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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln zumindest eines Lagerspiels eines Abgasturboladers gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie eine Vorrichtung zum Ermitteln zumindest eines solchen Lagerspiels gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 10.
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Aus dem Serienbau von Abgasturboladern ist es bekannt, zum Ermitteln eines axialen Lagerspiels des Abgasturboladers eine sogenannte Rumpfgruppe desselbigen, welche ein Lagergehäuse und einen in dem Lagergehäuse gelagerten Rotor des Abgasturboladers umfasst, an einer Vorrichtung zu fixieren. Mit dem Rotor wird eine Messuhr in Kontakt gebracht. Zum Ermitteln des axialen Lagerspiels wird nun der Rotor in axialer Richtung per Hand hin- und herbewegt und das axiale Lagerspiel an der Messuhr abgelesen.
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Auf ähnliche Art und Weise erfolgt die Ermittlung des radialen Lagerspiels des Abgasturboladers. Dazu wird die Messuhr in ihrer Position verändert und in radialer Richtung des Rotors mit diesem in Kontakt gebracht. Nun wird der Rotor in radialer Richtung hin- und herbewegt, und das radiale Lagerspiel der Messuhr abgelesen.
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Dieses bekannte Verfahren weist den Nachteil auf, dass die Messung des entsprechenden Lagerspiels stark von der das Verfahren durchführenden Person abhängt und somit eine verbesserungswürdige Messgenauigkeit aufweist.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Ermitteln zumindest eines Lagerspiels eines Abgasturboladers sowie eine Vorrichtung zum Ermitteln zumindest eines solchen Lagerspiels bereitzustellen, welche eine sehr genaue Ermittlung des Lagerspiels ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Ermitteln zumindest eines Lagerspiels eines Abgasturboladers mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung zum Ermitteln zumindest eines solchen Lagerspiels mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Der erste Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln zumindest eines Lagerspiels eines Abgasturboladers, bei welchem eine ein Lagergehäuse mit einem in dem Lagergehäuse gelagerten Rotor umfassende Baugruppe des Abgasturboladers an einer Vorrichtung fixiert und eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen des Lagerspiels mit der Baugruppe in Wirkverbindung gebracht wird.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Baugruppe mittels der Vorrichtung zeitlich nach dem in Wirkverbindung bringen der Erfassungseinrichtung mit der Baugruppe um zumindest eine Achse geschwenkt wird. Mit anderen Worten wird die Baugruppe von einer ersten Stellung in eine zweite Stellung um die Achse geschwenkt, wobei vorteilhafterweise vorgesehen ist, dass die Gewichtskraft der Baugruppe in der ersten Stellung zumindest im Wesentlichen in axialer oder in radialer Richtung des Rotors wirkt und die Baugruppe um zumindest bei einer Messung des axialen Lagerspiels im Wesentlichen 180° gegenüber der ersten Stellung um die Achse geschwenkt wird. Bei einer Messung des radialen Lagerspiels ist eine Auslenkung um die Achse geringer. Die Baugruppe wird dabei über das Lagergehäuse oder den Rotor an der Vorrichtung fixiert, so dass eine relative Bewegbarkeit des Rotor zu dem Lagergehäuse, insbesondere gemäß dem zumindest einen Lagerspiel, gegeben ist.
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Dies bewirkt, dass eine Lagerung, mittels welcher der Rotor in dem Lagergehäuse gelagert ist, in der ersten Stellung in einer ersten Richtung von der Gewichtskraft des Rotors (wenn die Baugruppe über das Lagergehäuse an der Vorrichtung fixiert ist) oder von der Gewichtskraft des Lagergehäuses (wenn die Baugruppe über den Rotor an der Vorrichtung fixiert ist) belastet wird und in der zweiten Stellung in einer zweiten Richtung von der entsprechenden Gewichtskraft belastet wird, wobei die zweite Richtung zumindest im Wesentlichen entgegengesetzt zur ersten Richtung verläuft. Dabei wird die Lagerung vorteilhafterweise ausschließlich durch die Gewichtskraft belastet.
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Bei einer sogenannten Prüfkraft zum Ermitteln des Lagerspiels handelt es sich somit um die aus dem entsprechenden Eigengewicht des Rotors oder des Lagergehäuses resultierende Gewichtskraft und nicht etwa um eine beispielsweise per Hand (manuell) von außen auf die Baugruppe aufzubringende Prüfkraft. Ein Einfluss der das Verfahren durchführenden Person auf das Ermitteln des Lagerspiels ist dadurch ausgeschlossen, so dass das Verfahren eine sehr präzise Ermittlung des Lagerspiels, beispielsweise des axialen oder radialen Lagerspiels, des Abgasturboladers ermöglicht. Darüber hinaus kann das Verfahren besonders schnell durchgeführt werden, was die Kosten gering hält. Des Weiteren ist das Verfahrenbesonders einfach und dadurch sehr ergonomisch durchzuführen.
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Aufgrund der definierten Prüfkraft (Gewichtskraft) sowie der definierten Richtung, in welche die Prüfkraft wirkt, weist das Verfahren nicht nur eine sehr hohe Messgenauigkeit, sondern auch eine sehr hohe Reproduzierbarkeit auf, so dass bei mehrmaligen Ermitteln des Lagerspiels desselben Abgasturboladers zumindest im Wesentlichen die gleichen Ergebnisse erzielt werden.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird zum Ermitteln wenigstens eines weiteren, von dem ersten Lagerspiel (beispielsweise von dem axialen Lagerspiel) unterschiedlichen Lagerspiels (beispielsweise des radialen Lagerspiels) des Abgasturboladers die Baugruppe mittels der Vorrichtung um eine weitere, zumindest im Wesentlichen schräg, insbesondere senkrecht zur ersten Achse verlaufende Achse in zumindest eine erste Schwenkrichtung geschwenkt.
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Dies kann durchgeführt werden, ohne die Baugruppe von der Vorrichtung lösen und gegebenenfalls in einer anderen Stellung wieder an der Vorrichtung fixieren zu müssen. Mit anderen Worten kann das weitere Lagerspiel in derselben Aufspaltung der Baugruppe ermittelt werden, in welcher auch das erste Lagerspiel ermittelt werden kann.
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Handelt es sich bei dem ersten Lagerspiel beispielsweise um das axiale Lagerspiel, so handelt es sich beispielsweise bei dem weiteren Lagerspiel um das radiale Lagerspiel des Abgasturboladers. Zum Ermitteln des radialen Lagerspiels wird die Baugruppe um die weitere Achse geschwenkt. Diese weitere Achse entspricht einer Längsachse der Baugruppe. Dabei wirkt die entsprechende Gewichtskraft zumindest im Wesentlichen in radialer Richtung des Rotors auf die Lagerung in einer ersten Richtung. Wird die Baugruppe dann entgegengesetzt zur ersten Richtung um die weitere Achse geschwenkt, so wirkt die Gewichtskraft zumindest im Wesentlichen in radialer Richtung auf die Lagerung in eine zweite Richtung. Auch bei der Prüfkraft zum Ermitteln des weiteren Lagerspiels handelt es sich somit um eine definierte und zumindest im Wesentlichen immer gleiche Prüfkraft, welche aus dem Eigengewicht des Rotors oder des Lagergehäuses resultiert. So kann auch beim Ermitteln des weiteren Lagerspiels auf das Aufbringen einer äußeren Kraft, beispielsweise durch die das Verfahren durchführende Person, verzichtet werden, wodurch der Einfluss der Person zumindest im Wesentlichen vermieden ist. Auf diese Art und Weise kann auch das weitere Lagerspiel sehr genau, zeitgünstig, ergonomisch und reproduzierbar ermittelt werden, wobei zusätzlicher Rüstaufwand beispielsweise zum Umspannen der Baugruppe nicht vonnöten ist. Dies hält die Kosten zum Durchführen des Verfahrens gering.
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Zum Ermitteln des weiteren Lagerspiels, insbesondere des radialen Lagerspiels, wird beispielsweise wenigstens ein das weitere Lagerspiel charakterisierender Wert ermittelt, wobei dieser Wert verwendet und anhand dieses Wertes das tatsächliche weitere Lagerspiel ermittelt, insbesondere berechnet, wird. Dabei findet beispielsweise anhand einer Tabelle, eines Kennfelds oder dergleichen eine Umrechnung statt, so dass von dem ermittelten Wert auf das tatsächliche weitere Lagerspiel geschlossen werden kann. Dies ermöglicht eine besonders schnelle und unaufwändige Ermittlung des weiteren Lagerspiels.
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Der zweite Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ermitteln zumindest eines Lagerspiels eines Abgasturboladers, mit einer Fixiereinrichtung, mittels welcher eine ein Lagergehäuse und einen in dem Lagergehäuse gelagerten Rotor umfassende Baugruppe des Abgasturboladers an der Vorrichtung fixierbar ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die an der Vorrichtung fixierte Baugruppe mittels der Vorrichtung zumindest eine Achse schwenkbar ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung und umgekehrt anzusehen. Die Vorrichtung ermöglicht eine besonders schnell, genaue, reproduzierbare und ergonomische Ermittlung des zumindest einen Lagerspiels, insbesondere sowohl des axialen als auch des radialen Lagerspiels des Abgasturboladers. Ferner ermöglicht es die erfindungsgemäße Vorrichtung, als Prüfkraft zum Ermitteln des gewünschten Lagerspiels die aus dem Eigengewicht des Rotors oder des Lagergehäuses resultierende Gewichtskraft zu nutzen. Dabei ist somit nicht vonnöten, eine zusätzliche Kraft, beispielsweise per Hand auf den Rotor aufzubringen. So kann der Einfluss einer die Vorrichtung dienenden Person auf das Messergebnis zumindest im Wesentlichen vermieden werden.
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Vorteilhafterweise umfasst die Vorrichtung eine Messeinrichtung, mittels welchem das Lagerspiel bzw. ein das Lagerspiel charakterisierender Wert erfassbar ist. Die Erfassungseinrichtung ist beispielsweise an der Vorrichtung angeordnet und ist mit der Baugruppe mitschwenkbar.
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An dieser Stelle sei angemerkt, dass es sich bei der Erfassungseinrichtung zum Erfassen des Lagerspiels und/oder des weiteren Lagerspiels beispielsweise um eine Messuhr handelt, welche in Kontakt mit dem Rotor oder dem Lagergehäuse gebracht wird, wodurch die Wirkverbindung ausgebildet wird. Ebenso ist die Verwendung einer anderweitigen Messeinrichtung möglich. So kann es sich beispielsweise um eine optische Erfassungseinrichtung handeln, mittels welcher zum Erfassen des Lagerspiels ein Lichtstrahl auf den Rotor oder das Lagergehäuse ausgesendet und ein von dem Rotor oder dem Lagergehäuse reflektierter Lichtstrahl erfasst wird. Die Wirkverbindung zwischen der Messeinrichtung und dem Rotor bzw. dem Lagergehäuse liegt hier in Form des auf den Rotor auftreffenden Lichtstrahls und/oder des reflektierten Lichtstrahls vor.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine schematische Perspektivansicht einer Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens zum Ermitteln eines axialen und eines radialen Lagerspiels eines Abgasturboladers, bei welchem eine Baugruppe des Abgasturboladers mit einem Lagergehäuse und einem in dem Lagergehäuse gelagerten Rotor um zwei zumindest im Wesentlichen senkrecht zueinander verlaufenden Achsen mittels der Vorrichtung verschwenkt wird, wobei sich die Baugruppe in einer ersten Stellung befindet:
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2 eine schematische Perspektivansicht der Vorrichtung gemäß 1, wobei sich die Baugruppe in einer weiteren Stellung befindet;
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3 eine weitere schematische Perspektivansicht der Vorrichtung gemäß 2;
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4 eine schematische Draufsicht der Baugruppe des Abgasturboladers gemäß den vorhergehenden Figuren; und
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5 eine schematische Perspektivansicht des Rotors der Baugruppe gemäß den vorhergehenden Figuren.
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Die 1 zeigt eine Vorrichtung 10, mittels welcher ein Verfahren zum Ermitteln eines axialen sowie eines radialen Lagerspiels eines Abgasturboladers durchführbar ist. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Basisplatte 12, welche einen festen Stand der Vorrichtung 10 gewährleistet. Mit der Basisplatte 12 ist ein Haltearm 14 verbunden mit welchem eine Stelleinrichtung 16 der Vorrichtung 10 verbunden ist. Ferner umfasst die Vorrichtung 10 eine Fixiereinrichtung 18 mit einem Rahmen 20, wobei in der Fixiereinrichtung 18 eine Baugruppe 22 des Abgasturboladers fixiert ist, in dem die Baugruppe 22 mittels einer Spanneinrichtung 24 der Fixiereinrichtung 18 in einer Aufspannung in den Rahmen 20 eingespannt ist.
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Wie insbesondere den 4 und 5 zu entnehmen ist, umfasst die Baugruppe 22 des Abgasturboladers ein Lagergehäuse 26 sowie einen Rotor 28. Der Rotor 28 umfasst eine Welle 30, welche einenends mit einem ersten Laufrad 32, insbesondere einem Turbinenrad, und andernends mit einem weiteren Laufrad 34, insbesondere einem Verdichterrad drehfest verbunden ist. Der Rotor 28 ist über die Welle 30 und eine Lagerung in dem Lagergehäuse 26 gelagert. Die Baugruppe 22 ist über den Rotor 28 in den Rahmen 20 eingespannt ist. Das Lagergehäuse 26 kann sich dabei im Rahmen eines Lagerspiels der Lagerung relativ zu dem Rotor 28 bewegen.
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Die Stelleinrichtung 16 der Vorrichtung 10 ermöglicht es, die Baugruppe 22 zwischen einer Mehrzahl von unterschiedlichen Stellungen um eine Schwenkachse 36 gemäß einem Richtungspfeil 38 zu verschwenken. In der 1 ist dabei eine erste Stellung der Baugruppe 22 dargestellt. Wie der 1 zu entnehmen ist, wirkt die Gewichtskraft G der Baugruppe 22 und insbesondere des Lagergehäuses 26 in axialer Richtung des Rotors 28 in eine erste Richtung gemäß einem Richtungspfeil 40. Dies bewirkt, dass die Lagerung, mittels welcher der Rotor 28 in dem Lagergehäuse 26 gelagert ist, in diese Richtung gemäß dem Richtungspfeil 40 von der Gewichtskraft G des Lagergehäuses 26 belastet wird.
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Ist die Baugruppe 22 auf die geschilderte Art und Weise an der Vorrichtung 10 fixiert und in die entsprechende Stellung bewegt, so wird eine sich mit dem Lagergehäuse 26 in Kontakt befindende Messuhr 42, mittels welcher das axiale Lagerspiel des Abgasturboladers erfassbar ist, auf einen Ausgangswert eingestellt. Bei diesem Ausgangswert handelt es sich beispielsweise um einen Nullwert, wobei die Messuhr 42 somit genullt wird.
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Anschließend wird die Baugruppe 22 mittels der Vorrichtung 10 gemäß dem Richtungspfeil 38 um zumindest im Wesentlichen 180° um die Drehachse 36 verschwenkt, was in der 2 dargestellt ist. Dies bewirkt, dass die aus dem Eigengewicht des Lagergehäuses 26 resultierende Gewichtskraft G in axialer Richtung des Rotors 28 wiederum in die Richtung gemäß dem Richtungspfeil 40 wirkt. Bezogen auf den Rotor 28 und das Lagergehäuse 26 jedoch wirkt die Gewichtskraft G in der in der 2 gezeigten Stellung der Baugruppe 22 im Vergleich zu der in 1 gezeigten Stellung nun in eine entgegengesetzte Richtung. Mit anderen Worten wird die Lagerung in eine Richtung durch die Gewichtskraft G belastet, welche einer Richtung zumindest im Wesentlichen entgegensetzt ist, in welche die Gewichtskraft G die Lagerung in der ersten, in der 1 gezeigten Stellung belastet.
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Infolge dieses Richtungswechsels der Belastung der Lagerung bewegt sich das Lagergehäuse 26 relativ zu dem fest in dem Rahmen 22 eingespannten Rotor 28, wodurch ein Messfühler 44, über welchen sich die Messuhr 42 in Kontakt mit dem Lagergehäuse 26 befindet, bewegt wird, so dass die Messuhr 42 einen von dem Ausgangswert unterschiedlichen Wert anzeigt. Dieser von der Messuhr 42 nun angezeigte Wert charakterisiert das axiale Lagerspiel des Abgasturboladers bzw. entspricht dem Lagerspiel.
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Daraus lässt sich entnehmen, dass das axiale Lagerspiel des Abgasturboladers lediglich unter Ausnutzung der aus dem Eigengewicht resultierenden Gewichtskraft G der Baugruppe 22 bzw. des Lagergehäuses 26 ermittelbar ist.
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Der Rotor 28 weist üblicherweise eine erstes radiales Lager und ein zweites radiales Lager zur radialen Lagerung des Rotors 28 auf. Zum Ermitteln des radialen Lagerspiels des Abgasturboladers, also des Lagerspiels in radialer Richtung des Rotors 28 gemäß einem Richtungspfeil 46 wird die Baugruppe 22 in derselben Aufspannung mittels der Vorrichtung 10 ausgehend von der in 2 gezeigten Stellung um eine weitere Achse 48, welche auf einer Längsachse 54 des Rotors 28 senkrecht zu dieser, im Mittelpunkt zwischen den beiden radialen Lagern positioniert ist, gemäß einem Richtungspfeil 50 verschwenkt, sodass die Gewichtskraft G zumindest im Wesentlichen in radialer Richtung des Rotors 28 insbesondere auf die Lagerung wirkt. Dadurch wird eine dritte Stellung der Baugruppe 22 eingestellt, in welcher die Messuhr 42 erneut auf einen Ausgangswert eingestellt, d. h. genullt wird. Anschließend wird die Baugruppe 22 mittels der Vorrichtung 10 um die Achse 48 gemäß einem Richtungspfeil 52 in eine vierte Stellung geschwenkt, so dass die Gewichtskraft G des Rotors 28 im Vergleich zur dritten Stellung in eine Richtung auf die Lagerung wirkt, welche der Richtung, in welche die Gewichtskraft G in der dritten Stellung der Baugruppe 22 auf die Lagerung wirkt, zumindest im Wesentlichen entgegengesetzt wird. In der vierten Stellung zeigt die Messuhr 42 einen von dem zweiten Ausgangswert unterschiedlichen Wert an, welcher das radiale Lagerspiel des Abgasturboladers charakterisiert.
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Zur Erläuterung des Ermittelns des tatsächlichen radialen Lagerspiels des Abgasturboladers werden auch die 4 und 5 herangezogen. Da die Positionierung der Messuhr 42 der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowohl für eine Messung des radialen Lagerspiels als auch einer Messung des axialen Lagerspiels an ein und derselben Stelle der Vorrichtung positioniert ist, ist bei der Messung des radialen Lagerspiels eine Korrektur vorzunehmen. Denn bei der Messung des axialen Lagerspiels ist die Messuhr 42 in Richtung der Kraftwirkung ausgerichtet, während bei Messung des radialen Lagerspiels einer Auslenkung und somit ein Moment wirkt, welches einen Hebelarm aufweist. Zur Eliminierung des Hebelarms ist eine Verhältnisgleichung F heranzuziehen derart, dass gilt: a/y = b/x, wobei
- y
- das tatsächliche radiale Lagerspiel ist,
- x
- das an der Messuhr 42 abzulesende radiale Lagerspiel ist,
- b
- der Abstand zwischen der Messuhr 42 und der Längsachse 54 des und
- a
- der Abstand zwischen einer Kontaktstelle einer fiktiven, an der Längsachse 54 positionierten Messuhr 42' (s. 4) und dem Mittelpunkt der Lagerung, d. h. der Mittelpunkt zwischen dem ersten radialen Lager und dem zweiten radialen Lager, mittels welcher der Rotor 28 in dem Lagergehäuse 26 zumindest in radialer Richtung gelagert ist, ist.
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Die Vorrichtung 10 weist zur Bestimmung des radialen Lagerspiels nicht näher dargestellte Federkraftelemente auf, welche als Zugfedern ausgebildet sind. Diese Federelemente sind im Rahmen 20 befestigt. Die Federelemente sind im Inneren des Rahmens platziert, also der Baugruppe 22 zugewandt positioniert. Dabei sind jeweils zwei Federelemente rechts von der Baugruppe und zwei Federelemente links von der Baugruppe, symmetrische zur Längsachse 54 angeordnet. Die Baugruppe 22 weist zur Aufnahme der Federelemente nicht näher dargestellte Aufnahmevorrichtungen auf, die die Federelemente gesichert aufnehmen können. Soll das radiale Lagerspiel in der dritten Stellung der Baugruppe 22 gemessen werden, also eine Bewegung in Richtung des Pfeiles 50 erfolgen, so ist die Baugruppe 22 mit einem Federelement zu verbinden, welches, ausgehend von 3 und ausgehend von der Längsachse 54, auf der Seite der Messuhr 42 in einem oberen Bereich des Rahmens 20 positioniert ist sowie mit einem Federelement, welches auf der entgegen gesetzten Seite der Längsachse 54 im unteren Bereich des Rahmens 20 positioniert ist. Bei einer anschließenden Messung in der vierten Stellung der Baugruppe 22, ist die Baugruppe 22 hingegen mit einem Federelement zu verbinden, welches, wiederum ausgehend von 3 und ausgehend von der Längsachse 54, auf der der Messuhr 42 gegenüberliegenden Seite in einem oberen Bereich des Rahmens 20 positioniert ist sowie mit einem Federelement, welches auf der entgegen gesetzten Seite der Längsachse 54 im unteren Bereich des Rahmens 20 positioniert ist.
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Die Vorrichtung 10 eignet sich somit zum Messung von sowohl einem axialen Lagerspiel als auch einem radialen Lagerspiel. Bei der Ermittlung des radialen Lagerspiels ist die Umrechnung mit der oben genannten Verhältnisgleichung zu beachten, wobei der Wert b aufgrund einer fixen Positionierung der Messuhr 42 konstant ist, während der Wert a abzumessen ist.
