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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet des Schweißens und insbesondere die Fertigung geschweißter Räder ohne Füllmaterialien.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Das Lichtbogenschweißen hat im Verlauf seiner Entwicklung in zahlreiche Konstruktionen und Einsatzbereiche Einzug gehalten. Es ist bekannt, dass Lichtbogenschweißen zwar eine feste Bindung zwischen metallischen Komponenten herstellen kann, dass es aber auch – je nach dem verwendeten Prozess – zu einem Schweißstoß führen kann, der Porosität aufweist. Obgleich in einigen Schweißanwendungen eine gewisse Porosität akzeptabel ist, gibt es andere Anwendungen, bei denen Porosität problematisch sein kann. Wenn zum Beispiel Radstrukturen geschweißt werden, die für unter Druck stehende Reifen verwendet werden, so kann das Vorhandensein von Porosität zu einer geschweißten Radstruktur führen, die den Druck nicht halten kann. Um einen solchen Druckverlust zu verhindern, ist es üblich, Radstrukturen zu überschweißen, um sicherzustellen, dass die geschweißte Radstruktur den Druck halten kann. Jedoch erhöht dieses Überschweißen die Gesamtkosten der geschweißten Radstruktur, weil die zum Schweißen des Rades benötigte Zeit verlängert wird, und erhöht die Materialkosten des Rades, weil mehr Füllmetalle, die in dem Schweißprozess verwendet werden, benötigt werden. Darum ist es wünschenswert, einen Schweißprozess bereitzustellen, der die Effizienz und Qualität des Schweißens von Radstrukturen verbessert.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Um dieses Problem zu lösen, werden ein Schweißverfahren nach Anspruch 1 und eine geschweißte Radstruktur nach Anspruch 9 vorgeschlagen. Dementsprechend ist eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Radstruktur und ein Verfahren zum Schweißen einer Radstruktur, wobei das Verfahren zum Schweißen der Radstruktur enthält, eine erste Radsektion mit einem ersten Stegabschnitt neben einer zweiten Radsektion mit einem zweiten Stegabschnitt dergestalt anzuordnen, dass der erste und der zweite Stegabschnitt einander berühren. Das Verfahren enthält das Richten eines Laserstrahls auf den ersten Stegabschnitt und das autogene Schweißen des ersten Stegabschnitts an den zweiten Stegabschnitt mit einem Laserstrahl, dergestalt, dass der Laserstrahl durch eine gesamte Dicke der ersten Stegsektion hindurch verläuft und der Laserstrahl mindestens einen Abschnitt einer Dicke des zweiten Stegabschnitts durchdringt. Das autogene Schweißen erzeugt einen hermetisch abgedichteten Schweißstoß um eine Mitte der geschweißten ersten und zweiten Radsektion. Weitere Ausführungsformen oder bevorzugte Lösungen können den Unteransprüchen entnommen werden. Des Weiteren ist eine geschweißte Radstruktur bevorzugt, wobei eine Breite des Schweißstoßes an dem Punkt, an dem der erste und der zweite Stegabschnitt einander berühren, zwischen einer ersten Breite und einer zweiten Breite variiert, wobei die erste Breite im Bereich von 10 bis 100% der Dicke des zweiten Stegabschnitts liegt und die zweite Breite im Bereich von 5 bis 50% der Dicke des zweiten Stegabschnitts liegt, und wobei die zweite Breite kleiner als die erste Breite ist und/oder wobei mindestens einer des ersten und des zweiten Stegabschnitts Hohlräume hat, die durch eine gesamte Dicke des ersten oder des zweiten Stegabschnitts hindurch verlaufen, und der Schweißstoß radial auswärts von den Hohlräumen positioniert ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die oben beschriebenen und/oder andere Aspekte der Erfindung gehen aus der detaillierten Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen deutlicher hervor, wobei in den Zeichnungen Folgendes zu sehen ist:
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1 ist eine schaubildhafte Darstellung eines geschweißten Rades gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine schaubildhafte Darstellung einer anderen Ansicht des beispielhaften Rades von 1;
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3 ist eine schaubildhafte Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines Schweißsystems der vorliegenden Erfindung; und
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4 ist eine schaubildhafte Darstellung einer anderen Ansicht des beispielhaften Rades von 1.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Wenden wir uns nun den Zeichnungen zu, die lediglich der Veranschaulichung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung und nicht ihrer Einschränkung dienen und in denen eine Vorrichtung und ein System, die zum Praktizieren der Erfindung verwendet werden, in den 1–4 ausführlich gezeigt sind.
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Die 1 und 2 zeigen eine Radbaugruppe 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Radbaugruppe 100 enthält eine Nabe 101 und zwei Radsektionen 103 und 105, die miteinander zu verschweißen sind. Die Nabe 101 kann je nach Anwendung Teil der fertigen Radbaugruppe 100 sein, muss es aber nicht. Wie in 1 gezeigt, kann an der Radbaugruppe 100 ein Reifen 117 montiert sein. Der Reifen 117 und die Sektionen 103/105 erzeugen einen Leer- oder Hohlraum 119, der mit Luft oder Gas unter Druck gefüllt werden kann, und es ist wünschenswert, dass die Sektionen 103 und 105 für den Gebrauch eine luftdichte und sichere Baugruppe bilden. Die Gestalt und die Bauweise der in den 1 bis 4 gezeigten Sektionen 103 und 105 sollen nur beispielhaft sein, und andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können Radsektionen mit anderen Formen verwenden, so wie andere Anwendungen es erfordern.
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Wie in den Figuren gezeigt, enthält jede der Sektionen 103 und 105 einen Nabenabschnitt 108/110, der die Nabe 101 berührt oder auf sonstige Weise neben der Mittelachse der Radbaugruppe 100 liegt. Die Nabenabschnitte 108/110 können eine Flanschverlängerung, wie gezeigt, haben, die sich entlang der Länge der Nabe 101 oder der Radmittelachse erstreckt, oder können nach Bedarf andere Formen haben. Radial auswärts von den Nabenabschnitten 108/110 erstrecken sich Stegabschnitte 107/109, die senkrecht zu der radialen Mittelachse der Baugruppe 100 ausgerichtet sind. In der gezeigten Ausführungsform haben die Stegabschnitte 107/109 die gleiche Länge, aber in anderen Ausführungsformen kann dies auch anders sein. Des Weiteren sind die Stegabschnitte in der gezeigten Ausführungsform als massiv gezeigt. Jedoch wird in anderen beispielhaften Ausführungsformen in Betracht gezogen, dass Löcher in den Stegabschnitten 107/109 ausgebildet sein können, um das Gesamtgewicht der Radbaugruppe 100 zu reduzieren. Die Löcher können von beliebiger Gestalt sein, sind aber gewöhnlich als Kreise, Ovale oder Ellipsen ausgebildet, damit Punkte mit Belastungskonzentrationen vermieden werden. Größenbemessung und Anzahl der Löcher sollten so gewählt werden, dass sichergestellt ist, dass die strukturelle Integrität der Stege 107/109 für ihre erwartete Belastung ausreichend ist. Die Löcher sollten ebenfalls radial einwärts von der Schweißraupe 115 positioniert sein, was weiter unten noch ausführlicher besprochen werden wird.
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Von den radial auswärtigen Rändern der Stegabschnitte 107/109 erstrecken sich gewinkelte Abschnitte 111/113. Die gewinkelten Abschnitte 111/113 divergieren jeweils voneinander, um mindestens einen Abschnitt des Druckleerraums 119 zu definieren. Wie in 1 gezeigt, sind die gewinkelten Abschnitte zwischen 0 und 90 Grad von der Querschnittsmittelachse der Baugruppe 100 gewinkelt. Der zu wählende Winkel richtet sich nach der Bauweise und Anwendung der Radbaugruppe 100. In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann der Winkel 90 Grad von der Querschnittsmittelachse betragen. Von dem radial auswärtigen Rand der gewinkelten Abschnitte 111/113 erstrecken sich Flanschabschnitte 112/114. Die Flanschabschnitte 112/114 können dafür verwendet werden, einen Reifen 117 oder eine andere ähnlichen Komponente nach Bedarf zu halten. In der gezeigten Ausführungsform sind die Flanschabschnitte 112/114 parallel zu der Querschnittsmittelachse der Baugruppe 100 ausgerichtet, wie gezeigt. Jedoch ist dies in anderen Ausführungsformen nicht erforderlich, da je nach Anwendung und Konstruktionserfordernissen auch andere Winkel verwendet werden können. In einigen beispielhaften Ausführungsformen werden die Flanschabschnitte 112/114 nicht benötigt, da die gewinkelten Abschnitte 111/113 selbst zum Halten einer Struktur oder eines Reifens 117 verwendet werden können.
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In den gezeigten Ausführungsformen sind die Radsektionen 103/105 als eine integrale Komponente gezeigt, dergestalt, dass die Nabe, der Steg, die gewinkelten Abschnitte und die Flanschabschnitte alle aus einem einzelnen Stück Material (gewöhnlich Metall) bestehen. Dieses kann auf viele verschiedene Arten gebildet werden, einschließlich durch Pressen eines flachen Materials in die gewünschte Gestalt. Jedoch sind andere beispielhafte Ausführungsformen nicht auf die Verwendung integraler Sektionen 103/105 beschränkt, da die Sektionen 103/105 auch aus geschweißten Komponenten bestehen können.
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Die zwei Radsektionen 103/105 werden aneinander befestigt, indem ihre jeweiligen Stegabschnitte 107/109 miteinander verschweißt werden, die sich berühren, wenn die Baugruppe 100 montiert wird. Dafür hat jeder der Stegabschnitte 107/109 Flächen 116/118, die parallel zueinander verlaufen und so ausgebildet sind, dass die Flächen 116/118 bündig miteinander sind, wenn die Abschnitte 103/105 zur Montage nebeneinander positioniert werden. Es ist nicht erforderlich, dass die Flächen 116/118 über die gesamte Länge der Stegabschnitte 107/108 bündig miteinander sind. Jedoch sollten diese Flächen 116/118 mindestens an dem Schweißstoß 115 bündig miteinander sein.
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In der gezeigten beispielhaften Ausführungsform ist der Schweißstoß 115 ein kontinuierlicher Schweißstoß 115, der eine kreisrunde Struktur um die Baugruppe 100 herum bildet. Der Schweißstoß 115 wird durch Schweißen durch eine der Radsektionen 103/105 hindurch und in die andere der Radsektionen 103/105 hinein hergestellt. In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist der Schweißstoß durch die Sektion 103 hindurch und in die Sektion 105 hinein geschweißt. Jedoch dringt der Schweißstoß 115, wie gezeigt, nicht vollständig in die Dicke der zweiten der Sektionen (Sektion 105 in 1) ein. In einigen Ausführungsformen, wie weiter unten noch besprochen wird, kann die Naht 115 vollständig in die Dicke beider Sektionen 103/105 an der Schweißnaht eindringen.
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Im Gegensatz zu geschweißten Radbaugruppen des Standes der Technik wird dieser Schweißstoß 115 nicht mittels Lichtbogenschweißen oder unter Verwendung von Füllmetallen hergestellt. Stattdessen wird der Schweißstoß 115 mittels eines Laserschweißsystems hergestellt, bei dem kein Füllmetall verwendet wird. Man bezeichnet diese Art des Schweißens gewöhnlich als „autogen”. Füllmetall wird in der Regel verwendet, um Spalten während des Schweißens auszufüllen und/oder um zusätzliches Material zu einer Naht zu geben, um eine Kehlnaht oder dergleichen zu bilden. Weil jedoch die Flächen 116/118 an dem Schweißstoß 115 bündig miteinander sind, gibt es keinen Spalt zum Ausfüllen, und darum besteht der Schweißstoß 115 vollständig aus dem Material der Stegabschnitte 107/109, und es wird kein Füllmetall benötigt.
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Weil des Weiteren der Schweißstoß 115 so hergestellt wird, dass er die gesamte Dicke einer einzelnen Sektion 103 durchdringt und in mindestens einen Teil der zweiten Sektion 105 eindringt, erzeugt die Naht 115 eine kontinuierliche Abdichtung um die gesamte Radbaugruppe 100 herum. Aufgrund dieser Abdichtung kann kein Druck in der Druckzone 119 (wie beispielsweise Luftdruck) zwischen den Abschnitten 103/105 passieren und an der Nabe 101 entweichen, was ein Problem bei lichtbogengeschweißten Rädern ist. Somit erzeugt dieser Schweißstoß 115 einen hermetischen Schweißstoß. Darum können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine geschweißte Radbaugruppe 100 mit einer Schweißnaht herstellen, die ohne Füllmaterial gebildet wird und die benötigte strukturelle Integrität und die benötigte luftdichte Abdichtung für unter Druck stehende Radanwendungen erbringt. Mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird eine signifikante Menge an Füllmaterial und Schweißaufwand vermieden, das bzw. der oft zum Schweißen der Sektionen 103/105 an die Nabe 101 mit Füllmetall erforderlich ist, um die erforderliche luftdichte Abdichtung zu erhalten.
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Wie in 2 gezeigt, hat der Schweißstoß 115 entlang eines Radius von der Mitte der Baugruppe 100 aus eine kreisrunde Struktur. Jedoch gelten für Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung diesbezüglich keinerlei Einschränkungen. Zum Beispiel wird in Betracht gezogen, dass der Schweißstoß 115 eine Zickzack- oder Wellenstruktur entlang eines Radius von der Mitte der Baugruppe 100 aus haben kann. Eine solche Struktur würde die Gesamtlänge des Schweißstoßes 115 erhöhen und dadurch die strukturelle Integrität verstärken. Jedoch sollte der Schweißstoß 115 kontinuierlich sein, um die erforderliche hermetischen Abdichtung zwischen den Sektionen 103/105 herzustellen, wenn das Rad in einer unter Druck stehenden Anwendung verwendet werden soll. Es ist anzumerken, dass, wenn Löcher in den Stegen 107/109 vorhanden sind, um das Gewicht der Baugruppe zu reduzieren (wie oben besprochen), der Schweißstoß 115 radial auswärts von den Löchern angeordnet sein sollte, um die benötigt luftdichte Abdichtung in unter Druck stehenden Anwendungen herzustellen. Natürlich können viele verschiedene Arten von Strukturen für die Schweißoperation verwendet werden.
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Es ist des Weiteren anzumerken, dass zwar in den Figuren ein einzelner Schweißstoß 115 gezeigt ist, dass für die vorliegende Erfindung aber in dieser Hinsicht keinerlei Einschränkungen bestehen. Genauer gesagt, können zusätzliche Schweißstöße verwendet werden, um die Festigkeit der Radbaugruppe 100 zu erhöhen. Zum Beispiel kann ein weiterer Schweißstoß radial einwärts oder auswärts des Schweißstoßes 115 positioniert werden. Des Weiteren brauchen zusätzliche Nähte nicht kontinuierlich zu sein, sondern können intermittierende oder Punktschweißungen sein. Solange ein einzelner Schweißstoß (115) kontinuierlich ist, brauchen zusätzliche Schweißstöße nicht kontinuierlich zu sein, um die erforderliche luftdichte Abdichtung herzustellen. Natürlich können, wenn nötig, alle kontinuierlich sein.
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3 zeigt ein beispielhaftes Schweißsystem 300 zum Schweißen der oben beschriebenen Baugruppe 100. Wie oben besprochen, wird der Schweißstoß 115 mittels eines Laserschweißsystems ohne Füllmetall erzeugt. Das System 300 enthält eine Laserstromversorgung 301, die einen Laser 305 mit Strom versorgt. Der Laser 305 kann von jeder bekannten Art eines Lasers sein, der zum Laserschweißen befähigt ist, einschließlich beispielsweise Kohlendioxid-, Nd:YAG-, Yb-Scheiben-, YB-Faser-, fasergekoppelte oder Direktdiodenlasersysteme. Des Weiteren können Weißlicht- oder Quarzlasersysteme verwendet werden, wenn sie ausreichend Energie haben. Andere Ausführungsformen des Systems können mit Elektronenstrahlenergie arbeiten. Beispielhafte Laser sollten Leistungen im Bereich von 1 bis 20 kW erbringen können. Es können auch leistungsstärkere Laser verwendet werden, aber die können sehr teuer sein. In der gezeigten Ausführungsform sendet der Laser 305 einen einzelnen Strahl 307 zum Schweißen der Naht 115 aus. Jedoch kann gewünschtenfalls auch eine Mehrstrahlkonfiguration verwendet werden. Eine Mehrstrahlkonfiguration kann nach Bedarf mehrere Laser 305 und/oder Strahlteiler mit einem einzelnen Laser 305 verwenden. In einer solchen Ausführungsform können die separaten Strahlen dafür verwendet werden, separate Abschnitte derselben kontinuierlichen Schweißnaht zu ziehen, oder sie können nebeneinander positioniert werden, um einen breiteren Schweißstoß herzustellen.
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Der Laser 305 sendet einen Strahl 307 mit einer ausreichend hohen Energie und Form aus, um die gesamte Dicke des Stegabschnitts 107/109 einer der Radsektionen 103/105 vollständig zu durchdringen und in mindestens einen Teil der Dicke des Stegabschnitts 107/109 der anderen der Radsektionen 103/105 einzudringen. Das wird weiter unten näher besprochen.
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Das System 300 enthält außerdem eine Systemsteuereinheit 303, die die Stromversorgung 301 und/oder den Laser 307 überwacht und/oder steuert, um eine ausreichende Schweißnaht zu erzeugen. Außerdem steuert die Steuereinheit 303 in der gezeigten Ausführungsform auch einen Motor 311, der mit einer Platte 309 gekoppelt ist, die sich während des Schweißens dreht. In der gezeigten Ausführungsform wird die Platte 309 gedreht, während der Laser 305 und der Strahl 307 stationär bleiben, um die Schweißnaht zu vollenden. Natürlich kann der Laser 305 in anderen beispielhaften Ausführungsformen auch bewegt werden, um die Naht 115 zu erzeugen. In weiteren Ausführungsformen können sowohl das Rad 100 als auch der Laser 305 bewegt werden, um die Schweißnaht zu erzeugen, oder der Laser 305 kann stationär bleiben, während der Strahl 307 mittels der Optik des Lasers 305 bewegt wird. Für Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gelten diesbezüglich keinerlei Einschränkungen, da auch andere Mittel zum Herstellen der Schweißnaht verwendet werden können. Zum Beispiel können andere Konfigurationen Spiegel oder Optiken außerhalb der Laseroptik verwenden, die sich bewegen und verschieben, um die gewünschte Schweißstruktur zu erzeugen.
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Es ist anzumerken, dass die Steuereinheit 303, die Stromversorgung 301, der Laser 305, der Motor 311 und die Platte 309 in 3 zwar als separate Komponenten gezeigt sind, aber nur aus Gründen der übersichtlicheren Darstellung. Es wird in Betracht gezogen, dass mindestens einige oder alle dieser Komponenten in einer integralen Einheit oder Baugruppe zusammengefasst werden können, um die Schweißoperation auszuführen. Es ist nicht erforderlich, dass diese Komponenten separate physische Strukturen sind.
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Wenden wir uns nun 4 zu, wo eine detailliertere Ansicht der Naht 115 gezeigt ist. Wie gezeigt, hat der Steg 107 eine Länge W, und die Mitte des Schweißstoßes 115 ist in einer Distanz L von dem äußeren radialen Rand des Steges 107 positioniert. In den meisten Ausführungsformen sollte diese Distanz relativ klein sein, dergestalt, dass sich die Naht 115 nahe den gewinkelten Abschnitten 111/113 befindet. Das hilft, die Momentkräfte auf die Stege 107/109 zu minimieren, wenn die Baugruppe 100 sich in Gebrauch befindet. In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sollte die Distanz L auf die Dicke des Stegmaterials und die im Bereich der Schweißnaht 115 auf das Rad wirkenden Bemessungslasten gestützt werden. Wenn der Steg von ausreichend großer Dicke und Steifigkeit ist, so kann sich die Distanz L 0% der Länge W nähern. Jedoch liegt die Distanz L in anderen Ausführungsformen im Bereich von 10 bis 80% der Steglänge W.
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Des Weiteren hat der Steg 109 eine Dicke T, und der Schweißstoß 115 dringt um eine Distanz D in den Steg 109 ein. In beispielhaften Ausführungsformen ist die Distanz D kleiner als die Dicke T. In einigen beispielhaften Ausführungsformen liegt die Distanz D im Bereich von 5 bis 100% der Dicke T, solange die Distanz L zu einer strukturell soliden Schweißnaht führt. In anderen Ausführungsformen liegt die Distanz im Bereich von 20 bis 75%. Natürlich können nach Bedarf auch andere Tiefen verwendet werden. In einigen beispielhaften Ausführungsformen durchstößt die Naht 115 beide Stegabschnitte 107/109. Diese Schweißnähte durchdringen 100% der Dicke T und bilden eine „Nachweismarke” auf der Rückseite des Steges, um eine Inspektion des Schweißstoßes zu erlauben und einen ausreichend tiefen Einbrand sicherzustellen. Falls aber beide Stegabschnitte 107/109 vollständig durchdrungen werden, sollte die rückseitige Raupe der Naht 115 sorgfältig kontrolliert werden, damit keine signifikante Menge des Schweißmetalls unter den unteren Stegabschnitt 109 durchsackt, da dies einen Hohlraum in der Oberseite des Schweißstoßes erzeugen könnte (da kein Füllmetall verwendet wird).
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In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann die Tiefe des Schweißstoßes 115 in dem unteren Abschnitt 109 entlang der Länge der Schweißnaht variieren. Zum Beispiel braucht es strukturell nicht notwendig zu sein, dass der Schweißstoß eine konstante Tiefe in dem unteren Stegabschnitt 109 hat. Darum können in einigen beispielhaften Ausführungsformen Abschnitte des Schweißstoßes 115 in einer ersten Tiefe liegen, und andere Abschnitte der Naht 115 können eine zweite Tiefe haben, die flacher als die erste Tiefe ist. Zum Beispiel kann die erste Tiefe D bis zu 100% der Dicke T des Steges 109 haben, und die zweite Tiefe kann im Bereich von 5 bis 50% der Dicke T liegen, wobei die zweite Tiefe kleiner als die erste Tiefe ist. Jede Änderung oder Tiefendifferenz kann verwendet werden, solange mindestens eine Schweißnaht zu einer hermetischen Abdichtung führt und der oder die Schweißstöße die gewünschten mechanischen Festigkeiten erreichen. Die Länge der verschiedenen Tiefensektionen kann ebenfalls in Abhängigkeit von den Festigkeitsanforderungen des Schweißstoßes 115 variieren. Zum Beispiel kann die erste Tiefe über eine Länge von 2 Inch geschweißt werden, während die flachere Tiefe dann über eine Länge von 5 Inch geschweißt werden kann und dann über eine Länge von 2 Inch zu der ersten Tiefe zurückkehrt, usw. Dies gestattet eine Optimierung des Schweißstoßes 115 in dem Rad. Diese oszillierende Tiefe kann erzeugt werden, indem man die Energiedichte des Strahls 307 während der Schweißoperation verändert. Eine solche Ausführungsform kann die Schweißoperation beschleunigen und Schweißenergie sparen. Diese Variation der Schweißtiefe kann ebenfalls erreicht werden, indem man die Gestalt des Strahls 307, die Energiedichte des Strahls und/oder die Geschwindigkeit des Schweißprozesses verändert.
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Die Querschnittsbreite des Schweißstoßes 115 an der Stelle des Zusammentreffens der Flächen 116/118 sollte ausreichend groß sein, um die benötigte strukturelle Integrität für die Schweißnaht zu bieten. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind nicht durch die Gesamtquerschnittsform des Schweißstoßes beschränkt, außer dass der Punkt 115 die erforderliche strukturelle Integrität haben sollte. Um die Breite der Naht 115 (erforderlichenfalls) zu vergrößern, kann ein Mehrstrahllaserschweißprozess verwendet werden. In beispielhaften Ausführungsformen hat der Schweißstoß 115 an der Stelle des Zusammentreffens der Stegabschnitte 107/109 eine Breite Z. Die Breite Z sollte ausreichend groß sein, um das Rad 100 hermetisch abzudichten und die jeweils erforderliche Festigkeit zu erzeugen. In einigen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung liegt die Breite Z im Bereich von 10 bis 100% der Dicke T. In einigen beispielhaften Ausführungsformen braucht der Schweißstoß 115 nicht vorhanden zu sein, um dem Rad Festigkeit zu verleihen. Es kann dann ein dünnerer Schweißstoß 115 verwendet werden, der vor allem der hermetischen Abdichtung des Rades dient. Zum Beispiel kann in solchen Ausführungsformen der Schweißstoß eine Breite Z im Bereich von 5 bis 50% von T haben. In einigen beispielhaften Ausführungsformen ist die Breite Z nicht über die gesamte Schweißnaht hinweg konstant. Zum Beispiel muss es nicht unbedingt erforderlich sein, dass die gesamte Länge des Schweißstoßes 115 eine konstante Dicke aufgrund von Festigkeitsanforderungen hat. In solchen Ausführungsformen können einige Abschnitte der Naht 115 eine erste Dicke Z haben, während andere Abschnitte eine zweite Dicke Z haben, die kleiner als die erste Sektion ist. In solchen Ausführungsformen können die ersten Sektionen den Hauptanteil der Festigkeit der Naht 115 bereitstellen, während die dünneren Sektionen weniger Festigkeit bieten, aber die hermetische Abdichtung fortsetzen. Solche Ausführungsformen erlauben das Einsparen von Energie während des Schweißprozesses. In einigen beispielhaften Ausführungsformen können mehrere Strahlen verwendet werden, um die Breite des Schweißstoßes 115 während des Schweißens zu variieren.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erlauben das Herstellen hermetisch abgedichteter Radbaugruppen 100, die autogen in weniger als der halben Zeit wie Räder des Standes der Technik mit signifikant weniger Kosten und weniger Produktausschuss infolge der Porosität des Lichtbogenschweißens geschweißt wurden.
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Natürlich ist anzumerken, dass die Sektionen 103/105 nach Bedarf oder Wunsch auch andere Schweißstöße als die hier beschriebenen haben können. Zum Beispiel können in einigen anderen beispielhaften Ausführungsformen die Nabenabschnitte 108/110 an die Nabe 101 geschweißt werden, um die Festigkeit weiter zu erhöhen. Alternativ können die Nabenabschnitte 108/110 autogen an die Nabe geschweißt werden, anstatt durch die Stegabschnitte 107/109 hindurch geschweißt zu werden. Je nach Bauart des Rades 100 kann der autogene Schweißstoß nach Bedarf überall angeordnet werden, dergestalt, dass die gewünschte Festigkeit und hermetische Abdichtung erreicht werden. Des Weiteren können die Sektionen 103/105 an dem Kontaktpunkt zwischen den Sektionen (die Nahtstelle, wo sie einander berühren) innerhalb des Leerraumes 119 aneinander geschweißt werden. Diese Schweißnähte können Laserschweißnähte sein, wie im vorliegenden Text beschrieben. Natürlich können nach Bedarf auch mehrere Schweißnähte an den Radbaugruppe 100 gezogen werden, wobei mindestens eine Schweißnaht autogen ist. Je nach Passung der Sektionen 103/105 kann es notwendig sein, in einigen Teilen des Rades eine Schweißnaht mit Füllmaterial zum Ausfüllen von Spalten zu ziehen. Dies kann mit jedem bekannten Schweißverfahren geschehen, bei dem Füllmaterial verwendet wird.
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Obgleich die Erfindung speziell mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Dem Durchschnittsfachmann ist klar, dass verschiedene Änderungen in Form und Detail daran vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Geltungsbereich der Erfindung, wie er durch die folgenden Ansprüche definiert wird, abzuweichen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Radbaugruppe
- 101
- Nabe
- 103
- erste Radsektion
- 105
- zweite Radsektion
- 107
- erster Stegabschnitt
- 108
- Nabenabschnitt
- 109
- zweiter Stegabschnitt
- 110
- Nabenabschnitt
- 111
- gewinkelter Abschnitt
- 112
- Flanschabschnitt
- 113
- gewinkelter Abschnitt
- 114
- Flanschabschnitt
- 115
- Schweißraupe oder Naht
- 116
- Fläche
- 117
- Reifen
- 118
- Fläche
- 119
- Hohlraum oder Druckzone
- 300
- Schweißsystem
- 301
- Laserstromversorgung
- 303
- Systemsteuereinheit
- 305
- Laser
- 307
- Strahl
- 309
- Platte
- 311
- Motor
- D
- Tiefe
- L
- Distanz
- T
- Dicke
- W
- Länge
- Z
- Breite
