchse, die zumindest teilweise in der Bohrung angeordnet ist, und eine drehbare Wastegate-Welle, die zumindest teilweise von der Buchse aufgenommen wird. Die Baugruppe umfasst ferner einen Wastegate-Stopfen, der sich von der Wastegate-Welle erstreckt, einen Steuerarm, der betriebsmäßig mit der Wastegate-Welle gekoppelt ist, eine Steuerverbindung, die betriebsmäßig mit dem Steuerarm verbunden ist, und ein Vorspannungselement, das mit dem Steuerarm und der Steuerverbindung gekoppelt ist.
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DE 10 2015 117 750 A1 beschreibt eine Regelvorrichtung für einen Abgasturbolader welcher einen durchströmbaren Abgasführungsabschnitt, einen Lagerabschnitt sowie einen durchströmenden Luftführungsabschnitt umfasst. Der Abgasführungsabschnitt ist mithilfe des Lagerabschnitts mit dem Luftführungsabschnitt verbunden und im Abgasführungsabschnitt ist ein Turbinenrad des Abgasturboladers drehbar aufgenommen, wobei das Turbinenrad mit einem Verdichterrad, welches im Luftführungsabschnitt drehbar aufgenommen ist, mithilfe einer Laufzeugwelle, welche drehbar im Lagerabschnitt aufgenommen ist, drehfest verbunden ist.
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US 2016 / 0 061 208 A1 beschreibt ein Verfahren, welches das Aufbringen einer Kraft auf einen Steuerarm umfassen kann, der betriebsmäßig mit einer Welle gekoppelt ist. Das Verfahren kann auch das Übertragen mindestens eines Teils der Kraft von der Welle über einen Arm auf einen Stopfen umfassen, der in Bezug auf einen Wastegate-Sitz eines Turbinengehäuses positioniert ist, sowie das Aufrechterhalten eines isostatischen Zustands für relative Positionen der Welle, des Arms und des Stopfens, wobei ein Kontakt zwischen dem Stopfen und dem Wastegate-Sitz besteht. Im isostatischen Zustand werden die relativen Positionen der Welle, des Arms und des Stopfens durch Schweißen fixiert.
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KURZDARSTELLUNG
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Gemäß der Erfindung wird eine Wastegate-Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Turbolader mit den Merkmalen des Anspruchs 7 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 bereitgestellt.
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Die vorliegende Offenbarung sieht eine Wastegate-Anordnung mit einem Arm vor, der eine Bohrung definiert. Die Wastegate-Anordnung beinhaltet auch eine Welle. Die Welle beinhaltet ein erstes Ende, das innerhalb der Bohrung des Arms angeordnet ist. Die Welle beinhaltet eine Außenfläche, die eine Nut definiert, die innerhalb der Bohrung des Arms angeordnet ist. Der Arm und das erste Ende der Welle werden zu einer Verbindung verschweißt, die einen an die Nut angrenzenden Verbindungswurzelbereich aufweist.
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Die vorliegende Offenbarung sieht auch einen Turbolader mit einem Verdichter vor, sowie eine Turbine und eine durch Abgas angetriebene drehende Baugruppe. Die rotierende Baugruppe weist ein Turbinenrad auf, das innerhalb der Turbine angeordnet ist und ein Verdichterrad, das innerhalb des Verdichters angeordnet ist. Der Turbolader beinhaltet weiterhin eine Wastegate-Anordnung, die eine Öffnung definiert, die konfiguriert ist, um mindestens einen Teil des Abgases selektiv umzuleiten, wobei das Turbinenrad umgangen wird. Die Wastegate-Anordnung beinhaltet einen Arm, der eine Bohrung definiert. Die Wastegate-Anordnung beinhaltet auch eine Welle. Die Welle beinhaltet ein erstes Ende, das innerhalb der Bohrung des Arms angeordnet ist. Die Welle beinhaltet eine Außenfläche, die eine Nut definiert, die innerhalb der Bohrung des Arms angeordnet ist. Der Arm und das erste Ende der Welle werden zu einer Verbindung verschweißt, die einen an die Nut angrenzenden Verbindungswurzelbereich aufweist.
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Die vorliegende Offenbarung sieht auch ein Verfahren zum Verbinden von Teilen einer Wastegate-Anordnung vor. Das Verfahren beinhaltet das Positionieren eines ersten Endes einer Welle in einer Bohrung eines Arms. Eine Außenfläche der Welle definiert eine Nut, die innerhalb der Bohrung des Arms angeordnet ist. Das Verfahren beinhaltet auch das Positionieren eines Laserschweißgeräts in Bezug auf das erste Ende der Welle und den Arm. Das Verfahren beinhaltet weiterhin das Verschweißen des ersten Endes der Welle und des Arms zusammen mit dem Laserschweißgerät, bis eine Verbindung einen Verbindungswurzelbereich mit einer bogenförmigen Oberfläche angrenzend an die Nut in der Welle bildet.
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Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben die Offenbarung, während der Anspruchsumfang der Offenbarung jedoch einzig und allein durch die Patentansprüche definiert wird. Es sind zwar einige der besten Arten und Weisen und weitere Ausführungsformen für die Umsetzung der Ansprüche im Detail beschrieben worden, jedoch sind auch alternative Ausgestaltungen und Ausführungsformen für die Umsetzung der in den angehängten Ansprüchen definierten Offenbarung möglich.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Querschnittsansicht des Turboladers zur Veranschaulichung einer Wastegate-Anordnung.
- 2 ist eine schematische, fragmentierte perspektivische Ansicht eines Teils der Wastegate-Anordnung mit einem Arm, der über ein Gelenk an einer Welle befestigt ist.
- 3 ist eine schematische, teilweise Querschnittsansicht eines Teils der Wastegate-Anordnung.
- 4 ist eine schematische Darstellung einer Position eines Schweißers und drei Beispiele für durch den Schweißer hergestellte Verbindungen.
- 5 ist eine schematische, teilweise Querschnittsansicht einer weiteren Konfiguration einer Welle der Wastegate-Anordnung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Mit dem Fachgebiet Vertraute werden erkennen, dass alle Richtungsangaben (z. B. über, unter, oben, unten, nach oben, hinauf, nach unten, hinunter, links, rechts, vertikal, horizontal usw.) beschreibend für die Figuren verwendet werden, um das Verständnis des Lesers zu unterstützen, und keine Einschränkungen (beispielsweise auf die Position, Orientierung oder Verwendung usw.) für den Umfang der Offenbarung darstellen, die durch die angehängten Ansprüche definiert sind.
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Unter Bezugnahme auf die FIG., worin sich in den verschiedenen Ansichten gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder entsprechende Teile beziehen, wird im Allgemeinen ein Turbolader 10, der von einem Motor 12 unterstützt wird, in 1 dargestellt und eine Wastegate-Anordnung 14 wird ebenfalls in 1 dargestellt.
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Der Motor 12 kann ein Verbrennungsmotor sein. Der Motor 12 beinhaltet auch einen Zylinderblock mit einer Vielzahl darin angeordneten Zylindern. Der Motor 12 kann weiterhin einen Zylinderkopf beinhalten, der auf dem Zylinderblock montiert ist. Jeder Zylinder kann einen Kolben beinhalten, der konfiguriert sind, um sich darin hin- und herzubewegen.
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Brennkammern sind in den Zylindern zwischen einer Bodenfläche des Zylinderkopfes und einer Oberseite der Kolben ausgebildet. Im Allgemeinen erhält jede der Brennammern vom Zylinderkopf Kraftstoff und Luft, die ein Kraftstoff-/Luftgemisch zur nachfolgenden Verbrennung innerhalb der entsprechenden Brennkammer bilden. Der Kraftstoff wird jedem der Zylinder über eine entsprechende Kraftstoffeinspritzdüse zugeführt. Der Zylinderkopf ist ebenfalls zum Abführen des Verbrennungsabgases aus den Brennkammern konfiguriert.
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Der Motor 12 beinhaltet auch eine Kurbelwelle, die so konfiguriert ist, dass sie innerhalb des Zylinderblocks rotieren kann. Die Kurbelwelle wird von den Kolben als Ergebnis der Verbrennung des Kraftstoff-/Luftgemisches mit einem geeigneten Verhältnis in den Verbrennungskammern in Rotation versetzt. Nachdem das Kraftstoff-/Luftgemisch in einer speziellen Brennkammer verbrannt ist, dient die Hin- und Herbewegung eines bestimmten Kolbens dazu, nach der Verbrennung das Abgas 16 (siehe Pfeil 16 in 1) aus dem jeweiligen Zylinder auszutreiben.
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Der Motor 12 kann zusätzlich ein Ansaugsystem beinhalten, das konfiguriert ist, um einen druckbeaufschlagten Luftstrom 18 (siehe Pfeil 18 in 1) aus der Umgebung zu den Zylindern zu kanalisieren. Das Induktionssystem kann eine Einlassluftleitung 20, den Turbolader 10 und einen Ansaugkrümmer beinhalten. Das Induktionssystem kann zusätzlich einen Luftfilter stromaufwärts des Turboladers 10 zum Entfernen von Fremdpartikeln und anderen Fremdkörpern aus dem Luftstrom 18 beinhalten.
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Der Turbolader 10 befindet sich in Fluidverbindung mit den Zylindern. Insbesondere ist die Einlassluftleitung 20 konfiguriert, um den Luftstrom 18 aus der Umgebung zum Turbolader 10 zu leiten, während der Turbolader 10 zum Druckbeaufschlagen des empfangenen Luftstroms 18 und zum Ableiten des druckbeaufschlagten Luftstroms 18 zum Ansaugkrümmer konfiguriert ist. Der Ansaugkrümmer verteilt wiederum den zuvor druckbeaufschlagten Luftstrom 18 zu den Zylindern zum Mischen mit einer entsprechenden Kraftstoffmenge und nachfolgender Verbrennung des resultierenden Kraftstoff-Luft-Gemischs.
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Wie in 1 dargestellt, kann der Turbolader 10 eine Turbine 22 und darüber hinaus eine vom Abgas 16 angetriebene rotierende Baugruppe 24 beinhalten. Die rotierende Baugruppe 24 kann eine Welle 26 mit einem ersten distalen Ende 28 und einem zweiten distalen Ende 30 beinhalten. Die rotierende Baugruppe 24 kann auch ein Turbinenrad 32 beinhalten, das innerhalb der Turbine 22 angeordnet ist. Das Turbinenrad 32 ist auf der Welle 26 benachbart zum ersten distalen Ende 28 montiert und konfiguriert, um mit der Welle 26 um eine Achse 34 durch das von den Zylindern abgegebene Abgas 16 angetrieben, d. h. gedreht zu werden. Das Turbinenrad 32 ist innerhalb eines Turbinengehäuses 36, das eine Turbinenschnecke oder Schnecke 38 beinhaltet, angeordnet. Daher wird die Turbine 22 im Allgemeinen als das Turbinenrad 32, das Turbinengehäuse 36 und die Turbinenschnecke oder Schnecke 38 beinhaltend bezeichnet.
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Mit weiterem Bezug auf 1 empfängt die Turbinenschnecke 38 die Nachverbrennungsabgase 16 an einem Turbineneinlass 40 und leitet das Abgas 16 zum Turbinenrad 32. Nach dem Turbinenrad 32 wird das Abgas 16 durch einen Turbinenauslass 42 in ein Abgassystem geleitet. Die Turbinenschnecke 38 ist konfiguriert zum Erzielen spezieller Leistungsdaten wie Wirkungsgrad und Ansprechzeit des Turboladers 10.
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Wie weiterhin in 1 dargestellt, kann der Turbolader 10 einen Verdichter 44 und die rotierende Baugruppe 24 auch ein im Verdichter 44 angeordnetes Verdichterrad 46 beinhalten. Das Verdichterrad 46 ist auf der Welle 26 zwischen den ersten und zweiten distalen Enden 28, 30 montiert. Das Verdichterrad 46 ist zum Druckbeaufschlagen des aus der Umgebung eingespeisten Luftstroms 18 konfiguriert, der anschließend möglicherweise den Zylindern zugeführt wird. Die Verdichterrad 46 ist innerhalb eines Verdichtergehäuses 48 oder einer Abdeckung angeordnet, das/die eine Turbinenschnecke oder Schnecke 50 beinhaltet. Daher wird der Verdichter 44 im Allgemeinen als das Verdichterrad 46, das Verdichtergehäuse 48 und die Verdichterschnecke oder Schnecke 50 beinhaltend bezeichnet.
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Mit weiterem Bezug auf 1 empfängt die Verdichterschnecke 50 den Luftstrom 18 an einem Verdichtereinlass 52 und leitet den Luftstrom 18 zum Verdichterrad 46 zur Druckbeaufschlagung. Nach dem Verdichterrad 46 wird der druckbeaufschlagte Luftstrom 18 durch einen Verdichterauslass 54 zu den Zylindern geleitet. Die Turbinenschnecke 50 ist konfiguriert, um bestimmte Leistungsmerkmale wie Höchstluftstrom 18 und Wirkungsgrad des Turboladers 10 zu erreichen. Dementsprechend wird die Welle 26 durch das Abgas 16, die das Turbinenrad 32 antreiben, in Rotation versetzt und ist wiederum an das Verdichterrad 46 verbunden, da das Verdichterrad 46 drehfest auf der Welle 26 sitzt.
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Die rotierende Baugruppe 24 ist zur Rotation um die Achse 34 über Gleitlager 56 (siehe 1) gelagert. Beim Betrieb des Turboladers 10 kann die rotierende Baugruppe 24 häufig bei Überdrehzahlen pro Minute (RPM) unter Erzeugung von Ladedruck für den Motor 12 arbeiten, d. h. Druckbeaufschlagung des Luftstroms 18 zur Abgabe an die Zylinder. Dementsprechend beeinflussen der variable Durchfluss und die Kraft des Abgases 16 die Stärke des Ladedrucks, der vom Verdichterrad 46 im Betriebsbereich des Motors 12 erzeugt werden kann.
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Mit weiterem Bezug auf 1 beinhaltet der Turbolader 10 in bestimmten Ausführungsformen die Wastegate-Anordnung 14, die eine Öffnung 58 definiert, die konfiguriert ist, um mindestens einen Teil des Abgases 16 selektiv umzuleiten, wobei das Turbinenrad 32 umgangen wird. Die Wastegate-Anordnung 14 kann entweder im Turbolader 10 integriert sein oder als externe Turboladeranordnung 10 ausgeführt werden. Die Wastegate-Anordnung 14 kann einen Durchgang 60 definieren, der eine Öffnung 58 darstellt, die konfiguriert ist, um mindestens einen Teil des Abgases 16 selektiv vom Turbineneinlass 40 zum Turbinenauslass 42 im Bypass des Turbinenrads 32 umzuleiten. Die Umgehung des Turbinenrads 32 durch einen Teil des Abgases 16 dient zur Begrenzung der Drehzahl der rotierenden Baugruppe 24 und des Drucks des von der Umgebung aufgenommenen Luftstroms 18.
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Unter Bezugnahme auf 1 beinhaltet die Wastegate-Anordnung 14 eine Welle 62 und kann ein an der Welle 62 befestigtes Ventil 64 beinhalten, ie Welle 62 ist in Bezug auf eine Schwenkachse 66 beweglich (siehe 2), wodurch sich das Ventil 64 zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position bewegt. In bestimmten Ausführungsformen ist die Welle 62 um die Schwenkachse 66 drehbar. Optional kann eine Buchse 68 um die Welle 62 angeordnet sein.
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Darüber hinaus kann die Wastegate-Anordnung 14 ein Stellglied 70 beinhalten, um die Welle 62 zwischen der offenen und der geschlossenen Position zu drehen, wodurch das Ventil 64 in Bezug auf den Durchgang 60 verschoben und eine Wirkfläche 72 der Öffnung 58 verändert wird, d. h. eine Fläche der tatsächlichen oder funktionsfähigen Öffnung 58, durch die das Abgas 16 das Turbinenrad 32 umgehen kann.
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Unter Bezugnahme auf die 2-4 beinhaltet die Wastegate-Anordnung 14 einen Arm 74, der eine Bohrung 76 definiert. Der Arm 74 ist in Bezug auf die Schwenkachse 66 beweglich. Der Arm 74 kann einen ersten Endbereich 78 und einen zweiten Endbereich 80 beabstandet voneinander aufweisen. Ein Teil des Stellglieds 70 kann am ersten Endbereich 78 zur direkten Bewegung des Armes 74 befestigt werden. In bestimmten Ausführungsformen ist der Arm 74 um die Schwenkachse 66 drehbar. Die Welle 62 ist am Arm 74 befestigt, was im Folgenden näher erläutert wird, sodass die Bewegung des Arms 74 eine entsprechende Bewegung der Welle 62 bewirkt.
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Im Allgemeinen kann der Arm 74 eine Innenfläche 82 beinhalten, die den Umfang der Bohrung 76 definiert. Die Bohrung 76 kann im zweiten Endbereich 80 des Arms 74 definiert werden. Der zweite Endbereich 80 des Armes 74 überlappt einen Teil des Turbinengehäuses 36, sodass der zweite Endbereich 80 vom Turbinengehäuse 36 getragen wird. Der erste Endbereich 78 ist räumlich schwebend, sodass kein Gehäuse den ersten Endbereich 78 trägt.
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Zurückkehrend zur Welle 62 der Wastegate-Anordnung 14 beinhaltet die Welle 62 ein erstes Ende 84, das in der Bohrung 76 des Arms 74 angeordnet ist (siehe 2 und 3). Anders ausgedrückt ist, das erste Ende 84 der Welle 62 von der Innenfläche 82 des Arms 74 umgeben. Die Welle 62 kann auch ein zweites Ende 86 (siehe 1) beabstandet vom ersten Ende 84 beinhalten, wobei das Ventil 64 am zweiten Ende 86 befestigt ist. Daher ist das zweite Ende 86 der Welle 62 von der Bohrung 76 des Arms 74 beabstandet. Anders ausgedrückt, ist das zweite Ende 86 der Welle 62 nicht innerhalb der Bohrung 76 angeordnet. Somit ist ein Teil der Welle 62 in der Bohrung 76 des Arms 74 enthalten und ein anderer Teil der Welle 62 nicht in der Bohrung 76 des Arms 74 enthalten.
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Wie am besten in den 3 und 4 dargestellt, beinhaltet die Welle 62 weiterhin eine Außenfläche 88, die eine in der Bohrung 76 des Arms 74 angeordnete Nut 90 definiert. Daher wird die Nut 90 durch eine vertiefte Fläche der Außenfläche 88 definiert. Im Allgemeinen ist die Nut 90 der Innenfläche 82 des Arms 74 zugewandt. Somit umschließt die Innenfläche 82 des Arms 74 die Nut 90 der Welle 62. In bestimmten Ausführungsformen ist die Nut 90 vollständig in der Bohrung 76 des Arms 74 enthalten. Darüber hinaus ist in bestimmten Ausführungsformen die Nut 90 umlaufend um die Außenfläche 88 der Welle 62 angeordnet. Wie vorstehend erwähnt, ist die Welle 62 am Arm 74 befestigt. Der Arm 74 und das erste Ende 84 der Welle 62 werden beispielsweise zu einer Verbindung 92 verschweißt, die einen an die Nut 90 angrenzenden Verbindungswurzelbereich 94 aufweist. Somit kann der Verbindungswurzelbereich 94 an einem distalen Bereich der Verbindung 92 sitzen.
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2 veranschaulicht auch die Verbindung 92, welche den Arm 74 und die Welle 62 verbindet. Da der erste Endbereich 78 räumlich schwebend ist, können beim Aufbringen einer oder mehrerer Kräfte 96 (siehe Pfeile 96 in 2) auf den ersten Endbereich 78, zum Beispiel in Richtung eines der Pfeile 96 der 2, Spannungen auf die Verbindung 92 zwischen dem Arm 74 und der Welle 62 um die Bohrung 76 aufgebracht werden. Abhängig von der Richtung der Kraft 96, die auf den ersten Endbereich 78 des Arms 74 einwirkt, kann beispielsweise die Oberseite der Verbindung 92, die dem ersten Ende 84 am nächsten liegt, unter Spannung stehen und die Unterseite der Verbindung 92, die dem Verbindungswurzelbereich 94 am nächsten liegt, kann unter Druck stehen. Es ist anzumerken, dass die Pfeile 96 in 2 nur veranschaulichend sind und die Kräfte 96 in andere Richtungen als veranschaulicht angewendet werden können, um die Spannungen in der Verbindung 92 zu verursachen.
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Bei bestimmten Ausführungsformen bildet der Verbindungswurzelbereich 94 der Verbindung 92 eine bogenförmige Fläche 98. Daher weist der Verbindungswurzelbereich 94 im Allgemeinen einen Radius auf. Das heißt, der Verbindungswurzelbereich 94 der Verbindung 92 weist keine scharfe Ecke auf. Wenn im Verbindungswurzelbereich 94 eine scharfe Ecke gebildet wird, kann dies am äußersten distalen Punkt des Verbindungswurzelbereichs 94 der Schweißnaht zu einem Spannungsanstieg durch Zug und/oder Druck in der Verbindung 92 führen. Um den Spannungsanstieg zu verhindern, wird der Verbindungswurzelbereich 94 der Verbindung 92 mit der bogenförmigen Fläche 98, wie vorstehend erläutert, gebildet. Die vorliegende Gestaltung der Verbindung 92 und der Nut 90 der Welle 62 wirken daher zusammen, um den Spannungsanstieg durch Zug und/oder Druck in der Verbindung 92 zu reduzieren.
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Zusätzlich kann die Verbindung 92 mehr als einen Radius aufweisen. Die Verbindung 92 kann einen ersten Abschnitt 100, der den Arm 74 überlappt, und einen zweiten Abschnitt 102, der die Welle 62 überlappt, beinhalten. Wie beispielsweise in 4 dargestellt, kann der Radius des ersten Abschnitts 100 der Verbindung 92 größer sein als der Radius des zweiten Abschnitts 102. Anders gesagt, kann der erste Abschnitt 100 der Verbindung 92 eine graduellere bogenförmige Konfiguration sein als der zweite Abschnitt 102, und der zweite Abschnitt 102 der Verbindung 92 kann eine steilere bogenförmige Konfiguration sein als der erste Abschnitt 100. In anderen Ausführungsformen können die Radien der ersten und zweiten Abschnitte 100, 102 gleich sein.
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Darüber hinaus ist die Nut 90 in bestimmten Ausführungsformen bogenförmig ausgebildet. Folglich weist die Nut 90 im Allgemeinen einen Radius auf. Insbesondere weist die vertiefte Fläche der Außenfläche 88 die bogenförmige Konfiguration auf, die den Radius aufweisen kann. Die bogenförmige Fläche 98 des Gelenkwurzelbereichs 94 und die bogenförmige Konfiguration der Nut 90 wirken zusammen, um die Spannung in der Verbindung 92 zu reduzieren und die Nachgiebigkeit der Welle 62 zu erhöhen. Anders gesagt, können die bogenförmige Fläche 98 der Verbindung 92 und die bogenförmige Konfiguration der Nut 90 miteinander verschmolzen werden oder einen glatten Übergang aufweisen, um die Spannung in der Verbindung 92 zu reduzieren und die Nachgiebigkeit der Welle 62 zu erhöhen.
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Unter Bezugnahme auf die 3 und 4 kann die Außenfläche 88 einen ersten Rand 104 und einen zweiten Rand 106 beabstandet voneinander aufweisen. Die ersten und zweiten Ränder 104, 106 können eine äußere Begrenzung der Nut 90 definieren. Insbesondere definieren der ersten und zweiten Ränder 104, 106 die äußere Begrenzung der vertieften Fläche. Der Verbindungswurzelbereich 94 oder der distale Bereich der Verbindung 92 kann am nächsten oder in der Nähe des ersten Rands 104 liegen.
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In bestimmten Ausführungsformen sind die ersten und zweiten Ränder 104, 106 umlaufend um die Außenfläche 88 der Welle 62 angeordnet. Wie vorstehend ausgeführt, kann die Nut 90 die bogenförmige Konfiguration aufweisen, und die bogenförmige Konfiguration kann zwischen den ersten und zweiten Rändern 104, 106 liegen. Darüber hinaus kann die Verbindung 92 direkt am ersten Rand 104 anliegen, und die Verbindung 92 kann vom zweiten Rand 106 beabstandet sein. Zusätzlich kann der zweite Rand 106 vom Arm 74 beabstandet sein.
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Daher kontaktiert die Außenfläche 88 der Welle 62, beabstandet von der Verbindung 92, nicht direkt die Innenfläche 82 des Arms 74.
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4 veranschaulicht verschiedene geeignete Beispiele der bogenförmigen Fläche 98 der Verbindung 92 in Bezug auf die Nut 90. In bestimmten Ausführungsformen ist der erste Rand 104 tangential zur bogenförmigen Fläche 98 des Verbindungswurzelbereichs 94 angeordnet. Die Verbindung 92, in durchgezogenen Linien in 4 gezeigt, veranschaulicht den ersten tangential zum Verbindungswurzelbereich 94 angeordneten Rand 104. Zusätzlich veranschaulicht die Verbindung 92 in gleichmäßig beabstandeten gestrichelten Linien in 4 den ersten tangential zum Verbindungswurzelbereich 94 angeordneten Rand 104. In weiteren Ausführungsformen ist der erste Rand 104 nicht tangential zur bogenförmigen Fläche 98 des Verbindungswurzelbereichs 94 angeordnet. Die Verbindung 92, in Strich-Punkt-Punkt-Linien in 4 gezeigt, veranschaulicht den ersten Rand 104, der nicht tangential zum Verbindungswurzelbereich 94 angeordnet ist.
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Unter Bezugnahme auf 5 weist die Welle 62 eine Vielzahl von Nuten 90, 108 auf (zwei davon sind in der FIG. nummeriert). Daher ist die Nut 90 weiterhin als erste Nut 90 definiert, und die Außenfläche 88 der Welle 62 kann eine zweite Nut 108 definieren, die weiter entfernt vom ersten Ende 84 der Welle 62 angeordnet ist als die erste Nut 90. Das Gelenk 92 wirkt mit der ersten Nut 90 zusammen, und die vorstehende Erörterung der Verbindung 92 in Bezug auf die Nut 90 ist auf die Konfiguration von 5 anwendbar. Es können beliebig viele Nuten 90, 108 verwendet werden, wobei die Nuten 90, 108 zusätzlich in beliebiger Ausrichtung angeordnet werden können. Wie in 5 dargestellt, sind beispielsweise zwei Gruppen von Nuten 90, 108 beabstandet voneinander veranschaulicht. Die Nuten 90, 108 können zum Bilden von Faltungen nebeneinander angeordnet werden (zwei Gruppen von Faltungen sind in 5 veranschaulicht). Die Nuten 90, 108 reduzieren die Gesamtbelastung der Verbindung 92 bzw. die Nuten 90, 108 erhöhen die Nachgiebigkeit der Welle 62, um die Federrate und damit die resultierende Spitzenbelastung durch die Zugkraft in der Welle 62 zu reduzieren.
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Wie ebenfalls in 5 veranschaulicht, ist die Verbindung 92 von der zweiten Nut 108 beabstandet. Wie vorstehend ausgeführt, kann die Außenfläche 88 der Welle 62 die ersten und zweiten Ränder 104, 106 aufweisen, und die ersten und zweiten Ränder 104, 106 können die äußere Begrenzung der ersten Nut 90 definieren. Zudem kann die Außenfläche 88 einen dritten Rand 110 beabstandet zum zweiten Rand 106 aufweisen. Die zweiten und dritten Ränder 106, 110 können eine äußere Begrenzung der zweiten Nut 108 definieren. In bestimmten Ausführungsformen kann das Gelenk 92 den ersten Rand 104 direkt kontaktieren bzw. kann die Verbindung 92 von den zweiten und dritten Rändern 106, 110 beabstandet sein.
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Die vorliegende Offenbarung vermittelt auch ein Verfahren zum Verbinden von Teilen der Wastegate-Anordnung 14. Insbesondere lehrt das Verfahren das Zusammenfügen von Arm 74 und Welle 62 der Wastegate-Anordnung 14.
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Das Verfahren beinhaltet das Positionieren des ersten Endes 84 der Welle 62 in der Bohrung 76 des Arms 74. Wie vorstehend ausgeführt, definiert die Außenfläche 88 der Welle 62 die in der Bohrung 76 des Arms 74 angeordnete Nut 90. Das Verfahren beinhaltet auch das Positionieren eines Laserschweißgeräts 112 (schematisch in 4 dargestellt) in Bezug auf das erste Ende 84 der Welle 62 und den Arm 74. Das Verfahren beinhaltet weiterhin das Verschweißen des ersten Endes 84 der Welle 62 und des Arms 74 zusammen mit dem Laserschweißgerät 112, bis die Verbindung 92 einen Verbindungswurzelbereich 94 mit der bogenförmigen Fläche 98 angrenzend an die Nut 90 in der Welle 62 bildet. Das Laserschweißgerät 112 kann einen Laserstrahl einsetzen, um eine konzentrierte Wärmequelle zur Herstellung der gewünschten Schweißeigenschaften der Verbindung 92 zu erzeugen. So kann beispielsweise der Laserschweißer 112 einen großen Radius entlang des Verbindungswurzelbereichs 94 in Bezug auf die Nut 90 der Welle 62 bilden.
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Im Allgemeinen wird der Laserschweißer 112 in einem Winkel von 114 in Bezug auf die Nut 90 positioniert, um die Verbindung 92 mit der bogenförmigen Fläche 98 im Verbindungswurzelbereich 94 herzustellen. In bestimmten Ausführungsformen ist der Laserschweißer 112 in einem schrägen Winkel 114 in Bezug auf den ersten Rand 104 positioniert. In weiteren Ausführungsformen ist der Laserschweißer 112 in einem stumpfen Winkel 114 in Bezug auf den ersten Rand 104 positioniert. In noch weiteren Ausführungsformen ist der Laserschweißer 112 senkrecht zum ersten Rand 104 positioniert.
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In bestimmten Ausführungsformen wird das Schweißen des ersten Endes 84 weiterhin als Schweißen des ersten Endes 84 definiert, bis die bogenförmige Fläche 98 und der erste Rand 104, der einen Teil der äußeren Begrenzung der Nut 90 definiert, tangential zur bogenförmigen Fläche 98 des Verbindungswurzelbereichs 94 angeordnet ist. In weiteren Ausführungsformen wird das Schweißen des ersten Endes 84 weiterhin als Schweißen des ersten Endes 84 definiert, bis die bogenförmige Fläche 98 und der erste Rand 104, der einen Teil der äußeren Begrenzung der Nut 90 definiert, nicht tangential zur bogenförmigen Fläche 98 des Verbindungswurzelbereichs 94 angeordnet ist.
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Es ist anzuerkennen, dass die Reihenfolge bzw. die Abfolge der Durchführung des Verfahrens zur Veranschaulichung dient und andere Reihenfolgen bzw. Abfolgen innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Lehren liegen. Es ist ebenfalls anzumerken, dass das Verfahren weitere Merkmale beinhalten kann, die in den vier vorstehenden Absätzen nicht ausdrücklich aufgeführt sind.
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Während die besten Modi und andere Ausführungsformen zum Ausführen der Offenbarung im Detail beschrieben wurden, werden diejenigen, die mit dem Stand der Technik, auf den sich diese Offenbarung bezieht, vertraut sind, verschiedene alternative Designs und Ausführungsformen zum Ausführen der Offenbarung innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche erkennen. Darüber hinaus sollen die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen oder die Merkmale von verschiedenen Ausführungsformen, die in der vorliegenden Beschreibung erwähnt sind, nicht unbedingt als voneinander unabhängige Ausführungsformen aufgefasst werden. Vielmehr ist es möglich, dass jedes der in einem der Beispiele einer Ausführungsform beschriebenen Merkmale mit einem oder einer Vielzahl von anderen gewünschten Merkmalen aus anderen Ausführungsformen kombiniert werden kann, was andere Ausführungsformen zur Folge hat, die nicht in Worten oder durch Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben sind. Dementsprechend fallen derartige andere Ausführungsformen in den Rahmen des Schutzumfangs der angehängten Ansprüche.
