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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Positionieren einer Welle in einem Verstellgetriebe, das zur Einstellung eines Verstellteiles eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verstellgetriebe zur Einstellung eines Verstellteiles eines Kraftfahrzeugs nach Patentanspruch 18.
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Eine derartiges Verfahren dient zum definierten Lagern einer Welle in einem Verstellgetriebe, das ein Gehäuse zur Lagerung von Getriebeteilen des Verstellgetriebes sowie eine (um eine Achse) drehbar an dem Gehäuse gelagerte Welle umfasst, wobei an dem Gehäuse Ausgleichsmittel derart angeordnet und fixiert werden, dass die Ausgleichsmittel axial auf die Welle einwirken, um diese zum Ausgleich axialen Spiels (in axialer Richtung) definiert zu positionieren.
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Eine solches Verfahren und ein entsprechendes Verstellgetriebe sind aus der
DE 198 24 382 A1 bekannt, in der ein Schneckengetriebe mit einer in axialer Richtung verschiebbaren Schneckenwelle beschrieben ist, der Mittel zugeordnet sind, mit denen die Schneckenwelle zur Spieleinstellung einmalig in axialer Richtung festsetzbar ist.
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Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren und ein Verstellgetriebe der eingangs genannten Art weiter zu verbessern, insbesondere mit Blick auf eine effiziente und prozesssichere Einstellung der Position der Welle, um Spiel auszugleichen.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Schaffung eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Danach werden die Ausgleichsmittel durch Schweißen mit dem Gehäuse verbunden, während die Ausgleichsmittel (in axialer Richtung) aus einer ersten Lage, in der die Ausgleichsmittel von der Welle beabstandet sein können, in eine zweite Lage bewegt werden, in der die Ausgleichsmittel axial auf die Welle einwirken, um die Welle bestimmungsgemäß (insbesondere zu Zwecken des Spielausgleichs) in axialer Richtung zu positionieren.
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Hierzu können die Ausgleichsmittel zunächst an dem Gehäuse in der ersten Lage vorpositioniert werden (in der sie z.B. von der Welle beabstandet sind) und anschließend in die zweite Lage bewegt werden, in der sie bestimmungsgemäß axial auf die Welle einwirken. Zur Vorpositionierung der Ausgleichsmittel kann das Gehäuse mindesten eine Anlagefläche aufweisen, an der sich die Ausgleichsmittel (über einen Gegenanschlag) in ihrer ersten Lage abstützen.
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Zur Herstellung einer Verbindung der Ausgleichsmittel mit dem Gehäuse, d.h., zur Fixierung der Ausgleichsmittel an dem Gehäuse, kann an das Gehäuse angrenzendes Material der Ausgleichsmittel und/oder an die Ausgleichsmittel angrenzendes Material des Gehäuses (abschnittsweise) durch Schweißen aufgeschmolzen werden, während die Ausgleichsmittel aus der ersten Lage in die zweite Lage bewegt werden. Dabei kann auch Material der zur Vorpositionierung dienenden Anlagefläche und/oder des zugeordneten Gegenanschlags durch Schweißen aufgeschmolzen werden, während die Ausgleichsmittel aus der ersten Lage in die zweite Lage bewegt werden.
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Weiter kann vorgesehen sein, dass die Ausgleichsmittel in einer (axial erstreckten) Führung des Gehäuses in axialer Richtung aus der ersten Lage in die zweite Lage bewegt werden.
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Indem die Ausgleichsmittel mit einer vorgegebenen Kraft gegen ein axiales Ende der Welle bewegt werden, um auf diese einzuwirken, lässt sich erreichen, dass die Welle mit ihrem anderen axialen Ende definiert gegen ein zugehöriges Axiallager gedrückt wird.
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Dabei können die Ausgleichsmittel unmittelbar (also ohne weitere zwischengeschaltete Bauteile) auf ein axiales Ende der Welle einwirken, um die Welle bestimmungsgemäß in axialer Richtung zu positionieren. Ferner können die Ausgleichsmittel durch ein einzelnes, einstückig ausgebildetes Ausgleichselement gebildet werden
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Gemäß einer Ausführungsform werden die Ausgleichsmittel mittels einer Komponente eines Schweißwerkzeugs (durch entsprechende Krafteinleitung) aus der ersten Lage in die zweite Lage bewegt, während über jene Komponente des Schweißwerkzeugs zugleich die zum Schweißen erforderliche Energie in die Ausgleichsmittel eingebracht wird.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform werden die Ausgleichsmittel durch ein von einem Schweißwerkzeug separates Krafteinleitungselement aus der ersten Lage in die zweite Lage bewegt, während über das Schweißwerkzeug zum Schweißen erforderliche Energie in die Ausgleichsmittel eingebracht wird.
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Das Schweißen kann beispielsweise durch Ultraschallschweißen oder Laserschweißen erfolgen.
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Das in-Kontakt-Treten der Ausgleichsmittel mit der Welle, während die Ausgleichsmittel aus der ersten Lage in die zweite Lage bewegt werden, kann anhand einer Änderung mindestens eines Schweißparameters erfasst werden, der während des Schweißens überwacht wird. Auch das abschließende Erreichen der zweiten Lage der Ausgleichsmittel kann durch eine Überwachung des Verlaufs mindestens eines Schweißparameters ermittelt werden, der während des Schweißens erfasst wird.
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Dabei können die zur Erfassung verwendeten Schweißparameter ausgewählt sein aus der Schweißtiefe, dem Schweißweg in axialer Richtung, der Vorschubgeschwindigkeit des Ausgleichsmittels, einer Schwingungsamplitude oder Schwingungsfrequenz am Schweißwerkzeug, der beim Schweißen eingebrachten Leistung, der Schweißkraft sowie der Dauer des Schweißprozesses. Die Schweißkraft kann hierbei insbesondere repräsentiert sein durch die Vorschubkraft des zum Schweißen verwendeten Schweißwerkzeugs in axialer Richtung. Diese kann mit einer Kraftmesseinrichtung (z.B., einer so genannten Messdose) erfasst werden und kann ferner zur Steuerung bzw. Regelung des Schweißprozesses, einschließlich eines definierten Abschaltens des Schweißvorganges, genutzt werden.
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Nach Erreichen der zweiten Lage können die Ausgleichsmittel noch für einen definierten Zeitraum durch Haltemittel in der zweiten Lage gehalten werden, ohne dass der Schweißvorgang fortgesetzt wird, um das beim Schweißen aufgeschmolzene Material erstarren zu lassen. Hierbei kann gegebenenfalls auch ein Nachdrücken bzw. Nachstellen der Ausgleichsmittel erfolgen, z.B. in der Weise, dass die Welle mit ihrem den Ausgleichsmitteln abgewandten (zweiten) axialen Ende gegen ein zugehöriges (axiales) Lager gedrückt wird.
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Ein Verstellgetriebe, dessen Welle mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens positioniert ist, wird durch die Merkmale des Anspruchs 18 charakterisiert.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des Verstellgetriebes sind in den hiervon abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Schnittdarstellung eines Verstellgetriebes für ein Kraftfahrzeug mit einem Getriebegehäuse, einer daran gelagerten Welle sowie Ausgleichsmitteln zum axialen Positionieren der Welle;
- 2 ein Detail der Anordnung aus 1 im Bereich der Ausgleichsmittel;
- 3 den Verlauf von Schweißparametern in Abhängigkeit von der Zeit.
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1 zeigt, zusammen mit dem Ausschnitt gemäß 2, ein Verstellgetriebe zur Einstellung eines Verstellteiles eines Kraftfahrzeugs, insbesondere zum Einstellen eines Sitzteiles eines Kraftfahrzeugsitzes. Das Verstellgetriebe weist eine Aufnahme für Getriebeelemente auf, die zur Lagerung der Getriebeelemente vorgesehen sein kann und die vorliegend als Getriebegehäuse bzw. einfach Gehäuse 1 bezeichnet wird.
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Die an dem Gehäuse 1 aufgenommenen Getriebeelemente umfassen eine drehbar gelagerte Welle 2, ein auf der Welle 2 (drehfest) angeordnetes erstes Getriebeelement 20 in Form einer Schnecke sowie ein mit dem ersten Getriebeelement in Eingriff stehendes zweites Getriebeelement 25, z.B. in Form eines Schneckenrades.
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Die Welle 2 erstreckt sich entlang einer Achse von einem ersten axialen Ende 21 zu einem zweiten axialen Ende 22. Im Bereich ihrer axialen Enden 21, 22 ist die Welle 2 jeweils in einem Lagerbereich des Gehäuses 1 aufgenommen, wobei ein jeweiliger Lagerbereich im Ausführungsbeispiel ein Axiallager 3, 10 bzw. 15 sowie ein Radiallager 40 bzw. 45 umfasst.
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Um die Welle 2 in axialer Richtung a definiert positionieren zu können und damit unter Ausgleich axialen Spiels definiert axial zu lagern, sind an dem ersten axialen Ende 21 der Welle 2 Ausgleichsmittel 3 vorgesehen, die in axialer Richtung a auf die Welle 2 einwirken können, so dass diese an ihrem zweiten axialen Ende 22 mit einer vorgebbaren Kraft gegen das zugehörige Axiallager 15 gedrückt wird.
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Die Ausgleichsmittel 3 wirken hierfür im Ausführungsbeispiel unmittelbar, ohne Zwischenschaltung weiterer Bauteile, in axialer Richtung a auf das erste axiale Ende 21 der Welle 2 ein. Weiterhin sind die Ausgleichsmittel 3 vorteilhaft einstückig ausgebildet, d.h., insbesondere einstückig geformt, so dass sie (als ein Ausgleichselement) nicht aus mehreren zueinander beweglichen Teilen bestehen. Dabei ist das Ausgleichsmittel 3 im Ausführungsbeispiel stiftförmig, also als Ausgleichsstift, ausgebildet. Der Stift ist axial verschiebbar in einer axial erstreckten Führung 10 des Gehäuses 1 gelagert.
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An der dem Ausgleichsmittel 3 zugewandten Innenwand 11 der Führung 10 ist eine Schulter 12 mit einer Anlagefläche 13 ausgebildet, an der sich das Ausgleichsmittel 3 über einen Gegenanschlag 33 axial abstützen kann, wenn es bestimmungsgemäß in die Führung 10 eingesetzt wird, wodurch das Ausgleichsmittel 3 in axialer Richtung a an der Führung 10 vorpositioniert ist. Aus dieser ersten axialen Lage L1 heraus, in der das Ausgleismittel 3 z.B. noch (geringfügig) von der Welle 2 bzw. deren erstem axialen Ende 21 beabstandet ist, soll das Ausgleichsmittel 3 in eine zweite axiale Lage L2 überführt werden, in der es auf das erste axiale Ende 21 der Welle 2 einwirkt und diese (mit einer definierten Kraft) an ihrem zweiten axialen Ende 22 in axialer Richtung a gegen ein zugeordnetes Axiallager 15 drückt, und in dieser zweiten axialen Lage L2 fixiert werden, und zwar insbesondere stoffschlüssig.
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Vorliegend erfolgt das Bewegen bzw. Verfahren des Ausgleichsmittels 3 aus der ersten Lage L1, in der es innerhalb der Führung 10 vorpositioniert ist, in die zweite axiale Lage L2, in der es bestimmungsgemäß auf die Welle 2 bzw. deren erstes axiales Ende 21 einwirkt, während gleichzeitig das Ausgleichsmittel 3 stoffschlüssig mit dem Gehäuse 1 verbunden und dadurch im Ergebnis in der zweiten axialen Lage L2 am Gehäuse 1 fixiert wird. Als Verfahren zum (stoffschlüssigen) Verbinden des Ausgleichsmittels 3 mit dem Gehäuse 1, während das Ausgleichsmittel 3 in die zweite axiale Lage L2 bewegt wird, eignet sich z.B. Schweißen.
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Hierfür bestehen das Ausgleichsmittel 3 und das Gehäuse 1 zumindest teilweise aus einem schweißbaren Material, wie (glasfaserverstärktem) Kunststoff (z.B. Polyamid, insbesondere PA 66, mit 20% bis 70%, insbesondere etwa 50% Glasfaseranteil) oder einem schweißbaren Metall. Das Ausgleichsmittel 3 und das Gehäuse 1 können dabei vorteilhaft aus demselben Material bestehen.
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Indem einerseits eine Kraft F auf das Ausgleichsmittel 3 ausgeübt wird, um dieses aus der ersten axialen Lage L1 in die zweite axiale Lage L2 zu überführen, und anderseits der Schweißprozess begonnen wird, wobei das Material des Ausgleichsmittels 3 und/oder das Material des Gehäuses 1, z.B. an der Innenwand 11 der Führung 10, teilweise aufgeschmolzen (plastifiziert) wird, verlaufen die Bewegung des Ausgleichsmittels 3 in die zweite axiale Lage L2 und das Aufschmelzen des Materials für die Herstellung der Schweißverbindung parallel bzw. gleichzeitig.
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Hiermit lässt sich auch erreichen, dass ausgleichsmittelseitig und/oder gehäuseseitig angeordnete Materialbereiche 12, 13, 33 zum Vorpositionieren des Ausgleichsmittels 3 in der ersten axialen Lage - als Folge des Aufschmelzens der entsprechenden Materialbereiche - überwunden werden können, was eine Bewegung des Ausgleichsmittels 3 aus der ersten axialen Lage L1 heraus (in Richtung auf die zweite axiale Lage L2) ermöglicht.
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Die Kraftausübung auf das Ausgleichsmittel 3, um dieses in die zweite axiale Lage L2 zu bewegen, wird so lange fortgesetzt, bis das Ausgleichsmittel 3 mit einer bestimmten, insbesondere einer vorgegebenen, Kraft auf das erste axiale Ende 21 der Welle 2 einwirkt, um die Welle 2 mit einer entsprechenden Kraft an ihrem zweiten axialen Ende 22 in das zugeordnete Axiallager 15 zu drücken. Dieser Zustand lässt sich beispielsweise anhand von Schweißparametern erfassen, wie nachfolgend im Einzelnen erläutert werden wird.
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Bei Erreichen der zweiten axialen Lage L2 kann das Ausgleichsmittel 3 noch für eine gewisse Zeit unter Einwirkung einer äußeren Kraft (Nachhaltekraft) in jener Lage gehalten werden, bis das beim Schweißen aufgeschmolzene Material erstarrt ist und das Ausgleichsmittel 3 dementsprechend stoffschlüssig in der zweiten Lage L2 fixiert ist.
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Die Ausübung einer äußeren Kraft F auf das Ausgleichsmittel 3, um dieses in die zweite axiale Lage L2 zu überführen, kann einerseits durch ein von dem zur Herstellung der Schweißverbindung verwendeten Schweißwerkzeug 100 separates Krafteinleitungselement erfolgen, das mit einer bestimmten (z.B. vorgegebenen) Kraft F auf das Ausgleichsmittel 3 einwirkt, um dieses in die zweite axiale Lage zu überführen, während gleichzeitig über ein von dem Krafteinleitungselement verschiedenes Schweißwerkzeug 100 die zum Schweißen erforderliche Energie in das Ausgleichsmittel 3 und/oder das Gehäuse 1 eingebracht wird. Hierfür kann das Krafteinleitungselement im Ausführungsbeispiel in eine Ausnehmung 30 des Ausgleichsmittels 3 eingreifen. Bei dieser Variante wird ein geeignetes Schweißverfahren vor allem unter dem Gesichtspunkt der Optimierung des Schweißprozesses sowie der resultierenden Schweißverbindung gewählt. Hierzu zählen z.B. Laserschweißen und Ultraschallschweißen.
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Andererseits kann die Ausübung einer äußeren Kraft F auf das Ausgleichsmittel 3, um dieses in die zweite axiale Lage L2 zu überführen, auch durch eine Komponente 101 eines zur Herstellung der Schweißverbindung verwendeten Schweißwerkzeugs 100 als Krafteinleitungselement erfolgen, das mit einer bestimmten (z.B. vorgegebenen) Kraft F auf das Ausgleichsmittel 3 einwirkt, um dieses in die zweite axiale Lage L2 zu überführen, während das Schweißwerkzeug 100 gleichzeitig die zum Schweißen erforderliche Energie in das Ausgleichsmittel 3 und/oder das Gehäuse 1 einbringt. Hierfür kann die Werkzeugkomponente 101 im Ausführungsbeispiel in eine Ausnehmung 30 des Ausgleichsmittels 3 eingreifen. Bei dieser Variante eignet sich insbesondere Ultraschallschweißen als Schweißverfahren. Hierbei kann beispielsweise eine Sonotrode 101 (Komponente des Schweißwerkzeugs 100 zum Ultraschallschweißen) zusätzlich als Krafteinleitungselement genutzt werden, um das Ausgleichsmittel 3 durch (axiale) Krafteinwirkung in die zweite axiale Lage L2 zu bringen.
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Um zu den Zeitpunkt zu ermitteln, zu dem das Ausgleichsmittel 3 seine zweite axiale Lage L2 erreicht hat, in der es die Welle 2 mit ihrem zweiten axialen Ende 22 mit einer bestimmten (z.B. vorgegebenen) Kraft in das zugehörige Axiallager 15 drückt, so dass keine weitere Bewegung des Ausgleichsmittels 3 in axialer Richtung a erfolgen soll, können Schweißparameter des Schweißvorgangs überwacht und ausgewertet werden. Das Erreichen der zweiten axialen Lage L2 kann beispielsweise anhand bestimmter Charakteristika im Verlauf eines Schweißparameters in Abhängigkeit von der Zeit t festgestellt werden. Dazu zählen etwa Nullstellen, Wendepunkte sowie lokale bzw. globale Maxima oder Minima der entsprechenden Kurve (Schweißparameter in Abhängigkeit von der Zeit), Äderungen des Verlaufs der Kurve, das Erreichen bestimmter Absolutwerte oder bestimmter relativer Werte des betreffenden Schweißparameters, Änderungen in der Steigung oder der Krümmung der Kurve, das Auftreten von Modulationen des Schweißparameters usw.
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Als zu erfassende und auszuwertende Schweißparameter eignen sich beispielsweise die Schweißtiefe, der Schweißweg (in axialer Richtung), die Vorschubgeschwindigkeit des Ausgleichsmittels 3 bezogen auf die hierauf ausgeübte Kraft, die Schwingungsamplitude oder Schwingungsfrequenz (insbesondere beim Ultraschallschweißen, dann jeweils erzeugt von einer Sonotrode), die erforderliche Leistung, um bestimmte Schweißbedingungen (etwa hinsichtlich Schwingungsamplitude oder Schwingungsfrequenz beim Ultraschallschweißen) aufrecht zu erhalten, die Schweißkraft (z.B. in Form einer Vorschubkraft des Schweißwerkzeugs), die Dauer des Schweißprozesses, und dergleichen.
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Ein Beispiel hierfür ist in 3 im Fall des Ultraschallschweißens dargestellt.
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Als ein erstes (optionales) Kriterium wird am Beginn des Schweißprozesses bzw. Schweißvorganges (ab der Zeit t=0) als Schweißparameter der Schweißweg (in axialer Richtung) erfasst, vgl. die Kurve K1 in 3, also das Ausmaß der Bewegung des Ausgleichsmittels 3 in axialer Richtung a während des Schweißprozesses, was auch ein Maß für die Schweißtiefe in axialer Richtung a ist. Der Schweißprozess wird zumindest so lange fortgesetzt, bis ein bestimmter (z.B. vorgegebener) Mindestschweißweg w in axialer Richtung a erreicht worden ist. Hierdurch soll eine angestrebte Festigkeit (Mindestfestigkeit) der Schweißverbindung gewährleistet werden.
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Unabhängig davon kann (als ein zweites Kriterium oder ggf. als einziges Kriterium) die beim Schweißen eingebrachte Leistung als Schweißparameter erfasst und ausgewertet werden, die erforderlich ist, um bestimmte Schweißbedingungen, wie etwa eine bestimmte Schwingungsamplitude oder Schwingungsfrequenz, wie erzeugt von einer Sonotrode (im Fall des Ultraschallschweißens), aufrecht zu erhalten, vgl. die Kurve K2 in 3.
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Diese Leistung steigt am Beginn des Schweißprozesses (ab dem Zeitpunkt t=0) zunächst stark an, bis zu einem Maximum M, entsprechend der Leistung, die zum Aufschmelzen bzw. Plastifizieren des Materials am Ausgleichsmittel 3 und/oder am Gehäuse 1 (z.B. mit Schwingungen bestimmter Amplitude und/oder Frequenz beim Ultraschallschweißen) einzubringen ist. Mit steigendem Anteil an aufgeschmolzenem bzw. plastifiziertem Material nimmt sodann die (z.B. zur Aufrechterhaltung einer bestimmten Schwingungsamplitude bzw. -frequenz beim Ultraschallschweißen) erforderliche Leistung wieder ab.
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Sobald das Ausgleichsmittel 3 beim Verfahren in axialer Richtung a mit der Welle 2 bzw. mit deren erstem axialen Ende 21 in Kontakt tritt, nimmt die besagte Leistung wieder zu, weil ein zusätzlicher (mechanischer Widerstand) auf das Ausgleichsmittel 3 wirkt, so dass die Aufrechterhaltung der Schweißbedingungen, wie etwa einer bestimmten Schwingungsamplitude, einen zunehmenden Leistungseintrag erfordert. Der Schweißprozess, einschließlich der Verfahrens des Ausgleichsmittels 3 in Richtung der zweiten axialen Lage L2, kann anschließend beispielsweise noch so lange (unter Einwirkung einer definierten Kraft auf das erste axiale Ende der Welle 2, z.B. in einer Größenordnung von 30 N bis 300 N, z.B. 130 N) fortgesetzt werden, bis die besagte Leistung (Leistungseintrag) einen vorgegebenen Wert L, von z.B. 200 Watt bis 700 Watt, im Ausführungsbeispiel 425 Watt, erreicht hat. Das Ausgleichsmittel 3 drückt dann die Welle 2 mit ihrem zweiten axialen Ende 22 mit einer definierten Kraft in das zugehörige Axiallager 15.
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Um das beim Schweißprozess aufgeschmolzene Material erstarren zu lassen und damit das Ausgleichsmittel 3 zuverlässig an dem Gehäuse 1 zu fixieren, kann abschließend das Ausgleichsmittel 3 noch für einen definierten Zeitraum, von z.B. 1s, in der zweiten axialen Lage gehalten werden, z.B. mit einer definierten Nachhaltekraft, die einer gewünschten resultierenden Kraft des zweiten axialen Endes 22 der Welle 2 am zugehörigen Axiallager 15 entspricht, also beispielsweise mit der Kraft, mit der das Ausgleichsmittel 3 zuvor in die zweite axiale Lage L2 verfahren wurde.
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Wenn der erstgenannte Schweißparameter („Schweißweg“) und der zweitgenannte Schweißparameter („Leistungseintrag“) während eines Schweißprozesses nacheinander überwacht und ausgewertet werden, also etwa zunächst der erste Schweißparameter bis ein bestimmter Wert hiervon, also etwa ein vorgegebener Schweißweg, erreicht worden ist, und daran anschließend (während desselben, noch andauernden Schweißprozesses) der zweite Schweißparameter, bis dieser einen bestimmten (vorgebbaren) Wert erreicht hat, so kann am Übergang von der Überwachung des ersten Schweißparameters zur Überwachung des zweiten Schweißparameters eine Umschaltzeit U vorgesehen sein, z.B. von 0.001 s bis. 0.1 s, im Ausführungsbeispiel ca. 0.02 s, wobei vorliegend der zweite Schweißparameter („Leistungseintrag“) am Ende der Umschaltzeit beispielhaft einen Wert P annimmt, der der in einem fallenden Abschnitt der zugehörigen Kurve K2 liegt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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