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ERFINDUNGSGEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Begrenzung einer Turboladerwälzelementlagerpatrone und insbesondere ein System, das mit einfacher Bearbeitung und preiswerten Teilen eine korrekte Montage sicherstellt und eine Verdrehsicherung sowie eine Begrenzung gegenüber Schublasten in beiden axialen Richtungen liefert. Die Erfindung liefert ein einfaches System zum Montieren der REB-Patrone mit ausreichendem Spiel, um ein Dämpfen durch einen kapselnden Ölfilm oder einen Ölfluss unter Druck zu gestatten, wobei aber gleichzeitig die REB-Patrone axial gehalten werden kann, um die axialen Lasten auf das Lagergehäuse zu übertragen, und rotationsmäßig, so dass sich die REB-Patrone nicht relativ zu dem Lagergehäuse dreht.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Turbolader führen Luft mit einer größeren Dichte, als dies bei der normal beatmeten Konfiguration möglich wäre, dem Motoreinlass zu, wodurch mehr Kraftstoff verbrannt werden kann und wodurch die Leistung des Motors verstärkt wird, ohne das Motorgewicht signifikant heraufzusetzen. Dies kann den Einsatz eines kleineren turbogeladenen Motors ermöglichen, der einen normal beatmeten Motor von größerer physischer Dichte ersetzt, wodurch die Masse und der aerodynamische Frontbereich des Fahrzeugs reduziert werden.
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Turbolader sind eine Art von Zwangsbeatmungssystem, das mit dem das Turbinengehäuse von dem Motorabgaskrümmer eintretenden Abgasfluss ein Turbinenrad (51) antreibt, das sich in dem Turbinengehäuse befindet. Das Turbinenrad ist fest an einer Welle befestigt, um die Baugruppe aus Welle und Rad zu werden. Ein Verdichterrad (20) ist an dem Flanschwellen-(56)-Ende von Welle und Rad montiert und durch die Klemmlast von einer Verdichtermutter (29) festgehalten. Die primäre Funktion des Turbinenrads besteht in dem Extrahieren von Drehleistung aus dem Abgas, um den Verdichter anzutreiben.
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Die Verdichterstufe besteht aus einem Rad (20) und seinem Gehäuse. Gefilterte Luft wird durch die Drehung des Verdichterrads axial in den Einlass der Verdichterabdeckung gesaugt. Die von der Turbinenstufe in das Rad und die Welle eingegebene Leistung treibt das Verdichterrad an, um eine Kombination aus statischem Druck mit etwas restlicher kinetischer Energie und Wärme zu erzeugen. Das unter Druck stehende Gas tritt durch den Verdichteraustritt aus der Verdichterabdeckung aus und wird üblicherweise über einen Luftladekühler an den Motoreinlass geliefert.
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Bei einem Aspekt der Verdichterstufenleistung wird die Effizienz der Verdichterstufe durch die Spielräume zwischen der Verdichterradkontur (28) und der entsprechenden Kontur in der Verdichterabdeckung beeinflusst. Je näher sich die Verdichterradkontur an der Verdichterabdeckungskontur befindet, umso höher ist die Effizienz der Stufe. Bei einer typischen Verdichterstufe mit einem 76 mm-Verdichterrad liegt der Spielraum der Spitze im Bereich von 0,31 mm bis 0,38 mm. Je näher sich das Rad an der Abdeckung befindet, umso höher ist die Wahrscheinlichkeit eines Scheuerns des Verdichterrads, also muss ein Kompromiss zwischen dem Verbessern der Effizienz und dem Verbessern der Lebensdauer existieren.
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Für das bloße Auge scheint sich die Nase des Verdichterrads bei einem typischen Turbolader um die geometrische Längsachse des Lagergehäuses zu drehen; bei Betrachtung als eine Spur auf einem x,y-Oszilloskop beschreibt die Nase des Verdichterrads jedoch Umlaufbahnen von unterschiedlichen Gestalten. Der mittlere Zentroid der Umlaufbahnen liegt nahe bei der geometrischen Längsachse des Turboladers, ist aber nicht präzise darauf zentriert. Die geometrische Achse (100) des Turboladers ist in 1 gezeigt.
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Die von der Welle und den Rädern genommenen dynamischen Ausschläge werden einer Reihe von Faktoren zugeordnet, einschließlich: der Unwucht der sich drehenden Baugruppe, der Anregung des Sockels (d. h. des Motors und des Abgaskrümmers) und der niedertourigen Anregung von der Grenzfläche des Fahrzeugs mit dem Boden.
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Der Nettoeffekt dieser Auslenkungen, die von der Welle und den Rädern genommen werden, besteht darin, dass das Design des typischen Turboladers Spielräume aufweist, die weit größer sind als jene, die für aerodynamische Effizienzniveaus gewünscht sind.
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Der typische Turbolader wird mit Öl von dem Motor gespeist. Dieses Öl, mit einem Druck, der in der Regel gleich dem des Motors ist, erfüllt mehrere Funktionen. Das Öl wird beiden Seiten der Drehlager zugeführt, um einen doppelten hydrodynamischen Squeeze-Film bereitzustellen, dessen Drücke Reaktionskräfte der Welle auf den Innendurchmesser des Lagers und den Außendurchmesser des Lagers auf die Lagergehäusebohrung ausüben. Die Ölfilme sorgen für eine Dämpfung der Reaktionskräfte, um die Amplitude der Ausschläge der Welle zu reduzieren. Das Öl fungiert auch dahingehend, Wärme von dem Turbolader wegzutragen.
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Ein typisches Turboladerdesign weist zwei benachbarte Lagersysteme auf: eines an dem Verdichterende des Lagergehäuses und eines an dem Turbinenende des Lagergehäuses. Jedes System weist zwei Grenzflächen auf: die Grenzfläche der sich drehenden Welle an dem Innendurchmesser des schwimmenden Lagers und die Grenzfläche des Außendurchmessers des schwimmenden Lagers an der festen Bohrung des Lagergehäuses.
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Die Steifheit und Dämpfungskapazitäten der typischen Turboladerlager mit doppeltem hydrodynamischen Squeeze-Film sind ein Kompromiss zwischen: der Dicke des von der Drehzahl der Lagerelemente erzeugten Ölfilms, dem Spielraum zwischen den Elementen und den Ölflussbegrenzungen aufgrund des Hangs von Turboladern, Öl durch die Kolbenringdichtungen an einem der beiden Enden der Welle zu schicken.
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Die Verwendung von REB-Lagern in einem Turbolader löst mehrere Probleme, einschließlich: hohe Ölflussraten, Lagerdämpfung und Leistungsverluste durch das Lagersystem.
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1 zeigt eine typische Turboladerkonfiguration mit doppeltem hydrodynamischen Squeeze-Film. Bei dieser Konfiguration wird unter Druck stehendes Öl durch einen Öleinlass (80) von dem Motor zu dem Lagergehäuse (3) empfangen. Das Öl wird unter Druck durch die Ölgalerien (82 und 83) der Lagergehäuse-Drehlagerbohrung zugeführt. Sowohl für das Lager (30) an dem Turbinenende als auch an dem Verdichterende wird der Ölfluss den Drehlagerzonen von Welle und Rad dort zugeführt, wo das Öl um die Welle verteilt wird, um zwischen der Wellenoberfläche (52) und der Innenbohrung der schwimmenden Drehlager (30) einen Ölfilm zu erzeugen. Auf der Außenseite der Drehlager (30) wird durch die Drehung des Drehlagers gegen die Lagergehäuse-Drehlagerbohrung ein gleicher Ölfilm erzeugt. Nachdem das Öl durch die Dreh- und Schublager hindurchgetreten ist, tritt es aus dem Lagergehäuse über den Ölabfluss (85) an der Basis des Lagergehäuses aus und wird zu dem Kurbelgehäuse des Motors zurückgeführt.
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Bei dem in 1 gezeigten typischen Turbolader ist auch das Schublager (19) ein Lager vom hydrodynamischen oder Fluidfilmtyp. Bei dieser Konfiguration wird dem stationären Schublager Öl von der Ölgalerie (81) zugeführt, um ein Rampen- und Kissen-Design des Lagers zu speisen. Das Öl wird durch die Relativbewegung der Anlaufscheiben (40) und die gegenüberliegende Fläche des Schleuderrings (44), der an der Welle montiert ist, gegen die statische Schubrampe und das Kissen in eine Keilform getrieben. Dieses Lager steuert die axiale Position der sich drehenden Baugruppe.
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Ein Verfahren zum Erhöhen der Effizienz des Turboladers ist der Einsatz von Wälzelementlagern (REBs – Rolling Element Bearings), um die sich drehende Baugruppe zu stützen. Wälzelementlager können in zwei allgemeine Arten unterteilt werden. Die erste Art verwendet ein Paar von typischen REB-Baugruppen. Jede-REB-Baugruppe besteht in diesem Fall aus einer Außenlaufbahn, den Kugeln oder Wälzelementen, einer Innenlaufbahn, einem Käfig und Dichtungen. Dieses Paar von REB-Baugruppen kann in eine Buchse gepresst oder geschrumpft werden, d. h. ein äußeres zylindrisches Gehäuse mit Ölgalerien und Orten für die REB-Baugruppen, um die REB-Patrone herzustellen. Bei der zweiten Art entfällt die Buchse, und die Außenlaufbahn der REB-Baugruppe definiert den Außendurchmesser der REB-Patrone. Sofern nichts anderes angegeben ist, bezieht sich der hierin verwendete Ausdruck ”REB” auf die REB-Patrone.
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Wie in 2 zu sehen ist, weisen REBs in der Regel eine Innenlaufbahn (65) auf, die an der Drehlageroberfläche (52) von Welle und Rad montiert ist. An der Innenlaufbahn oder den Laufbahnen (65, 65C und 65T) ist ein Satz von Wälzelementen montiert, die die Innenlaufbahn mit der Außenlaufbahn (64) verbinden (6). Die Außenlaufbahn ist innerhalb der Bohrung (71) in dem Lagergehäuse (3) montiert. Da Wälzelementlager nicht so viel Öl wie typische Turboladerdrehlager erfordern, ist ein Ölbegrenzer (86) an dem Öleinlass (80) angebracht, um den Ölfluss zu den REBs zu begrenzen.
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Es gibt mehrere Verbesserungen, die mit der Verwendung von Wälzelementlager-Turboladern einhergehen. Es gibt eine Verbesserung bei der instationären Antwort aufgrund der Reduktion bei Leistungsverlusten, insbesondere bei niedrigen Turboladerdrehzahlen, des REB-Systems gegenüber dem typischen Turbolader-Lagersystem. Die Leistungsverluste bei REB-Systemen sind geringer als jene für typische Turbolader-Lagersysteme vom Buchsentyp. REB-Systeme können viel größere Schublasten tragen als typische Turbolader-Lagersysteme, wodurch die Schubkomponente robuster wird. Da typische Rampen- und Kissen-Schublager einen großen Prozentsatz des dem Turbolader zugeführten Ölflusses erfordern und REB-Systeme einen geringeren Ölfluss erfordern (als ein typisches Turbolader-Lagersystem), wird dann weniger Ölfluss für ein REB-System mit der positiven Konsequenz benötigt, dass es weniger Neigung für eine Ölpassage zu den Verdichter- oder Turbinenstufen gibt, wo dieses Öl den Katalysator vergiften kann.
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Während Kugellagersysteme diese Gewinne bezüglich Effizienz und instationärer Leistung liefern, ist die Dämpfkapazität von Kugellagern nicht so gut wie die der typischen Turbolader-Lager mit doppeltem hydrodynamischen Squeeze-Film. Zur Erleichterung der Montage werden die Kugellager in einer REB-Stahlpatrone festgehalten, die durch einen Ölfilm zwischen dem Außendurchmesser der Patrone (172) und dem Innendurchmesser der Lagergehäusebohrung (71) in dem Lagergehäuse aufgehängt ist. Das Öl wird zum Dämpfen von kritischen Ereignissen der Welle und zur Schmierung der Lager verwendet. Bei diesem Design ist es kritisch, dass die Lagerpatrone nicht in einem Metall-Metall-Kontakt mit der Lagergehäusebohrung steht, da die Dämpfungsfunktion verloren geht.
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US 5,145,334 (Gutknecht) und
US 7,214,037 (Mavrosakis) lehren Verfahren für das Festhalten einer Patrone eines schwimmenden Lagers in einem Lagergehäuse. Ein in dem Lagergehäuse befestigter Pfosten (z. B. Drossel (
86)) schränkt die Lagerpatrone derart ein, dass der Pfosten gegen die axialen und Drehkräfte reagiert, während eine ansonsten uneingeschränkte Bewegung (Schwimmen) der Lagerpatrone in dem Lagergehäuse gestattet ist.
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In
US 7,214,037 unterstützt, wie in
4 gezeigt, ein von einer Öffnung (
444) des Gehäuses (
440) aufgenommener Stift (
460) optional das azimutale Lokalisieren der Patrone bezüglich des Gehäuses (
440). Ein Stift (
72) ähnlich dem
US 5,145,334 ist in
3 der vorliegenden Anmeldung gezeigt, der eine Bohrung (
68) in der Patrone und eine Bohrung (
70) in dem Außenlaufring lokalisiert, um sowohl eine axiale als auch eine Dreheinschränkung relativ zu dem Lagergehäuse bereitzustellen. Diese beiden Verfahren erfordern eine maschinelle Bearbeitung durch Öffnungen in dem Lagergehäuse, und sie erfordern weiterhin eine umständliche Montage in einem für den Monteur nicht gut sichtbaren Bereich, wodurch sowohl eine korrekte Montage als auch Verifikation der Montage der Stifte erschwert wird.
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US 7,214,037 lehrt die Verwendung eines Senkers (
442,
4) und einer Platte (
450) um die auf die Außenlaufbahn der Lagerpatrone ausgeübten axialen Lasten zu kontrollieren. Die maschinelle Bearbeitung dieses Senkers erfordert eine präzise Platzierung des Schneidwerkzeugs, das die Richtung vom Schneiden einer diametralen Oberfläche zu einer Anschlagsoberfläche tief in dem Lagergehäuse ändern muss, ohne dass ein zu großer einschließender Eckradius zurückbleibt, der möglicherweise nicht gestattet, dass die Lagerpatrone auf dem Anschlag sitzt. Die Ausführung dieses Prozesses erhöht die Kosten und Komplexität der maschinellen Bearbeitung des Lagergehäuses.
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So ist ersichtlich, dass der aktuelle Zustand der axialen und Drehbegrenzung der REB-Patrone sowohl teuer als auch komplex ist. Eine kostenmäßig und technisch effektivere Lösung wird benötigt.
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KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfinder der vorliegenden Erfindung überlegten sich, dass eine Notwendigkeit zum Lösen der obigen Probleme bestand, die REB-Patrone auf eine Weise zu montieren, die das Dämpfen eines kapselnden Ölfilms (der statisch oder dynamisch sein kann) gestattet, aber gleichzeitig gestattet, dass die REB-Patrone axial zum Übertragen der axialen Lasten auf das Lagergehäuse und rotationsmäßig, so dass sich die REB-Patrone nicht relativ zu dem Lagergehäuse dreht, gehalten wird. Es besteht somit eine Notwendigkeit für ein kosteneffektives, einfach zu montierendes Verdrehsicherungsmerkmal, um einen dämpfenden Ölfilm um die REB-Patrone herum zu gestatten und doch zu verhindern, dass sich die REB-Baugruppe relativ zu dem Lagergehäuse dreht.
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Die Erfinder lösten die Probleme, indem sie einen Doppelmodus-Schiebering entwickelten, der ein einfaches, montageidiotensicheres, preiswertes, leicht maschinell herzustellendes Verdrehsicherungsmerkmal bereitstellt, gegebenenfalls einen dämpfenden Ölfilmfluss um die REB-Patrone gestattet und dennoch verhindert, dass sich die Lagerpatrone einer Wälzelementlagerbaugruppe relativ zu dem Lagergehäuse dreht.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Erfindung wird beispielhaft und nicht als Beschränkung in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt, in denen gleiche Bezugszahlen ähnliche Teile bezeichnen. Es zeigen:
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1 einen Schnitt durch eine Turboladerbaugruppe;
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2 einen Schnitt durch eine Turbolader-Lagergehäusebaugruppe mit typischem Kugellager;
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3 ein Wälzlager nach dem Stand der Technik;
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4 ein anderes Wälzlager nach dem Stand der Technik;
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5A, 5B Ansichten einer ersten und zweiten Ausführungsform der Erfindung;
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6 eine Ansicht einer geschnittenen Lagergehäusebaugruppe mit der ersten Ausführungsform der Erfindung;
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7A, 7B Schnittansichten der ersten Ausführungsform der Erfindung;
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8 eine weitere vergrößerte Ansicht von 7A;
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9A, 9B Montageprotokolle der Vorderansicht und Rückansicht der Erfindung;
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10A, 10B die zweite Ausführungsform der Erfindung;
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11A, 11B Variationen der ersten Ausführungsform der Erfindung und
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12A, 12B weitere Variationen der ersten Ausführungsform der Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Wenngleich mit den herkömmlichen Verfahren zum Begrenzen einer Kugellagerpatrone gegenüber einer Drehung relativ zu dem Lagergehäuse, in der sie montiert ist, Probleme assoziiert sind, würde das Weglassen einer axialen und radialen Begrenzung den Rädern gestatten, die Gehäuse zu kontaktieren, und würde der Patrone gestatten, sich in dem Lagergehäuse zu drehen, was alles die Lebensdauer des Turboladers verkürzen würde.
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Die Erfindung liefert einen Doppelmodus-Schiebeclip und ein Begrenzungssystem unter Verwendung des Doppelmodus-Schiebeclips. Der Doppelmodus-Schiebeclip weist Folgendes auf:
- – mindestens eine unrunde, radial innere Oberfläche zur Ineingriffnahme in einer komplementären unrunden Oberfläche der REB-Patrone, bevorzugt in einer Nut ausgebildet,
- – mindestens eine unrunde, radial äußere Oberfläche zur Ineingriffnahme in einer komplementären unrunden Oberfläche des Lagergehäuses, wobei die radial innere und äußere Ineingriffnahme eine Verdrehsicherungsbegrenzung der REB-Patrone erzeugt, und
- – erste und zweite axiale Oberflächen, ausgefegt, um radial nach außen in einer Nut in dem Lagergehäuse zu sitzen oder zwischen dem Lagergehäuse und der Lagergehäuseverschlussplatte und nach innen in einer Nut in der REB-Patrone definiert zu werden, und Verhindern einer axialen Bewegung der REB-Patrone in der Verdichterrichtung sowie in der Turbinenrichtung.
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Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung erkannten die Erfinder die Notwendigkeit zum Verwenden einer Einrichtung, die sowohl die Erfordernisse für eine Beschränkung der REB-Patrone sowohl in der axialen als auch Drehrichtung als auch die Notwendigkeit, zur visuellen Untersuchung durch das Montagepersonal einfach gesehen zu werden, um sicherzustellen, dass die Einrichtung tatsächlich in der fertiggestellten Turboladerbaugruppe installiert wurde, erfüllt.
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Bei der ersten Ausführungsform der Erfindung entwarfen die Erfinder eine Grenzfläche zwischen der REB-Patrone und dem Lagergehäuse, die ein leichtes maschinelles Bearbeiten der Bohrung in dem Lagergehäuse, eine einfache Montage der Teile und ein Verdrehsicherungsmerkmal gestattet.
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Gemäß der Erfindung ist der in 2 gezeigte axiale Anschlag (73) am Turbinenende, der ein Merkmal herkömmlicher Einschränkung war, nicht länger erforderlich, wodurch die Lagergehäusebohrung (71) dort mit konstantem Durchmesser bearbeitet werden kann, wo sie in den Ölschleuderscheibenhohlraum (170) mündet. Wenngleich dies möglicherweise nur eine geringfügige Modifikation zu sein scheint, stellt dies tatsächlich eine substantielle Verbesserung bei der Herstellbarkeit dar. Die Eliminierung des axialen Anschlags (73) am Turbinenende gestattet das Honen der Lagergehäusebohrung, um das Oberflächenfinish zu verbessern, während, wenn ein Anschlag vorliegt, der Prozess des Honens einer zylindrischen Oberfläche in einem Sackloch recht schwierig ist.
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Eine erste Ausführungsform des Doppelmodus-Schiebeclips (101), wie in 5 bis 8 gezeigt, weist eine radialinnere Oberfläche (112) und eine radialäußere Oberfläche (111) auf. Der Doppelmodus-Schiebeclip (101) weist eine oder mehrere unrunde, z. B. flache Sektionen oder Gestalten auf, die allgemein eine Drehbeschränkung (107) bereitstellen, die derart in die allgemein runde oder kreisförmige innere Oberfläche (112) des Clips eingearbeitet sind, dass bei Montage an der REB-Patrone (64) die flachen Sektionen (107) in dem Doppelmodus-Schiebeclip (101) in die entsprechenden flachen inneren Sektionen (106) oder Nuten (94), die in die REB-Patrone eingearbeitet sind, passen.
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An der radialäußeren Oberfläche (111) weist der Doppelmodus-Schiebeclip (101) der ersten Ausführungsform einen radial nach innen vorstehenden Zacken (104) auf, der um einen Stift (93) herum passt, der axial in dem Lagergehäuse montiert ist, um eine Drehung des Schiebeclips bezüglich des Lagergehäuses zu verhindern. Diese drehmäßig arretierende Anordnung des Doppelmodus-Schiebeclips am Lagergehäuse und drehmäßig arretierende Anordnung der REB-Patrone an dem Doppelmodus-Schiebeclip begrenzt somit eine Drehung der REB-Patrone relativ zu dem Lagergehäuse.
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Der Doppelmodus-Schiebeclip (101) weist auch zwei üblicherweise flache axiale oder ”Wangen-” Flächen auf. Das Lagergehäuse weist radial eine Ausnehmung auf, die ausgelegt ist zum Aufnehmen des Schiebeclips, und die REB-Patrone weist radial eine Nut auf, die ausgelegt ist zum Aufnehmen des Schiebeclips, so dass bei axialem Schub von der REB-Patrone in der Richtung der Turbine die turbinenseitige Schiebeclip-Wangenfläche (109), wie in 8 zu sehen, an der Turbinenseite der Ausnehmung (67) in dem Lagergehäuse (3) anliegt und bei axialem Schub in der Richtung des Verdichters die verdichterseitige Wangenfläche (108) des Doppelmodus-Schiebeclips an der turbinenseitigen Fläche (168) des Lagergehäuseverschlusses (6) anliegt.
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Der Doppelmodus-Schiebeclip (101) kann unterschiedlich ausgelegt werden, solange er in Verbindung mit dem Lagergehäuse sowohl eine axiale als auch eine Drehbegrenzung der REB-Patrone in dem Lagergehäuse bereitstellt.
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Während bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung die Drehbegrenzung der REB-Patrone zu dem Doppelmodus-Schiebeclip die Form von drei flachen Oberflächen in dem Schiebeclip annimmt, die mit drei flachen Oberflächen in der REB-Patrone sperren, könnte es eine beliebige Anzahl größer als eine flache Oberfläche geben, die mit der gleichen Anzahl an flachen Oberflächen in der REB-Patrone sperrt, um sowohl die Drehbegrenzung als auch eine einzigartige Winkelausrichtung bereitzustellen, so dass ein etwaiger, in das Lagergehäuse eingearbeiteter Ölkanal mit einem in die Außenlaufbahn eingearbeiteten entsprechenden Ölkanal kommuniziert.
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Während bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung die Drehbegrenzung der REB-Patrone zu dem Doppelmodus-Schiebeclip die Form von drei linearen oder flachen Oberflächen in dem Schiebeclip annimmt, die mit drei flachen Oberflächen in der REB-Patrone sperren, könnte es andere drehmäßig begrenzende Geometrien wie etwa Kurven oder Fahnen entweder in dem Doppelmodus-Schiebeclip oder der REB-Patrone geben, die die gleiche Funktion erfüllen.
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Wie in 6, 7A und 7B und der Übersichtlichkeit halber in 8 vergrößert gezeigt, wurde von der verdichterseitigen Fläche (8) des Lagergehäuses (3) Material bewegt oder davon entfernt, um die axiale Dicke und/oder Gestalt des Doppelmodus-Schiebeclips (101) aufzunehmen. Die Gestalt (96) des von der verdichterseitigen Fläche (8) des Lagergehäuses (3) entfernten oder bewegten Materials ist ein Umkehrbild mit Spielraum des Doppelmodus-Schiebeclips (101) mit Toleranz für das Drehversicherungsmerkmal (104) des Schiebeclips (101) und den drehmäßig arretierenden Stift (93), wobei sich der Doppelmodus-Schiebeclip in dem an die REB-Patrone montierten Zustand befindet.
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Zum Montieren einer REB-Patronenbeschränkung mit dem Design der ersten Ausführungsform der Erfindung, wie in 9A und B zu sehen, erfolgt die Montage der Reihe nach. Im Stadium ”A” wird der Doppelmodus-Schiebeclip (101) in die Nut (94) in der REB-Patrone geschoben. Dadurch ist nun der Schiebeclip in einer einzigartigen Orientierung auf die REB-Patrone ausgerichtet. Im Stadium ”B” wird diese (Teil-)Baugruppe dann zu der Turbinenseite in der Bohrung (71) in dem Lagergehäuse (3) geschoben und gedreht, bis der Zacken (104) des Schiebeclips auf den Stift (93) in dem Lagergehäuse ausgerichtet ist. Diese Ausrichtung von Zacken und Stift stellt die REB-Patrone in der korrekten, einzigartigen Orientierung dar, damit der Öleinlass und der Ölablauf den entsprechenden Ports in dem Lagergehäuse entsprechen. Die Dicke zwischen den Wangenoberflächen (108 und 109) des Schiebeclips ist kleiner als die Tiefe des Zackens (96), so dass sich bei korrekter Montage die Oberfläche (108) des Doppelmodus-Schiebeclips unter der Oberfläche (8) des Lagergehäuses befindet.
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Bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie in 6 bis 9 gezeigt, weist ein Lagergehäuseverschluss (6) einen positiven Absatz oder Anschlag (98) in der axialen Richtung mit einer allgemein kreisförmigen radialen Gestalt auf, wenngleich geringfügig kleiner, um eine Montage des umgekehrten Bilds der äußeren Oberfläche und Gestalt (111) des Schiebeclips zu gestatten, und wobei eine Tiefe des Anschlags so dimensioniert ist, dass sie in die Baugruppe aus der REB-Patrone und dem Schiebeclip passt, die zuvor in das Lagergehäuse eingeführt wurde, so dass der Doppelmodus-Schiebeclip (101) von der turbinenseitigen Anschlagoberfläche (168) des Lagergehäuseverschlusses und der verdichterseitigen Oberfläche (67) des Lagergehäuses axial gefangen wird. Der Lagergehäuseverschluss (6) ist bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit dem Lagergehäuse verschraubt; er kann jedoch durch eines der üblichen Verfahren an dem Lagergehäuse montiert sein, die dazu verwendet werden, diese Baugruppe typischerweise zusammenzuhalten, einschließlich Vee-Bänder, Schrauben und Muttern oder Zapfen und Muttern.
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Somit wird bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung die REB-Patrone durch die Baugruppe aus Lagergehäuse, Lagergehäuseverschluss und Doppelmodus-Schiebeclip (101) gefangen. Auf diese Weise werden (axiale) aerodynamische Schublasten des Turboladers durch den Doppelmodus-Schiebeclip auf das Lagergehäuse in beiden axialen Richtungen oder das Lagergehäuse in einer axialen Richtung und die Lagergehäuseverschlussplatte in der anderen axialen Richtung übertragen, wodurch die REB-Patrone axial eingeschränkt wird und somit die axiale Position der sich drehenden Baugruppe kontrolliert wird. Da der Doppelmodus-Schiebeclip (101) ein Verdrehsicherungsmerkmal (104) aufweist, das drehmäßig durch den Stift (93) in dem Lagergehäuse drehmäßig beschränkt wird, ist zu sehen, dass die Funktionen sowohl einer axialen als auch Drehbeschränkung durch ein einzelnes kosteneffektives Teil bereitgestellt werden: den Doppelmodus-Schiebeclip.
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Bei dem oben erörterten ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung war die Gestalt des vorstehenden Materials an dem Lagergehäuseverschluss ein radial geringfügig kleineres Umkehrbild der Gestalt des entfernten Materials an der Kompressorseite des Schiebeclips in dem Lagergehäuse, damit der Anschlag oder das vorstehende Material den Schiebeclip axial in der Richtung des Verdichters begrenzen kann. Die Gestalt des vorstehenden Materials könnte ein Kreissegment sein, oder es könnte eine derartige Gestalt sein, dass es den gesamten Schiebeclip auf der Verdichterseite des Schiebeclips nicht bedeckt. Die Gestalt des vorstehenden Materials muss ausreichen, um den Schiebeclip in der Richtung des Verdichters zu begrenzen.
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Bei einer ersten Variation der ersten Ausführungsform der Erfindung, wie in 11B gezeigt, ist die Tiefe der Ausnehmung (96) (durch die Tiefe der Ausnehmungsoberfläche (67) ab der Lagergehäuseoberfläche (8) ausgebildet) in der Verdichterseite des Lagerehäuses gleich der Summe aus der Dicke des Schiebeclips (ab der Oberfläche (109) zu der Oberfläche (108)) plus dem Vorsprung des Anschlags (98) (ab der Oberfläche (7) des Lagergehäuseverschlusses zu der Oberfläche (168) des Anschlagvorsprungs) in dem Lagergehäuseverschluss. Zu Zwecken der Übersichtlichkeit soll der Hohlraum für die Schiebeclipdicke, wie oben definiert, als ”die Tiefe des Schiebeclipaxialhohlraums” bekannt sein.
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Bei dem Design des REB-Festhaltesystems muss das thermische Ausdehnen und Zusammenziehen der verschiedenen Teile berücksichtigt werden. im schlimmsten thermischen/Toleranzstapelzustand kann die Schiebeclipdicke höchstens gleich der Tiefe des Schiebeclipaxialhohlraums sein, und in dem schlimmsten thermischen/Toleranzstapelbedingungsfall darf sich der Schiebeclip nicht lose in dem Schiebeclipaxialhohlraum befinden.
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Mit diesem Doppelmodus-Schiebeclip und der REB-Patrone erfüllt das Beschränkungssystem die Erfordernisse für eine Beschränkung der REB-Patrone sowohl in axialer als auch Drehrichtung und das Erfordernis, dass die Montageaufgabe von dem Montagepersonal leicht gemeistert wird, sowie das Erfordernis, visuell leicht zu verifizieren, dass die Begrenzungseinrichtung in der fertiggestellten Turboladerbaugruppe tatsächlich und korrekt installiert wurde. Der Doppelmodus-Schiebeclip liefert ein einfaches, montageidiotensicheres, preiswertes, leicht zu bearbeitendes Verdrehsicherungsmerkmal, damit ein dämpfender Ölfilm um die REB-Patrone fließen kann und doch verhindert wird, dass sich die Lagerpatrone einer Wälzelementlagerbaugruppe relativ zu dem Lagergehäuse dreht.
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Bei einer zweiten Variation der ersten Ausführungsform der Erfindung, wie in 11A gezeigt, ist die verdichterseitige Fläche (8) des Lagergehäuses (3) flach (ohne Ausnehmung (96)) im Gebiet des Schiebeclips, und die Ausnehmung (97) befindet sich in der turbinenseitigen Fläche (7) des Lagergehäuseverschlusses (6). Der axial ausgerichtete Stift (93) kann sich in dem Lagergehäuse (3) befinden, oder er kann sich in dem Lagergehäuseverschluss (6) befinden. Die Funktion ist in beiden Fällen für den Stift ähnlich.
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Bei einer dritten Variation der ersten Ausführungsform der Erfindung sieht ein Doppelmodus-Schiebeclip (101) wie in 12B in Draufsicht gezeigt, im Wesentlichen genauso aus wie der des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung, wie in 5A zu sehen. Anstatt einen axial in dem Lagergehäuse (3) fixierten Stift bereitzustellen, wird ein vorstehendes Merkmal (117) an oder in dem Schiebeclip (101) vorgesehen. Dieses vorstehende Merkmal passt in ein umgekehrt abgebildetes, geringfügig größeres Merkmal (116) in der Lagergehäusefläche (8), um einen sich drehmäßig arretierenden Mechanismus für die einzigartige Ausrichtung und eine Drehbegrenzung des Schiebeclips und des Lagergehäuses bereitzustellen.
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Während bei der beispielhaften dritten Variation der ersten Ausführungsform der Erfindung das vorstehende Merkmal in dem Schiebeclip in der Richtung der Turbinenseite des Lagergehäuses vorsteht und in eine Ausnehmung in dem Lagergehäuse passt, könnte der Vorsprung in der Richtung der Verdichterseite des Turboladers vorstehen, wobei sich dann die Ausnehmung für die Verdrehsicherung und die einzigartige Orientierung in dem Lagergohäuseverschluss (6) befinden würden.
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Bei der ersten Ausführungsform der Erfindung, wie in 5A, 6, 7A, 7B, 9A, 9B, 11A und 11B gezeigt, ist die Verdrehsicherungseinrichtung ein geometrisches Merkmal, bei der ein Stift (93) in einen Zacken (104) in dem Lagergehäuse (3) passt. Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, wie in 10A und 10B gezeigt, umfasst das Verdrehsicherungsmerkmal (114) des Doppelmodus-Schiebeclips (105) mehr der äußeren Oberfläche (111) des Schiebeclips als der Zacken (104) und das Verdrehsicherungsmerkmal bei der ersten Ausführungsform der Erfindung.
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Bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung passt das eine Drehung arretierende Merkmal (114) des Schiebeclips (105) in einen umgekehrt abgebildeten Zacken (113) in dem Lagergehäuse, so dass die Winkelausrichtung des Schiebeclips in dem Zacken in dem Lagergehäuse einzigartig ist. Das Passen der flachen Oberflächen (107) an der inneren Oberfläche des Doppelmodus-Schiebeclips (101) an den entsprechenden flachen Oberflächen (106) in der REB-Patrone oder der Außenlaufbahn (64) bleibt gleich dem der ersten Ausführungsform der Erfindung.
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Somit ist zu sehen, dass bei beiden Ausführungsformen der Erfindung ein singulärer, kosteneffektiver Doppelmodus-Schiebeclip sowohl die axiale Position als auch die Drehung der REB-Patrone bezüglich des Lagergehäuses begrenzt.
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Nach der Beschreibung der Erfindung folgen nun die Ansprüche:
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5145334 [0019, 0020]
- US 7214037 [0019, 0020, 0021]
