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Die Erfindung betrifft eine Lagereinheit einer Rotorwelle für eine Aufladevorrichtung einer Brennkraftmaschine, und eine entsprechende Aufladevorrichtung, insbesondere einen Abgasturbolader oder einen elektromotorisch angetriebenen Radialverdichter für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Verbrennungsmotor für Kraftfahrzeuge, Luft- oder Wasserfahrzeuge. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Demontageverfahren für die Lagereinheit zum Beispiel für Wartungs- oder Instandsetzungszwecke.
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Aufladevorrichtungen, insbesondere Abgasturbolader oder elektromotorisch angetriebene Radialverdichter (EAV), häufig auch als E-Booster, E-Compressor oder E-Lader bezeichnet, werden vermehrt zur Leistungssteigerung bei Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Dies geschieht immer häufiger mit dem Ziel den Verbrennungsmotor bei gleicher oder gar gesteigerter Leistung in Baugröße und Gewicht zu reduzieren und gleichzeitig den Verbrauch und somit den CO2-Ausstoß, im Hinblick auf immer strenger werdende gesetzliche Vorgaben diesbezüglich, zu verringern. Das Wirkprinzip besteht darin, den Druck im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors zu erhöhen und so eine bessere Befüllung des Brennraumes mit Luft-Sauerstoff zu bewirken und somit mehr Treibstoff, Benzin, Diesel, Gas, etc. pro Verbrennungsvorgang umsetzen zu können, also die Leistung des Verbrennungsmotors zu erhöhen.
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Zur Druckerzeugung wird häufig zum Beispiel ein Radialverdichter eingesetzt bei dem zur Druckerzeugung ein auf einer Rotorwelle in einem Verdichtergehäuse angeordnetes Verdichterlaufrad mit der Rotorwelle um die Rotorwellenlängsachse mit hoher Drehzahl dreht. Dies erfordert eine entsprechende Drehlagerung der Rotorwelle, wobei zu beachten ist, dass auf die Rotorwelle auch Axialkräfte wirken, die durch die Lagerung abgestützt werden müssen.
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Die hohen und wechselnden Drehzahlen, sowie wechselnde, zum Teil sehr hohe Temperaturen und ebenfalls hohe Anforderungen an einen verlust- und geräuscharmen Betrieb bei hoher Lebensdauer, stellen hohe Anforderungen an die Lagerung der Rotorwelle. Hierbei sind aus dem Stand der Technik eine Vielzahl unterschiedlicher Lagersysteme bekannt. Herkömmlich sind insbesondere bei Abgasturboladern Gleitlagersysteme bekannt, aber auch Wälzlagersysteme werden aufgrund ihres leichten Laufes zunehmend eingesetzt.
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Aufgrund der Komplexität der Lagerung und der geforderten Präzision, kommen dabei vermehrt Lagersysteme zum Einsatz, die für sich genommen oder in Kombination mit der Rotorwelle geschlossene Einheiten bzw. Baugruppen bilden, die außerhalb eines Lagergehäuses vormontierbar sind und dann als komplette Baugruppe in eine Lageraufnahmebohrung des Lagergehäuses eingesetzt und darin sowohl in axialer Richtung als auch in Drehrichtung festgelegt werden müssen.
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So ist beispielsweise aus dem Dokument
EP 0 286 883 A1 eine Gleitlagerung einer Läufereinheit eines Abgasturboladers bekannt, die eine in einer Bohrung eines Lagergehäuses angeordnete Lagerhülse aufweist, die gegen Drehung gesichert ist. Die Hülse enthält an ihren beiden axialen Endbereichen jeweils eine innere und eine äußere Lagerfläche. Zur Drehsicherung ist ein ringförmiges Federelement vorgesehen, welches in Umfangsrichtung elastisch ausgebildet ist und mit einem ersten Ende in eine Nut der Hülse eingreift.
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Aus Dokument
DE10 2010 054 905 A1 ist dagegen eine Lagereinheit für einen Turbolader bekannt, umfassend ein Lagergehäuse, eine innerhalb des Lagergehäuses angeordnete Wälzlagerkartusche als eigenständige Baugruppe mit einem Lageraußenring, sowie ein am Lagergehäuse angeordnetes Sicherungselement zur verdrehsicheren Positionierung des Lageraußenrings.
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Die Dokumente
DE 10 2014 212 155 A1 ,
DE 10 2015 219 363 B3 sowie
DE 10 2017 216 282 A1 offenbaren jeweils Lagereinheiten für die Rotorwelle einer Aufladevorrichtung, insbesondere eines Turboladers, die als Wälzlager ausgebildet sind, wobei die jeweilige Lageranordnung zusammen mit der zu lagernden Rotorwelle eine Einheit bildet und wobei die jeweils inneren Laufflächen für die Wälzkörper unmittelbar auf der Rotorwelle ausgebildet sind. Hier wird die Lageranordnung auf der Rotorwelle vormontiert und dann zusammen mit der Rotorwelle als Baugruppe in die Lagerbohrung des Lagergehäuses eingesetzt. Die Wälzlager wirken dabei gleichzeitig als Radiallager und als Axiallager für die Rotorwelle, so dass lediglich die Lageranordnung, insbesondere deren Lageraußenring bzw. die äußere Lagerhülse in der Lagerbohrung des Lagergehäuses axial und in Drehrichtung fixiert werden muss. Dies erfolgt insbesondere bei den Gegenständen der
DE 10 2015 219 363 B3 und der
DE 10 2017 216 282 A1 mittels jeweils einem zentral in der Lagerbohrung angeordneten Federring unterschiedlicher Ausprägung.
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Weiterhin offenbart Dokument
DE 10 2004 049 992 A1 eine Lagervorrichtung für ein Rad eines Fahzeuges, wobei an der äußeren Umfangsfläche des äußeren Lagerrings eine ringförmige Anschlagringnut und an der inneren Umfangsfläche der Aufnahmebohrung der Lagereinheit eine weitere ringförmige Anschlagringnut vorgesehen ist. In die Anschlagringnuten ist ein Anschlagring eingepasst, der die Lagervorrichtung in ihrer axialen Position fixiert.
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Schließlich zeigt Dokument
DE 11 2010 001 913 T5 eine Lagereinheit eines Turboladers mit einer Wälzlager-Patrone, wobei die Wälzlager-Patrone derart in dem Lagergehäuse montiert ist, dass sie nicht starr ist, jedoch sowohl axial als auch drehmäßig gehalten ist. Dies wird durch den Einsatz eines speziellen Federclips erreicht, der mindestens je ein Verdrehsicherungsmerkmal zum Eingriff in das Lagergehäuse und zum Eingriff in die Wälzlager-Patrone aufweist.
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Die Herausforderungen bei der Fixierung der oben genannten Lageranordnungen in der Lagerbohrung des Lagergehäuses besteht darin, dass die Position der Lageranordnung im Lagergehäuse möglichst präzise bestimmt ist, jedoch möglichst wenig Schwingungen der Lageranordnung im Betrieb, durch starre Kopplung auf das Lagergehäuse übertragen werden sollen. Gleichzeitig ist darauf zu achten, dass die Lageranordnung kompakt ausgebildet ist und insbesondere kein zusätzlicher Bauraum für ggf. erforderliche Fixiermittel benötigt wird. Des Weiteren soll eine möglichst einfache und kostengünstige automatisierte Montage erfolgen können und auch eine einfache, möglichst zerstörungsfreie Demontage zu Wartungs- oder Instandsetzungszwecken soll ermöglicht sein.
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Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist es demgemäß eine Lagereinheit für eine Rotorwelle einer Aufladevorrichtung einer Brennkraftmaschine, ein Verfahren zur Demontage einer solchen Lagereinheit sowie eine entsprechende Aufladevorrichtung für eine Brennkraftmaschine zur Verfügung zu stellen, bei denen den oben genannten Herausforderungen und Randbedingungen, in gegenüber dem Stand der Technik verbesserter Weise, Rechnung getragen wird.
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Diese Aufgabe wird durch eine Lagereinheit, eine Aufladevorrichtung mit einer solchen Lagereinheit und ein Verfahren zur Demontage einer Lagereinheit gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Beansprucht wird eine Lagereinheit einer Rotorwelle, für eine Aufladevorrichtung einer Brennkraftmaschine, wie beispielsweise einen Otto- oder Diesel-Verbrennungsmotor in einem Kraftfahrzeug. Die Lagereinheit weist ein Lagergehäuse mit einer Lageraufnahmebohrung und eine in der Lageraufnahmebohrung angeordnete Lageranordnung, insbesondere eine Wälzlageranordnung, zur Lagerung der um eine Rotorlängsachse drehbaren Rotorwelle in radialer und axialer Richtung, auf. Die Lagereinheit weist dazu zumindest einen Lageraußenring mit einem Außenumfang und einem Außenringdurchmesser, sowie eine am Außenumfang angeordnete Außen-Ringnut auf und die Lageraufnahmebohrung weist einen Innenumfang und eine zur Außen-Ringnut korrespondierende erste Innen-Ringnut auf.
Zur Fixierung der Lageranordnung ist in der Lageraufnahmebohrung ein offenes Feder-Ringelement mit zwei Ringelementenden, einem Ringelement-Innendurchmesser und einem Ringelement-Außendurchmesser in der Außen-Ringnut des Lageraußenrings angeordnet, das, im montierten Zustand, zugleich in die Außen-Ringnut der Lageraufnahmebohrung und die erste Innen-Ringnut des Lageraußenrings eingreift.
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Die Lagereinheit ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass
die Lageraufnahmebohrung eine weitere Innen-Ringnut aufweist, die in einem axialen Abstand zur ersten Innen-Ringnut angeordnet ist und dass die Lageraufnahmebohrung eine radiale Zugangsöffnung aufweist, die sich über einen Teil des Innenumfangs der Lageraufnahmebohrung und axial zumindest über die axiale Position der ersten Innen-Ringnut und der weiteren Innen-Ringnut der Lageraufnahmebohrung hinweg erstreckt.
Dabei weist die weitere Innen-Ringnut eine Nuttiefe auf, die in Relation zum Ringelement-Außendurchmesser und zum Ringelement-Innendurchmesser so bemessen ist, dass das Feder-Ringelement in die weitere Innen-Ringnut hinein so weit aufspreizbar ist, dass der dadurch erweiterte Ringelement-Innendurchmesser größer ist als der Außenringdurchmesser des Lageraußenrings.
Die erfindungsgemäße Aufladevorrichtung für eine Brennkraftmaschine weist einen Radialverdichter mit einem Verdichtergehäuse und einem darin angeordneten Verdichterlaufrad auf, wobei das Verdichterlaufrad auf einem Ende einer sich um eine Rotorlängsachse drehbaren Rotorwelle fixiert ist. An das Verdichtergehäuse ist, zur Lagerung der Rotorwelle in radialer und axialer Richtung, eine erfindungsgemäße Lagereinheit, gemäß einer der vorausgehend oder nachfolgend beschriebenen Ausführungen, angeordnet.
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Die erfindungsgemäße Lagereinheit für eine Rotorwelle sowie die erfindungsgemäße Aufladevorrichtung für eine Brennkraftmaschine zeichnen sich, insbesondere dadurch aus, dass die Position der Lageranordnung im Lagergehäuse präzise bestimmt ist, dass die Lageranordnung kompakt ausgebildet ist und insbesondere kein zusätzlicher Bauraum für ggf. erforderliche Fixiermittel benötigt wird und eine einfache und kostengünstige automatisierte Montage erfolgen kann, wobei insbesondere auch eine einfache und zerstörungsfreie Demontage zu Wartungs- oder Instandsetzungszwecken ermöglicht ist.
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Eine vorteilhafte Ausführung der Lagereinheit ist dadurch gekennzeichnet, dass die Außen-Ringnut des Lageraußenrings eine Nuttiefe aufweist, die in Relation zum Ringelement-Außendurchmesser und zum Ringelement-Innendurchmesser so bemessen ist, dass das Feder-Ringelement in die Außen-Ringnut hinein, soweit zusammendrückbar ist, dass der dadurch verkleinerte Ringelement-Außendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser der Lageraufnahmebohrung.
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Der Vorteil dieser Ausführung liegt darin, dass bei der Montage der Lageranordnung zunächst das Feder-Ringelement in die Außen-Ringnut des Lageraußenrings montiert werden kann und dann die Lageranordnung bei zusammengedrücktem Feder-Ringelement von dem der ersten Innen-Ringnut der Lageraufnahmebohrung näher als der weiteren Innen-Ringnut (Demontagenut) liegenden Ende der Lageraufnahmebohrung her in axialer Richtung durch Einschieben montiert werden kann, wobei sich das Feder-Ringelement, sobald es die Position der ersten Innen-Ringnut erreicht hat, selbständig in diese aufspreizt und die Lageranordnung so fixiert.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Lagereinheit zeichnet sich dadurch aus, dass das offene Feder-Ringelement im Bereich der Ringelementenden Handhabungselemente in Form von Umbiegungen, Abwinklungen, Kröpfungen, Ösen oder Bohrungen vorgesehen sind, die so ausgebildet sind, dass ein Montagewerkzeug zum Aufspreizen oder zum Zusammendrücken des Feder-Ringelements ansetzbar ist.
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Dieses Merkmal erleichtert vorteilhaft ein automatisiertes oder auch manuelles Greifen bzw. Ansetzen eines Montagewerkzeugs sowohl bei der Montage als auch bei der Demontage.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Demontage einer erfindungsgemäßen Lagereinheit, wie zumindest in der unmittelbar vorausgehenden Ausführung und ggf. in Kombination mit Merkmalen der weiteren beschriebenen Ausführungen beschrieben, weist die im Folgenden genannten und in der angegebenen Reihenfolge auszuführenden Verfahrensschritte auf.
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Zunächst erfolgt das Bereitstellen der Lagereinheit und das Bereitstellen eines Montagewerkzeugs, das dazu ausgebildet ist an den Ringelementenden des Feder-Ringelements anzugreifen.
Darauf folgend erfolgt das Ansetzen des Montagewerkzeugs an die Handhabungselemente des Feder-Ringelements im Bereich der radialen Zugangsöffnung der Lageraufnahmebohrung.
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Im Anschluss daran erfolgt das Zusammendrücken der Ringelementenden des offenen Feder-Ringelements mittels des Montagewerkzeugs so weit, dass das Feder-Ringelement in radialer Richtung nach innen ganz in die Außen-Ringnut des Lageraußenrings eingetaucht ist und nicht mehr mit der ersten Innen-Ringnut der Lageraufnahmebohrung in Eingriff steht. In dieser Position werden die Ringelementenden gehalten.
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Nun wird die Lageranordnung zusammen mit dem Feder-Ringelement in axialer Richtung auf die weitere Innen-Ringnut zu verschoben, bis sich das Feder-Ringelement in einer mit der weiteren Innen-Ringnut der Lageraufnahmebohrung übereinstimmenden Position befindet. Dies kann ggf. mittels des Montagewerkzeugs oder auch mit einem separaten Schiebestempel von der Stirnseite der Lageranordnung her erfolgen.
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Sobald die oben genannte Position erreicht ist, erfolgt das Aufspreizen der Ringelementenden des Feder-Ringelements mittels des Montagewerkzeugs so weit, dass das Feder-Ringelement in radialer Richtung nach außen vollständig in die weitere Innen-Ringnut der Lageraufnahmebohrung eingetaucht ist und nicht mehr mit der Außen-Ringnut des Lageraußenrings in Eingriff steht. In dieser Position wird das Feder-Ringelement bzw. die Ringelementenden wiederum gehalten.
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Nun erfolgt das vollständige Entfernen der freigegebenen Lageranordnung in axialer Richtung aus der Lageraufnahmebohrung. Dies kann beispielsweise durch Ausschieben mittels Schiebestempel, wie vorausgehend bereits genannt, oder auch durch herausziehen mittels eines weiteren Werkzeugs, zum Beispiel einer Zange, erfolgen.
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Abschließend erfolgt ein erneutes Zusammendrücken der Ringelementenden des Feder-Ringelements mittels des Montagewerkzeugs so weit, bis das Feder-Ringelement nicht mehr mit der weiteren Innen-Ringnut der Lageraufnahmebohrung in Eingriff steht und ein Entnehmen des Feder-Ringelements durch die radiale Zugangsöffnung der Lageraufnahmebohrung.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Demontage der erfindungsgemäßen Lagereinheit zeichnet sich vorteilhaft dadurch aus, dass alle Komponenten auf einfache Weise, ggf. auch manuell, zerstörungs- und beschädigungsfrei voneinander separiert werden und ggf. einer Wiederverwertung zugeführt werden können.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen von Ausführungsbeispielen sowie verschiedene Kombinationsmöglichkeiten von Merkmalen der erfindungsgemäßen Lagereinheit, der Aufladevorrichtung und des Verfahrens zur Demontage werden in den Unteransprüchen offenbart und im Folgenden anhand der Darstellungen in der Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 Eine erfindungsgemäße Lagereinheit für eine Rotorwelle;
- 2 eine schematisch vereinfachte Darstellung des Bereichs des Lagergehäuses einer Ausführung der Lagereinheit, der die Lageraufnahmebohrung aufweist, mit darin aufgenommener Lageranordnung;
- 3 eine schematisch vereinfachte Darstellung wie in 2, wobei der Bereich der Lageraufnahmebohrung im Lagergehäuse in Ansicht a) und die Lageranordnung in Ansicht b) getrennt voneinander dargestellt sind;
- 4 eine vereinfachte Darstellung dreier unterschiedlicher Ausführungen a), b) und c) eines Feder-Ringelements;
- 5 eine Darstellung mehrerer unterschiedlicher Ausführungen a) bis c) des Querschnitts eines Feder-Ringelements
- 6 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Aufladevorrichtung;
- 7 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Aufladevorrichtung in Ausführung eines Abgasturboladers;
- 8 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Aufladevorrichtung in Ausführung eines elektromotorisch angetriebenen Verdichters (EAV);
- 9 ein schematisiertes Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Montage einer erfindungsgemäßen Lagereinheit.
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Funktions- und benennungsgleiche Teile sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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1 zeigt in detaillierter Darstellung eine Ausführung einer erfindungsgemäßen Lagereinheit 10 für eine Rotorwelle 30, die insbesondere geeignet ist für eine Aufladevorrichtung einer Brennkraftmaschine, am Beispiel einer Lagereinheit für einen Abgasturbolader. Entsprechende Lagereinheiten können ggf. aber auch in anderen Aggregaten mit schnell laufenden Wellen, wie zum Beispiel Pumpen, Lüftern, Generatoren etc., zur Anwendung kommen.
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Die Lagereinheit 10 weist ein Lagergehäuse 11 mit einer Lageraufnahmebohrung 12 und eine in der Lageraufnahmebohrung 12 angeordnete Lageranordnung 20, zur Lagerung der um eine Rotorlängsachse 31 drehbaren Rotorwelle 30 in radialer und axialer Richtung, auf. Die Lagerung erfolgt in diesem Beispiel konkret mittels zweier Wälzlager 32, es können jedoch beispielsweise auch Gleitlager oder Schwimmbuchsenlager zum Einsatz kommen. Am Lagergehäuse 11 zu erkennen sind weiterhin ein Ölzuführkanal 14 zur Ölversorgung der Lageranordnung 20, ein Ölabführkanal 15 zur Rückführung des Öls zum Beispiel in einen übergeordneten Ölkreislauf, ein Verdichteranschlussflansch 17 auf der linken Seite des Lagergehäuses 11, zur Koppelung der Lagereinheit 10 mit einem anzutreibenden Verdichter und einen Antriebsanschlussflansch 18 auf der rechten Seite des Lagergehäuses 11, zur Koppelung der Lagereinheit mit einem Antriebsaggregat. Weiterhin ist im Lagergehäuse 11 ein umlaufender Kühlkanal 16 vorgesehen, der zur Kühlung der Lagereinheit 10 mit Kühlmittel durchspülbar ist.
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Wie besser in den schematisiert vereinfachten und vergrößert hervorgehobenen Darstellungen der 2, 3 und 4 erkennbar ist, ist die Lageranordnung 20 der Lagereinheit 10 weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass sie zumindest einen Lageraußenring 21 mit einem Außenumfang und einem Außenringdurchmesser 21.1, sowie eine am Außenumfang angeordnete Außen-Ringnut 22 aufweist und dass die Lageraufnahmebohrung 12 einen Innenumfang und eine zur Außen-Ringnut 22 korrespondierende erste Innen-Ringnut 23 aufweist. Zur Fixierung der Lageranordnung 20 in der Lageraufnahmebohrung 12 ist ein offenes Feder-Ringelement 25 mit einem Ringelement-Innendurchmesser 25.1 und einem Ringelement-Außendurchmesser 25.2 in der Außen-Ringnut 22 des Lageraußenrings 21 angeordnet, das, im montierten Zustand, zugleich in die Außen-Ringnut 22 des Lageraußenrings 21 und die erste Innen-Ringnut 23 der Lageraufnahmebohrung 12 eingreift.
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Die Lagereinheit ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass die Lageraufnahmebohrung 12 eine weitere Innen-Ringnut 24 aufweist, die in einem axialen Abstand zur ersten Innen-Ringnut 23 angeordnet ist und auch als Demontage-Ringnut bezeichnet werden kann. Zugleich weist die Lageraufnahmebohrung 12 eine radiale Zugangsöffnung 26 auf, die sich über einen Teil des Innenumfangs der Lageraufnahmebohrung 12 und axial zumindest über die axiale Position der ersten Innen-Ringnut 23 und der weiteren Innen-Ringnut 24 der Lageraufnahmebohrung 12 hinweg erstreckt. Die radiale Zugangsöffnung 26 der Lageraufnahmebohrung 12 ist, wie in den 1, 2 und 3 erkennbar ist, auf der in der jeweiligen Figur unteren Seite der Lageraufnahmebohrung 12 angeordnet und, in diesem Beispiel, über den ebenfalls unten liegenden Ölabführkanal 15 von außen her zugänglich.
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Es ist weiterhin zu erkennen, dass die weitere Innen-Ringnut 24 eine Nuttiefe 24.1 aufweist, die in Relation zum Ringelement-Außendurchmesser 25.2 und zum Ringelement-Innendurchmesser 25.1 so bemessen ist, dass das Feder-Ringelement 25 in die weitere Innen-Ringnut 24 hinein so weit aufspreizbar ist, dass der dadurch erweiterte Ringelement-Innendurchmesser 25.1 größer ist als der Außenringdurchmesser 21.1 des Lageraußenrings 21. Dies ermöglicht es, den Lageraußenring 21 und damit die gesamte Lageranordnung 20, bei in die weitere Innen-Ringnut 24 aufgespreiztem Feder-Ringelement 25, aus der Lageraufnahmebohrung 12 des Lagergehäuses 11 zu entfernen, insbesondere auszuschieben oder auszuziehen.
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In weiterer Ausführung der vorausgehend beschriebenen erfindungsgemäßen Lagereinheit 10 weist die Außen-Ringnut 22 des Lageraußenrings 21 eine Nuttiefe 22.1 auf, wie in 3, Ansicht b) dargestellt, die in Relation zum Ringelement-Außendurchmesser 25.2 und zum Ringelement-Innendurchmesser 25.1 so bemessen ist, dass das Feder-Ringelement 25 in die Außen-Ringnut 22 hinein, soweit zusammendrückbar ist, dass der dadurch verkleinerte Ringelement-Außendurchmesser 25.2 kleiner ist als der Innendurchmesser 12.1 der Lageraufnahmebohrung 12, so dass das Feder-Ringelement in maximal zusammengedrücktem Zustand komplett in die Außen-Ringnut 22 des Lageraußenrings eingetaucht ist. Dies ermöglicht vorteilhaft ein Verschieben des Lageraußenrings 21 zusammen mit dem Feder-Ringelement 25 und somit der kompletten Lageranordnung, ggf. inklusive der Rotorwelle 30 in der Lageraufnahmebohrung 12, im Falle der Montage bis das freigegebene Feder-Ringelement 25 in die erste Innen-Ringnut 23 der Lageraufnahmebohrung 12 einrasten kann und im Falle der Demontage bis sich das Feder-Ringelement 25 in mit der weiteren Innen-Ringnut 24 übereinstimmender Position befindet und in diese hinein aufgespreizt werden kann.
In weiterer Ausführung einer der vorausgehend beschriebenen erfindungsgemäßen Lagereinheiten 10, weist das offene Feder-Ringelement 25, wie in 4 dargestellt, im Bereich seiner Ringelementenden 28, Handhabungselemente 29 in Form von Umbiegungen, Abwinklungen, Kröpfungen, Ösen oder Bohrungen auf, die so ausgebildet sind, dass ein Montagewerkzeug, hier nicht dargestellt, zum Aufspreizen oder zum Zusammendrücken des Feder-Ringelements 25 einfach und sicher ansetzbar ist. Dazu zeigt Ansicht a) der 4 am jeweiligen Ringelementende 28 beispielsweise eine Abwinklung nach außen, an der eine Montagewerkzeug angesetzt werden kann. Ansicht b) der 4 zeigt beispielsweise eine Umbiegung senkrecht aus der Ebene des Feder-Ringelements 25 heraus und Ansicht c) der 4 zeigt jeweils eine Öse mit einer mittigen Bohrung, in die ein Montagewerkzeug eingreifen kann.
Solche Handhabungselemente 28 erleichtern das Ansetzen eines Montagewerkzeugs sowohl bei einer automatisierten als auch bei einer manuellen Montage oder Demontage.
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In weiterer Ausführung der erfindungsgemäßen Lagereinheit 10, gegebenenfalls im Zusammenwirken mit den Merkmalen einer der vorausgehend beschriebenen Ausführungen, weist die erste Innen-Ringnut 23 der Lageraufnahmebohrung 12 eine Nuttiefe 23.1 und einen daraus resultierenden Nutgrund-Durchmesser 23.2 auf, die in Relation zum Ringelement-Außendurchmesser 25.2 so bemessen sind, dass der Nutgrund-Durchmesser 23.2 gleich oder kleiner ist als der Ringelement-Außendurchmesser 25.2 im entspannten Zustand des Feder-Ringelements 25. Siehe dazu die 2 und 3. Dadurch ist gewährleistet, dass das Feder-Ringelement 25 im montierten Zustand im Nutgrund der ersten Innen-Ringnut 23 spielfrei bzw. mit leichter Vorspannung anliegt. Dies verhindert eine Bewegung des Feder-Ringelements 25 und eine damit verbundene Geräuscherzeugung im montierten Zustand im Betrieb.
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Alle vorgenannten Ausführungen der Lagereinheit 10 können des Weiteren dadurch gekennzeichnet sein, dass das Feder-Ringelement 25 einen Profilquerschnitt 25.3 aufweist, der eine Rechteckform oder eine Konusform, oder eine Kombination aus Konusform und Rechteckform oder auch eine Kreisform aufweist. In den Ansichten a), b) und c) der 5 sind beispielhaft verschiedene Formen des Profilquerschnitts 25.3 dargestellt. So zeigt Ansicht a) eine Rechteckform des Profilquerschnitts 25.3, wobei das Seitenverhältnis der langen und der kurzen Seite nach je nach Erfordernis gewählt werden kann, wobei selbstverständlich auch eine Quadratform, als Rechteckform mit gleichlangen Seiten, eingeschlossen ist. Ansicht b) der 5 zeigt eine Kombination von Rechteckform und Konusform, wobei auf das radial innen liegende Rechteck radial außen eine Konusform aufgesetzt ist. Dies erscheint besonders vorteilhaft, wenn auch die erste Innen-Ringnut 23 eine zur Konusform komplementäre Geometrie aufweist. Unter Vorspannung des Feder-Ringelements 25 kann so eine Klemmwirkung entstehen, die einen besonders sicheren Sitz des Feder-Ringelements 25 in der ersten Innen-Ringnut 23 gewährleistet. Ansicht c) der 5 zeigt eine Kreisform des Profilquerschnitts 25.3. Dies scheint eine besonders einfache und kostengünstige Alternative zu sein, da ein einfacher Federdraht verwendet werden kann.
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In weiterer Ausführung der erfindungsgemäßen Lagereinheit 10, bildet der Außenlagerring 21 den Außenmantel einer Wälzlageranordnung, die als integrierte Lageranordnung 20 auf die Rotorwelle vormontierbar und alleine oder zusammen mit der Rotorwelle, in axialer Richtung in die Lageraufnahmebohrung montierbar ist. Ein Beispiel einer solchen Ausführung ist in 3, Ansicht b) dargestellt. Hierbei besteht die Lageranordnung 20 aus zwei als Kugellager ausgebildeten Wälzlagern 32, deren Laufflächen zum einen direkt auf der Rotorwelle 30 ausgebildet und zum anderen auf der Innenmantelfläche des Lageraußenrings angeordnet oder direkt auf der Innenmantelfläche des Lageraußenrings 21 ausgebildet sind. Diese Art der Lagerung wirkt gleichzeitig radial wie axial. Die Lageranordnung 20, inklusive Rotorwelle 30, kann so vorteilhaft als eigenständige Baugruppe unabhängig vom Lagergehäuse 11 vormontiert und als Ganzes in die Lageraufnahmebohrung 12 des Lagergehäuses 11 eingesetzt und mittels des Feder-Ringelements 25, in der vorausgehend beschriebenen Weise, festgelegt werden. Auch die Montage einer sogenannten integralen Lagerkartusche im Lagergehäuse 11 bzw. vorausgehend auf der Rotorwelle 30 ist möglich.
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6 zeigt nun, in schematisch vereinfachter Darstellung, eine Ausführung einer erfindungsgemäßen Aufladevorrichtung 50, die einen Radialverdichter 51 mit einem Verdichtergehäuse 52 und einem darin angeordneten Verdichterlaufrad 53 aufweist, wobei das Verdichterlaufrad 53 auf einem Ende einer sich um eine Rotorlängsachse 31 drehbaren Rotorwelle 30 fixiert ist. An dem Verdichtergehäuse 52 ist eine erfindungsgemäße Lagereinheit 10, wie vorausgehend beschrieben, zur Lagerung der Rotorwelle 30 in radialer und axialer Richtung angeordnet. Durch Drehung der Rotorwelle 30 wird das Verdichterlaufrad 53 im Verdichtergehäuse 52 in eine Rotation um die Rotorlängsachse 31 versetzt und saugt Luft L, in der Figur gekennzeichnet durch Pfeile, in axialer Richtung durch den Verdichtereinlass 54 an und gibt diese unter erhöhtem Druck durch den Verdichterauslass 55, zum Beispiel in das Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine, ab. Weiterhin sind in 6 die erste Innen-Ringnut 23 mit eingesetztem Feder-Ringelement 25 und die auch als Demontage-Ringnut bezeichnete weitere Innen-Ringnut 24 schematisch vereinfacht dargestellt.
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In 7 ist nun eine erfindungsgemäße Aufladevorrichtung 50, wie vorausgehend beschrieben, schematisch vereinfacht dargestellt, die als Abgasturbolader 50.1 ausgebildet ist. Dazu ist auf der dem Radialverdichter 51 gegenüberliegenden Seite der erfindungsgemäßen, vorausgehend beschriebenen Lagereinheit 10, eine Abgasturbine 60 mit einem Turbinengehäuse 62 und einem darin aufgenommenen Turbinenlaufrad 63 angeordnet. Das Turbinenlaufrad 63 ist an dem, dem Radialverdichter 51 gegenüberliegenden, die Lagereinheit 10 durchragenden Ende der Rotorwelle 30 angeordnet. Im Betrieb strömt Abgas A, in 7 durch Pfeile gekennzeichnet, das beispielsweise von einer Brennkraftmaschine ausgestoßen wird, durch einen Turbineneinlass 64 auf das Turbinenlaufrad 63 und versetzt dieses dadurch in Drehung, wodurch gleichzeitig das auf der gemeinsamen Rotorwelle 30 angeordnete Verdichterlaufrad 53 angetrieben wird. Das Abgas A wird dann über einen Turbinenauslass 65, beispielsweise in die Abgasanlage der Brennkraftmaschine, abgeführt. Die Vorteile dieser Ausführung der Aufladevorrichtung 50.1 sind darin zu sehen, dass hier die im Abgas A vorhandene Energie, die andernfalls ungenutzt mit dem Abgas A ausgestoßen wird, zumindest zum Teil zur Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine genutzt wird.
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In 8 ist eine weitere Ausführung der erfindungsgemäßen Aufladevorrichtung 50 wie vorausgehend beschrieben, schematisch vereinfacht dargestellt, die als elektromotorisch angetriebener Radialverdichter 50.2, kurz auch als Elektroverdichter bezeichnet, ausgebildet ist. Hier ist auf der dem Radialverdichter 51 gegenüberliegenden Seite der erfindungsgemäßen, vorausgehend beschriebenen Lagereinheit 10, ein elektrischer Antriebsmotor 70 mit einem Stator 71 und einem Antriebs-Rotor 72 angeordnet. Dabei ist der Antriebs-Rotor 72 an dem, dem Radialverdichter 51 gegenüberliegenden, die Lagereinheit 10 durchragenden Ende der Rotorwelle 30 angeordnet. Im Betrieb wird an eine elektrische Anschlussleitung 73 eine elektrische Spannung angelegt und so der Antriebs-Rotor 72 des elektrischen Antriebsmotors 70 in Drehung versetzt, wodurch gleichzeitig das auf der gemeinsamen Rotorwelle 30 angeordnete Verdichterlaufrad 53 angetrieben wird.
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In 9 ist schließlich eine Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Demontage einer Lagereinheit 10, wie vorausgehend beschrieben, in einem vereinfachten schematisierten Ablaufdiagramm dargestellt. Wie anhand der verwendeten Symbolik einfach zu erkennen ist, weist das erfindungsgemäße Verfahren die folgend beschriebenen, wesentlichen Verfahrensschritte auf, die in einzelnen Blöcken dargestellt und in der dargestellten Reihenfolge auszuführen sind.
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Block B1 kennzeichnet die Bereitstellung einer Lagereinheit im montierten Zustand.
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Block B2 kennzeichnet die Bereitstellung eines Montagewerkzeugs 35, das dazu ausgebildet ist an den Ringelementenden 28 des Feder-Ringelements 25 anzugreifen.
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In dem mit D1 gekennzeichneten Block erfolgt das Ansetzen des Montagewerkzeugs 35 an die Ringelementenden 28 des Feder-Ringelements 25 im Bereich der radialen Zugangsöffnung 26 der Lageraufnahmebohrung 12. Dies kann vorteilhaft vereinfacht sein durch die Ausstattung der Ringelementenden 28 des Feder-Ringelements 25 mit Handhabungselementen 29, wie in einer vorausgehend beschriebenen Ausführung der Lagereinheit 10 beschrieben.
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Daraufhin erfolgt, wie in Block D2 dargestellt, das Zusammendrücken der Ringelementenden 28 des offenen Feder-Ringelements 25 mittels des Montagewerkzeugs 35 so weit, dass das Feder-Ringelement 25 in radialer Richtung nach innen ganz in die Außen-Ringnut 22 des Lageraußenrings 21 eingetaucht ist und nicht mehr mit der ersten Innen-Ringnut 23 der Lageraufnahmebohrung 12 in Eingriff steht. In dieser Position werden die Ringelementenden 28 gehalten.
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Im nächsten Verfahrensschritt, der in Block D3 dargestellt ist, erfolgt das Verschieben der Lageranordnung 20 zusammen mit dem Feder-Ringelement 25 in axialer Richtung auf die weitere Innen-Ringnut 24 zu, bis sich das Feder-Ringelement 25 in einer mit der weiteren Innen-Ringnut 24 der Lageraufnahmebohrung 12 übereinstimmenden Position befindet. Hierzu wird das Montagewerkzeug 35, mit dem das Feder-Ringelement 25 währenddessen in zusammengedrückter Position gehalten wird einfach mit verschoben, oder das Verschieben erfolgt gar mittels des Montagewerkzeugs 35.
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In dem darauffolgenden Verfahrensschritt in Block D4 erfolgt nun das Aufspreizen der Ringelementenden 28 des Feder-Ringelements 25 mittels des Montagewerkzeugs 35 so weit, dass das Feder-Ringelement 25 in radialer Richtung nach außen vollständig in die weitere Innen-Ringnut 24 der Lageraufnahmebohrung 12 eingetaucht ist und nicht mehr mit der Außen-Ringnut 22 des Lageraußenrings 21 in Eingriff steht. In dieser Position werden die Ringelementenden 28 wiederum gehalten.
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Die auf diese Weise freigegebene Lageranordnung 10 wird nun, in dem mit D5 gekennzeichneten Verfahrensschritt, in axialer Richtung vollständig aus der Lageraufnahmebohrung 12 entfernt und auf diese Weise separiert als getrennte Baugruppe bereitgestellt, wie durch Block B3 symbolisiert. Währenddessen wird das Feder-Ringelement 25 weiter mittels des Montagewerkzeugs 35 in aufgespreizter Position in der weiteren, auch als Demontagenut bezeichenbaren Innen-Ringnut 24 gehalten.
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Im Folgenden, in Block D6 dargestellten Verfahrensschritt, werden nun die Ringelementenden 28 des Feder-Ringelements 25 mittels des Montagewerkzeugs 35 erneut zusammengedrückt, und zwar so weit, bis das Feder-Ringelement 25 nicht mehr mit der weiteren Innen-Ringnut 24 der Lageraufnahmebohrung 12 in Eingriff steht und das Feder-Ringelement 25 wird durch die radiale Zugangsöffnung 26 aus der Lageraufnahmebohrung 12 und dem Lagergehäuse 11 entnommen. Somit sind nun auch das Feder-Ringelement 25 sowie das Lagergehäuse 11 von einander separiert und können, wie in den Blöcken B4 und B5 symbolisiert, getrennt voneinander bereitgestellt werden.
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Es ist festzuhalten, dass das Verfahren sowohl automatisiert als auch zumindest in Teilen manuell durchführbar ist und alle Komponenten auf einfache Weise, zerstörungs- und beschädigungsfrei voneinander separiert werden und ggf. einer Aufbereitung und Wiederverwertung zugeführt werden können.
