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Die Erfindung betrifft ein Endstück für eine mehrteilig ausgebildete Koppelstange eines Abgasturboladers, wobei das Endstück ein Lagerauge zur Verbindung mit einer Gelenkachse eines Hebels und eine daran angeformte Anschlusshülse zur Verbindung mit einem Ende einer Stange der Koppelstange ausbildet, wobei das Lagerauge mit einer Lagerbuchse und einem die Lagerbuchse umgebenden Lagerring ausgebildet ist, wobei das Endstück mittels Zweikomponenten-Metallpulverspritzgießen einstückig ausgebildet ist, wobei der Lagerring aus einer ersten Komponente besteht, wobei die Lagerbuchse eine zweite Komponente aufweist, wobei die erste Komponente Stahl ist. Weiter betrifft die Erfindung eine Koppelstange mit einem Endstück sowie einen Abgasturbolader mit einer Koppelstange.
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Koppelstangen für Abgasturbolader sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Abgasturbolader mit einer Ladedruckregelung verfügen regelmäßig über ein Bypassventil in einem Abgasstrom. Über das Bypassventil kann ein Teil des Abgasstroms an einer Turbine des Abgasturboladers zur Regelung eines Ladedrucks vorbeigeleitet werden.
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Das Bypassventil kann in Art einer Klappe in dem Abgasturbolader integriert sein und wird über einen Hebel betätigt. Die mechanische Betätigung erfolgt mittels einer Koppelstange, die mit einem Ende an dem Hebel des Bypassventils und mit einem anderen Ende an einem weiteren Hebel oder Aktuator zur Betätigung befestigt ist. Die Koppelstange weist an ihren Enden jeweils ein Lagerauge zur Verbindung mit einer Gelenkachse des jeweiligen Hebels bzw. Aktuators auf. Alternativ kann die Koppelstange auch zur Verstellung von Leitschaufeln des Abgasturboladers genutzt werden.
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Da die Bauteile eines Abgasturboladers thermisch hoch belastet sind, muss eine derartige Koppelstange an diese Belastungen entsprechend angepasst sein. Aus dem Stand der Technik ist es daher bekannt, Koppelstangen mittels Schmieden oder Stanzen einstückig herzustellen, um eine ausreichende mechanische Festigkeit dieses Bauteils auch bei hohen Temperaturen gewährleisten zu können. Bei den Herstellungsverfahren Schmieden und Stanzen ist es erforderlich, die betreffende Koppelstange noch einmal mechanisch zu bearbeiten. Nachteilig ist hier, dass bei der Herstellung für jede Art einer Koppelstange unterschiedliche Gesenkformen beschafft und bereitgehalten werden müssen. Je nach Fahrzeugmotorisierung sind unterschiedliche Abgasturbolader im Einsatz, so dass sich alleine für einen Fahrzeugtyp verschiedene Arten von Koppelstangen ergeben. So müssen entsprechend der Variantenanzahl der Koppelstangen Werkzeuge und Vorrichtungen zur mechanischen Bearbeitung eingesetzt werden.
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Weiter ist es bekannt, Lagerstellen durch Nitrieren bzw. Nitridieren zu härten. Dabei wird eine Oberflächenschicht an dem Lagerauge ausgebildet, die vergleichsweise härter ist als eine Oberflächenschicht des nicht behandelten Lagerauges. Durch das Nitrieren soll das Lagerauge verschleißfester ausgestaltet werden. Neben dem Nitrieren sind auch weitere Diffusionsverfahren, wie Kolsterisieren und Thermi-SP sowie Beschichtungsverfahren bekannt, die zur verschleißfesten Ausbildung von Lagerstellen angewendet werden. Prinzipiell ist es auch möglich, ein Lagerbauteil komplett aus einem nitrierten Basiswerkstoff herzustellen. Nachteilig ist hier jedoch, dass eine Behandlung des kompletten Bauteils erforderlich ist bzw. eine partielle Behandlung des Bauteils mit erhöhtem Aufwand möglich ist. Auch kann es beim Nitrieren zur Bildung von Chromkarbiden kommen, was einen Chromgehalt unter 12% absenken kann, so dass der Stahl in Folge des Nitrierens nicht mehr korrosionsbeständig ist. Weiter können nur relativ kleine Schichtdicken von einigen hundertstel mm mit vertretbarem Kostenaufwand hergestellt werden. Beschichtungen neigen hingegen zum Ablösen und sind vergleichsweise kostenaufwendig herzustellen. Darüber hinaus sind nachfolgende Arbeitsschritte, wie beispielsweise Schweißen, an den behandelten Bauteilen aufgrund der Behandlung nicht oder nur begrenzt durchzuführen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Endstück für eine Koppelstange vorzuschlagen, welches eine hohe Verschleißfestigkeit aufweist, gut weiterverarbeitbar sowie kostengünstig herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Endstück mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Koppelstange mit den Merkmalen des Anspruchs 10 bzw. 11 sowie einen Abgasturbolader mit den Merkmalen des Anspruchs 20 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Endstück für eine mehrteilig ausgebildete Koppelstange eines Abgasturboladers, bildet ein Lagerauge zur Verbindung mit einer Gelenkachse eines Hebels und eine daran angeformte Anschlusshülse zur Verbindung mit einem Ende einer Stange der Koppelstange aus, wobei das Lagerauge mit einer Lagerbuchse und einem die Lagerbuchse umgebenden Lagerring ausgebildet ist, wobei das Endstück mittels Zweikomponenten-Metallpulverspritzgießen einstückig ausgebildet ist, wobei der Lagerring aus einer ersten Komponente besteht, wobei die Lagerbuchse eine zweite Komponente aufweist, wobei die erste Komponente Stahl ist.
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Dadurch, dass das Endstück durch zwei Zweikomponenten-Metallpulverspritzgießen hergestellt ist, wird es möglich, den Lagerring aus der ersten Komponente und die Lagerbuchse aus der zweiten Komponente auszubilden, wobei die jeweiligen Komponenten unterschiedliche Materialeigenschaften aufweisen. Beim Zweikomponenten-Metallpulverspritzgießen bzw. Pulverspritzgießen (Powder Injection Molding oder Metal Injection Molding) wird Metallpulver mit einem organischen Binder vermischt und mittels einer Spritzgussmaschine in eine Spritzgießform eingebracht. Nachfolgend wird der Binder entfernt und das Bauteil bzw. das Endstück in einem Ofen gesintert. Beim Zweikomponenten-Metallpulverspritzgießen wird zunächst die erste Komponente und nachfolgend die zweite Komponente jeweils mit dem Binder in die Spritzgießform eingebracht oder umgekehrt. Weiter ist es auch möglich, beide Komponenten gleichzeitig in die Spritzgießform einzubringen. Wesentlich ist, dass Bauteilabschnitte ausgebildet werden, die die jeweiligen Komponenten aufweisen. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass ein Bauteilabschnitt bzw. eine entsprechende Kavität in der Spritzgießform beim Einbringen einer Komponente in die Spritzgießform, beispielsweise mittels eines Verschlusses, abgedeckt oder geschlossen ist.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Lagerring aus der ersten Komponente besteht, wobei die erste Komponente Stahl ist. Demnach wird dann ein Stahlpulver mit einem Binder zusammen in eine Spritzgießform des Endstücks eingespritzt. Weiter weist die Lagerbuchse die zweite Komponente auf, so dass die zweite Komponente in Pulverform mit einem Binder vermischt ebenfalls in die Spritzgießform des Endstücks eingespritzt wird und dann die Lagerbuchse des sogenannten Grünteils des Endstücks ausbildet. Nach dem Entfernen des Binders bzw. dem Endbindern wird das sogenannte Braunteil des Endstücks durch Sintern zu dem Endstück bzw. dem Fertigteil ausgebildet. Das Pulver der ersten Komponente und der zweiten Komponente verbindet sich dabei an seiner Oberfläche und es wird ein Endstück mit hoher Dichte erhalten. Da die Lagerbuchse die zweite Komponente aufweist, kann die Lagerbuchse mit von dem Lagerring bzw. der Anschlusshülse sich unterscheidenden Materialeigenschaften hergestellt werden. Eine Behandlung des Endstücks im Rahmen eines Diffusionsverfahrens oder eines Beschichtungsverfahrens ist dann nicht mehr erforderlich. Die zweite Komponente kann so ausgewählt werden, dass die Lagerbuchse mit den gewünschten Materialeigenschaften ausgebildet wird. Die erste Komponente bzw. der Stahl kann ebenfalls so ausgewählt werden, dass sich eine gute Weiterverarbeitbarkeit des Endstücks an der Anschlusshülse, beispielsweise mittels Schweißen, ergibt. Insgesamt weist das Endstück verbesserte Eigenschaften auf und ist gleichzeitig in großer Stückzahl kostengünstig herstellbar.
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Vorteilhaft ist es, wenn das Material der Lagerbuchse vergleichsweise verschleißfester ist als das Material des Lagerrings. Eine Lagerverbindung zwischen dem Endstück und einem Hebel eines Abgasturboladers kann dann mit einer höheren Standzeit oder auch mit kleineren Dimensionen ausgebildet werden.
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Das Material der Lagerbuchse kann eine vergleichsweise größere Härte aufweisen als das Material des Lagerrings. Einerseits kann so eine Abnutzung der Lagerbuchse durch abrasiven Verschleiß gemindert und andererseits eine Festigkeit des Endstücks bzw. des Lagerrings erhöht werden. Der Lagerring kann dann auch vergleichsweise zäher ausgebildet sein als die Lagerbuchse.
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Die erste Komponente kann ein legierter Stahl mit einem Anteil Chrom von ≥ 12 % sein. Der legierte Stahl kann dann bei einer Herstellung des Endstücks zunächst in Pulverform vorliegen und den vorgenannten Anteil an Chrom enthalten. Dadurch wird es möglich das Endstück korrosionsbeständig auszubilden.
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Die zweite Komponente kann ein legierter Stahl mit einem gegenüber der ersten Komponente erhöhten Anteil an Chrom, Kobalt und/oder Wolfram sein. Der legierte Stahl kann dann bei einer Herstellung des Endstücks zunächst in Pulverform vorliegen und die vorgenannten Legierungsbestandteile enthalten. Der legierte Stahl kann zumindest einen höheren Anteil an Chrom, Kobalt und/oder Wolfram auf als der Stahl der ersten Komponente aufweisen.
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Weiter kann die zweite Komponente bevorzugt ein Metallmatrixverbundwerkstoff oder ein keramischer Werkstoff, besonders bevorzugt, Hartmetall oder ein Karbid sein. Der Hartstoff kann dann ebenfalls in Pulverform vorliegen und für eine Herstellung verwendet werden.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Lagerbuchse aus einer Mischung der ersten Komponente mit der zweiten Komponente besteht. Die Lagerbuchse kann dann einen Anteil der ersten Komponente aufweisen, der größer oder kleiner sein kann, als der Anteil der zweiten Komponente. Durch die Mischung beider Komponenten kann eine besonders innige Verbindung zwischen Lagerbuchse und Lagerring beim Sintern ausgebildet werden.
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Alternativ kann die Lagerbuchse alleine aus der zweiten Komponente bestehen. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die zweite Komponente ein legierter Stahl ist.
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Die Lagerbuchse kann eine Schichtdicke von 0,1 mm bis 10 mm, bevorzugt von 0,3 mm bis 0,7 mm, besonders bevorzugt von 0,5 mm aufweisen. Sie kann so ausreichend stabil ausgebildet werden, und ein Ablösen der Lagerbuchse kann verhindert werden. Darüber hinaus ist die Lagerbuchse aufgrund der Schichtdicke und der verwendeten zweiten Komponente dann auch ausreichend temperaturstabil, was bei einer Verwendung des Endstücks für einen Abgasturbolader von Bedeutung ist.
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Das Endstück kann mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren, insbesondere durch Zweikomponenten-Metallpulverspritzgießen, hergestellt werden.
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Die erfindungsgemäße Koppelstange zur Verbindung zweier Hebel an einem Abgasturbolader weist an ihren Enden jeweils ein Lagerauge zur Verbindung mit einer Gelenkachse eines Hebels des Abgasturboladers auf, wobei die Koppelstange mehrteilig ausgebildet ist, wobei die Koppelstange zwei erfindungsgemäße Endstücke und eine Stange umfasst, wobei die Endstücke jeweils das Lagerauge und eine daran angeformte Anschlusshülse zur Verbindung mit Enden der Stange ausbilden, wobei die Endstück mit der Anschlusshülse auf die Enden der Stange aufgesteckt und formschlüssig, kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit den Enden der Stange verbunden sind.
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Die erfindungsgemäße Koppelstange zur Betätigung eines Hebels an einem Abgasturbolader weist an einem Ende ein Lagerauge zur Verbindung mit einer Gelenkachse eines Hebels des Abgasturboladers auf, wobei die Koppelstange mehrteilig ausgebildet ist, wobei die Koppelstange ein erfindungsgemäßes Endstück und eine Stange umfasst, wobei das Endstück das Lagerauge und eine daran angeformte Anschlusshülse zur Verbindung mit einem Ende der Stange ausbildet, wobei das Endstück mit der Anschlusshülse auf das Ende der Stange aufgesteckt und formschlüssig, kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Ende der Stange verbunden ist.
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Durch die mehrteilige Ausbildung der Koppelstange wird es möglich, die Koppelstange jeweils an unterschiedliche Arten von Abgasturbolader anzupassen. Das bzw. die Endstücke werden dabei so ausgewählt, dass sie jeweils mit Gelenkachsen von Hebeln des Abgasturboladers verbindbar sind oder mit einer Gelenkachse eines Hebels und einem Aktuator des Abgasturboladers verbindbar ist, wobei die Stange so bemessen ist, dass sie eine Strecke zwischen den jeweiligen Gelenkachsen bzw. dem Aktuator überbrückt. Die Endstücke werden mittels der daran angeformten Anschlusshülse einfach auf die Enden der Stange aufgesteckt und daran formschlüssig, kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit den Enden der Stange verbunden. So kann besonders einfach eine individuell an einen Abgasturbolader angepasste Koppelstange erhalten werden, ohne dass ein Schmieden oder Stanzen der gesamten Koppelstange erforderlich wäre. Liegen bei einem anderen Typ eines Abgasturboladers die Gelenkachsen der jeweiligen Hebel in einem vergleichsweise größeren Abstand auseinander, ist es lediglich erforderlich, eine Länge der Stange zu ändern. Das bzw. die Endstücke müssen nicht verändert werden, so dass prinzipiell für alle Arten von Koppelstangen die gleichen Endstücke verwendet werden können. Folglich kann die Koppelstange je nach Bedarf modular aus zumindest zwei bis drei Bauteilen zusammengestellt werden. Es ist dann nicht mehr erforderlich, eine große Anzahl verschiedener Gesenkformen zu beschaffen und bereitzuhalten. Insgesamt können so verschiedene Varianten von Koppelstangen flexibel und kostengünstig hergestellt werden.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Anschlusshülse und das Ende der Stange eine Spielpassung ausbilden oder mittels einer Gewindeverbindung verbunden sind. Die Spielpassung kann so beschaffen sein, dass sich das Ende der Stange leicht in die Anschlusshülse einführen lässt, was eine einfache Montage ermöglicht. Gleichzeitig kann die Spielpassung eine sichere Führung des Endstücks an der Stange gewährleisten, so dass das Endstück an der Stange positionsgenau befestigt werden kann. Alternativ können die Anschlusshülse und das Ende der Stange mittels einer Gewindeverbindung verbunden sein. So können die Anschlusshülse mit einem Innengewinde und die Stange mit einem Außengewinde ausgebildet sein. Eine Sicherung der Gewindeverbindung kann mit einer Kontermutter auf der Stange erfolgen.
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Weiter kann eine Wandung der Anschlusshülse eine Materialschwächung aufweisen. Durch die Materialschwächung wird es möglich, die Anschlusshülse im Bereich der Materialschwächung besonders einfach formschlüssig, kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem jeweiligen Ende der Stange zu verbinden. Beispielsweise kann eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Befestigung dadurch erfolgen, dass die Anschlusshülse im Bereich der Materialschwächung verformt oder gestaucht wird. Eine formschlüssige Verbindung ist einfach durch ein Umformen der Anschlusshülse und dem Ende der Stange, beispielsweise durch einen Stempel, erzielbar. Alternativ ist es möglich, die kraftschlüssige Verbindung von Anschlusshülse und dem Ende der Stange durch Stauchen der Anschlusshülse auszubilden. In diesem Fall kann das Ende der Stange mit einer Oberflächenstruktur, beispielsweise einem Rändel, ausgebildet sein, um einen möglichst hohen Reibwert zwischen Anschlusshülse und dem Ende der Stange zu erzielen. Die Materialschwächung kann auch als eine Schlüsselfläche zum Fixieren der Anschlusshülse mit einem Schraubenschlüssel oder einem vergleichbaren Werkzeug ausgebildet sein. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Anschlusshülse und das Ende der Stange mittels einer Gewindeverbindung verbunden werden sollen.
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Insbesondere kann die Materialschwächung als eine verminderte Wanddicke der Wandung ausgebildet sein. Eine verminderte Wanddicke der Wandung der Anschlusshülse ist besonders einfach und kostengünstig ausbildbar und führt darüber hinaus zu einer Gewichtsreduzierung.
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Das Endstück kann mittels Schweißen mit dem Ende der Stange verbunden sein. Durch das Schweißen wird eine stoffschlüssig Verbindung der Anschlusshülse mit der Stange ausgebildet. Das Schweißen kann vorteilhaft mittels Laserschweißen, Feuerschweißen oder Widerstandsschweißen ausgeführt werden. Eine derartige Schweißverbindung kann besonders stabil bei den hohen, an einem Abgasturbolader auftretenden Temperaturen sein. Optional ist es möglich, die stoffschlüssige Schweißverbindung mit einer formschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Verbindung von der Anschlusshülse und dem Ende der Stange zu ergänzen.
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Vorteilhaft ist es, wenn in einer Wandung der Anschlusshülse eine Öffnung ausgebildet ist. Durch die Öffnung kann einerseits ein Zusammenstecken von Anschlusshülse und Ende erleichtert werden, da aus der Öffnung bei dem Zusammenstecken Luft entweichen kann.
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Vorteilhaft kann die Öffnung als ein in Richtung einer Längsachse der Anschlusshülse verlaufender Schlitz ausgebildet sein. Ein Schlitz ist besonders einfach herstellbar und kann auch vorteilhaft zur Ausbildung einer großflächigen Schweißverbindung genutzt werden.
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Auch kann die Anschlusshülse mit der Stange an der Öffnung verschweißt sein. Ein Verschweißen im Bereich der Öffnung kann besonders einfach ausgeführt werden. So kann mit einem geringen Energieaufwand Material der Stange und Material der Anschlusshülse im Bereich der Öffnung verflüssigt und miteinander verbunden werden.
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Das Endstück kann eine quer zu einer Längsachse der Anschlusshülse verlaufende Durchgangsöffnung in und/oder an der Anschlusshülse aufweisen. Die Durchgangsöffnung kann beispielsweise eine Bohrung sein, über die Luft beim Einstecken der Stange in die Anschlusshülse entweichen kann. Weiter kann die Durchgangsöffnung vorteilhaft zur lagegenauen Positionierung der Anschlusshülse relativ zu der Stange bei einem Montagevorgang der Koppelstange genutzt werden. Auch wird es möglich durch die Durchgangsöffnung ein Gewicht der Koppelstange zu verringern.
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Die Stange kann aus einem Rundstahl ausgebildet sein. Ein Rundstahl ist besonders kostengünstig als Halbzeug in großer Menge verfügbar. Es ist dann lediglich erforderlich, die Stange durch Absägen von dem Halbzeug in der vorgesehenen Länge herzustellen. Ein Querschnitt der Stange kann beispielsweise rund, quadratisch oder auch polygonförmig ausgebildet sein.
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Die Stange kann gerade oder gebogen ausgebildet sein. Sofern erforderlich, kann je nach Anordnung der Gelenkachsen relativ zueinander ein Biegen der Stange vorgesehen sein. An der Stange können dann eine oder mehrere Biegeradien ausgebildet werden. Das Biegen kann vor oder nach einer Verbindung mit den Anschlusshülsen erfolgen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen einer Koppelstange ergeben sich aus den Merkmalsbeschreibungen der auf den Anspruch 1 rückbezogenen Unteransprüche.
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Der erfindungsgemäße Abgasturbolader umfasst eine erfindungsgemäße Koppelstange, wobei die Koppelstange zwei Hebel an dem Turbolader miteinander verbindet oder einen Hebel an dem Abgasturbolader mit einem Aktuator des Abgasturboladers verbindet. Anstelle eines der Hebel an dem Turbolader kann demnach auch ein Aktuator vorgesehen sein. Zu den Vorteilen des erfindungsgemäßen Abgasturboladers wird auf die Vorteilsbeschreibung der erfindungsgemäßen Koppelstange verwiesen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Abgasturboladers ergeben sich aus den Merkmalsbeschreibungen der auf den Anspruch 1 rückbezogenen Unteransprüche.
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Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine Ausführungsform einer Koppelstange;
- 2 eine vergrößerte Darstellung eines Endstücks der Koppelstange.
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Die 1 zeigt eine Koppelstange 10 zur Verbindung zweier hier nicht dargestellter Hebel eines Abgasturboladers, wobei die Koppelstange 10 an ihren jeweiligen Enden 11 ein Auge 12 zur Verbindung mit einer hier nicht dargestellten Gelenkachse eines Hebels des Abgasturboladers aufweist. Die Koppelstange 10 ist aus einer Stange 13 und zwei Endstücken 14 ausgebildet. Das Endstück 14 bildet das Auge 12 aus bzw. eine Buchse 15, die auf die nicht dargestellte Gelenkachse aufgesteckt und mit dieser drehbar verbunden werden kann. Weiter weist das Endstück 14 eine Anschlusshülse 16 auf, die mit einem Ende 17 der Stange 13 verbunden ist. Die Anschlusshülse 16 ist auf das Ende 17 aufgesteckt und mittels Schweißen mit dem Ende 17 stoffschlüssig verbunden. Eine Wandung 18 der Anschlusshülse 16 ist mit einer Materialschwächung 19 bzw. einer verminderten Wanddicke ausgebildet, wobei in Richtung einer Längsachse 20 der Anschlusshülse 16 ein Schlitz 21 in der Wandung 18 innerhalb des Bereichs der Materialschwächung 19 in der Wandung 18 ausgebildet ist. Im Bereich des Schlitzes 21 ist die Anschlusshülse 16 mit dem Ende 17 der Stange 13 verschweißt. Da die Wandung 18 hier vergleichsweise dünn ist, kann ein Verschweißen mit geringem Energieaufwand erfolgen.
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Die 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Endstücks 14 der Koppelstange aus 1 mit dem Lagerauge 12. Das Lagerauge 12 ist mit einer Lagerbuchse 22 und einem die Lagerbuchse 22 umgebenden Lagerring 23 ausgebildet. Insbesondere ist das Endstück 14 mittels Zweikomponenten-Metallpulverspritzgießen einstückig ausgebildet, wobei der Lagerring 23 aus einer ersten Komponente besteht, und wobei die Lagerbuchse 22 eine zweite Komponente aufweist. Die erste Komponente ist hier Stahl, wobei das Material der Lagerbuchse 22 eine vergleichsweise größere Härte aufweist als das Material des Lagerrings 23 und entsprechend verschleißfester ist. Der Lagerring 23 ist demgemäß weniger hart als die Lagerbuchse 22 ausgebildet. Eine Festigkeit des Lagerauges 12 kann durch eine vergleichsweise höhere Zähigkeit des Materials des Lagerrings 23 wesentlich erhöht werden.
