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Die Erfindung betrifft einen Sicherungsring für eine Wälzlagerkartusche, die zum Einsatz in einer Kfz-Turboanwendung, wie einem Turbolader, einem Turboverdichter, oder einem Turbocompound vorgesehen / dimensioniert ist, mit einer ersten Stirnfläche, die zum Begrenzen einer äußeren Lagerhülse der Wälzlagerkartusche in einer ersten Axialrichtung vorbereitet / ausgelegt ist. Unter einem Turbocompound wird bei einer Verbrennungskraftmaschine bspw. eine Nutzturbine verstanden.
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Wälzlagerkartuschen, sind solche Bauteile, die üblicherweise zwei konzentrische Hülsen, nämlich eine äußere Lagerhülse und eine innere Lagerhülse aufweisen, zwischen denen Wälzkörper, wie bspw. Kugeln vorhanden sind, um eine Drehbewegung der äußeren Lagerhülse zur inneren Lagerhülse zu ermöglichen. Die Lageraußenhülse kann auch als äußere Lagerhülse und die Lagerinnenhülse als innere Lagerhülse bezeichnet werden.
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Es gibt im Stand der Technik bereits Wälzlagerkartuschen, die einen zweiteiligen Innenring und einen einteiligen Außenring verwenden. Ein Lagerspiel ist ohne Federvorspannung einstellbar.
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Üblicherweise wird eine Verdrehsicherung der Wälzlagerkartusche durch Anlageflächen, die an einem Gehäuse und dem äußeren Lagerring / der äußeren Lagerhülse / dem Lageraußenring angebracht sind, bewerkstelligt. Die axiale Sicherung erfolgt üblicherweise durch jeweils einen Anschlag an den distalen Enden der äußeren Lagerhülse. Somit wird ein Anschlag auf „linker“ und „rechter Seite“ des Lageraußenringes / der äußeren Lagerhülse genutzt.
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Bei solchen Varianten erfolgt die Abstützung in axialer Richtung an zwei unterschiedlichen Positionen im Gehäuse / im Turbo. Hierbei kommt es zur Erhöhung des Axialspiels bei Erwärmung der Bauteile aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Das Gehäuse kann nämlich aus Leichtmetall, wie Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung gefertigt sein, wohingegen die Lagerhülsen üblicherweise aus Stahl bzw. einer Stahllegierung gefertigt sind.
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Die Verdrehsicherung in Form von Flächen bietet trotz hoher Fertigungsgenauigkeiten nur die Möglichkeit einen relativ großen Verdrehwinkel vorzuhalten. Es findet also ein Klappern bei Wärmeausdehnung in Axialrichtung und selbst bei Temperaturnormalbedingungen in Umfangsrichtung statt. Dies kann durch stärkere Beschleunigung noch verstärkt werden, was sich negativ auf den Verschleiß und die Geräuschentfaltung auswirkt.
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Es ist aber die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, hier eine Verbesserung herzustellen und die Nachteile aus dem Stand der Technik zu beseitigen oder wenigstens zu mildern. Insbesondere ist es der Wunsch, eine neuartige Axialsicherung zur Verfügung zu stellen, die zusätzlich eine integrierte Radialsicherung beinhaltet. Ferner sind zu erfüllende Anforderungen darin zu sehen, ein geringes axiales, sowie radiales Spiel bei relativ groben Fertigungstoleranzen zu stelen, sowie das Ermöglichen einer besonders einfachen Montage. Aufgrund der unterschiedlichen Längendehnungen der Bauteile soll eine einseitige Ausführung bevorzugt werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Sicherungsring eine zweite Stirnfläche aufweist, die zum Begrenzen der äußeren Lagerhülse in eine zweite Axialrichtung, die der ersten Axialrichtung entgegengesetzt ist, vorbereitet / ausgelegt ist. Die erste Stirnseite ist somit auf einer ersten Seite, die auf der anderen Seite einer zweiten Seite befindlich ist, die die zweite Stirnfläche ausbildet. Die erste Stirnfläche weist somit in die eine Axialrichtung und die zweite Stirnfläche in die andere Axialrichtung.
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Vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
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So ist es von Vorteil, wenn der Sicherungsring einen ersten Rotationspositionsfestlegbereich zum Eingehen eines Formschlusses mit der äußeren Lagerhülse aufweist. Über einen solchen Rotationspositionsfestlegbereich, wird eine Verdrehsicherung effizient gewährleistet.
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Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist auch dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationspositionsfestlegbereich als sich in Axialrichtung erstreckender Vorsprung oder als eine sich in Axialrichtung erstreckende Vertiefung ausgebildet ist, die zum Aufnehmen eines gegengleichen Formschlussbereiches der äußeren Lagerhülse vorbereitet / geometrisch beschaffen und/oder dimensioniert ist. Durch das Ineinandergreifen von Vorsprüngen in Vertiefungen wird auf fertigungstechnisch einfach herstellbare Weise eine effiziente Verdrehsicherung geschaffen.
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Die Fertigung kann auch vereinfacht werden, wenn der Vorsprung oder die Vertiefung als Prägung ausgebildet ist. Insbesondere kann der Vorsprung als Falzung, etwa unter zur Verfügungstellung einer Doppelung / Doppelwandung gestaltet sein.
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Die Erfindung betrifft auch ein Lagersystem aus einem Gehäuse, etwa eines Turboladers, eines Turboverdichters oder einer Nutzturbine, in das eine Wälzlagerkartusche mit einer äußeren Lagerhülse eingesetzt ist, die über einen Sicherungsring in zumindest einer Axialrichtung positionsbestimmt ist, wobei der Sicherungsring erfindungsgemäß ausgestaltet ist.
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Es ist von Vorteil, wenn der Sicherungsring geschlitzt ausgestaltet ist, also zwei Enden aufweist, die in unmittelbarer Nähe zueinander positioniert sind. Die Enden können Löcher aufweisen, um nach Art von Seeger-Ringen auseinanderspreizbar zu sein.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn der Sicherungsring in eine umlaufende Nut auf der Außenmantelfläche der äußeren Lagerhülse eingesetzt ist, vorzugsweise axial- und/oder radialspielfrei oder nahezu-spielfrei. Eine besonders geräuschemissionsarme Ausgestaltung ist dann die Folge.
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Eine besonders langlebige Variante wird erreicht, wenn der Rotationspositionsfestlegbereich formschlüssig mit einem Gegenrotationspositionsfestlegbereich der Nut zusammen wirkt.
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Es ist auch besonders demontagefreundlich, wenn der Sicherungsring form- und/oder kraftschlüssig gegen Rotation zum Gehäuse an diesem gesichert ist.
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Ferner ist es von Vorteil, wenn der Sicherungsring in eine Gehäusenut auf der Wälzlagerkartusche zugewandten Innenseite des Gehäuses eingesetzt ist. Eine präzise Positionierung der Einzelbauteile relativ zueinander ist dann vorbestimmt erreichbar.
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Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist auch dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherungsring zumindest eine radial nach außen abstehende Rotationshemmlasche aufweist, um die Rotationsposition des Sicherungsringes relativ zum Gehäuse festzulegen und/oder Schraubpositionsbereiche besitzt, wie Durchgangslöcher oder Konkavitäten, zum Positionieren von Schrauben, mittels derer der Sicherungsring am Gehäuse festgelegt ist.
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Es wird also ein Ring vorgeschlagen, der bekannten Sicherungsringen, wie Seeger-Ringen nicht unähnlich ist, aber wesentlich weiterentwickelt ist. Er ermöglicht eine Axialpositionierung der äußeren Lagerhülse relativ zum Gehäuse, genauso, wie auch eine Rotationspositionsbestimmung / Verdrehsicherung der äußeren Lagerhülse zum Gehäuse.
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Der Sicherungsring kann zum einen über ein Bohrbild im Gehäuse befestigt werden. Um bauraumoptimiert den Ring im Gehäuse unterzubringen, können auch zum Außendurchmesser offene Bohrungen verwendet werden. Hier wird der Schraubenkopf zum Teil im Gehäuse freigestellt.
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Der Sicherungsring kann auch ohne Verwendung von Schrauben in einer im Gehäuse angebrachten Nut fixiert werden. Als Positionierung in der Rotationsachse im Gehäuse, dient hier ein am Sicherungsring eingebrachtes Verdrehsicherungselement etwa in Form einer Nase, welches in eine im Gehäuse eingebrachte Gegenform eingreift. Die axiale Führung des Außenrings erfolgt durch den Eingriff des Sicherungsringes in eine Nut.
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Da der Sicherungsring nahezu vollständig geschlossen ist, kann sich zwischen dem Sicherungsring und einer Nut im Außenring ein Ölfilm aufbauen, welcher den Außenring von angrenzenden Teilen trennt, was sich positiv auf das Geräuschverhalten des Lagers auswirkt. Mit anderen Worten bildet sich also zwischen der Außenseite der äußeren Lagerhülse und dem Gehäuse ein Ölpuffer, der axial durch den nahezu geschlossenen Sicherungsring begrenzt wird.
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Die Verdrehsicherung des Außenringes kann durch eine Prägung erfolgen, welche in eine im Außenring / der äußeren Lagerhülse eingebrachte Nut greift. Hierbei kann eine sehr genaue radiale Fixierung des Außenringes / der äußeren Lagerhülse realisiert werden, was sich ebenfalls positiv auf das Geräusch- und Verschleißverhalten auswirkt.
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Ebenso kann die Verdrehsicherung auch über eine Fläche erfolgen. Hier werden die schon aus diversen Entwicklungen bekannten Toleranzen der Verdrehung nach sich gezogen. Es kann hier jedoch der Sicherungsring besonders einfach höhengeschliffen werden, also einem Schleifverfahren in Axialrichtung unterzogen werden, was der Axialspieltoleranz zugute kommt.
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Man könnte also auch sagen, dass die Erfindung eine Wälzlagerkartusche für hochdrehende Anwendungen betrifft, insbesondere mit einem „Anti-Twist“-Element, das einen Rückhaltering mit vorgegebener Orientierung einsetzt.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert, in der unterschiedliche Ausführungsbeispiele dargestellt sind.
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Es zeigen:
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1 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sicherungsringes,
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2 einen Querschnitt durch den Sicherungsring aus 1 entlang der Linie II,
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3 eine perspektivische Ansicht des Sicherungsringes der 1 und 2,
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4 eine Wälzlagerkartusche mit einer äußeren Lagerhülse, in die eine umlaufende Nut eingebracht ist, wobei eine Wandung der Nut einen Ausbruch aufweist, der zur Aufnahme eines Vorsprungs des Sicherungsringes vorgesehen ist,
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5 eine Ansicht von vorne, in Axialrichtung, auf die Wälzlagerkartusche aus 4,
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6 eine Vergrößerung des die Nut beinhaltenden distalen Endes der Wälzlagerkartusche aus 4,
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7 einen teilweise dargestellten Längsschnitt durch ein Lagersystem mit eingesetztem Sicherungsring der 1 bis 3 in einem Gehäuse und eine Wälzlagerkartusche der 4 bis 6,
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8 eine Vergrößerung des Bereiches VIII aus 7,
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9 eine Ansicht in Axialrichtung von vorne auf ein distales Ende des Lagersystems aus 7,
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10 einen Querschnitt entlang der Linie X aus 7 durch das Lagersystem aus 7,
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11 eine Vergrößerung des Bereiches XI aus 10,
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12 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sicherungsringes,
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13 einen Längsschnitt entlang einer Rotationsachse durch den Sicherungsring aus 12,
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14 eine Draufsicht auf ein Lagersystem mit eingesetztem Sicherungsring der 12 und 13,
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15 einen Längsschnitt durch das Lagersystem aus 14 im Bereich eines distalen Endes mit dem Sicherungsring der 12 und 13,
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16 eine Einkerbung zur Herstellung einer Verdrehsicherung auf der Außenseite einer äußeren Lagerhülse einer Wälzlagerkartusche,
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17 einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lagersystems,
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18 eine Längsschnittdarstellung durch das Lagersystem aus 17 mit angedeuteter Schnittebene XVII, bzgl. welcher der Querschnitt aus 17 visualisiert ist,
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19 der Sicherungsring, wie er im Lagersystem der 17 und 18 eingesetzt ist,
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20 einen Längsschnitt durch den Sicherungsring aus 19 entlang der Linie XX,
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21 die Darstellung des Lagersystems mit eingesetzten Sicherungsringen der 19 und 20 von vorne,
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22 einen Längsschnitt durch das Lagersystem aus 21,
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23 einen teilweise dargestellten Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Lagersystems,
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24 einen Querschnitt entlang der Linie XXIV aus 23 durch das Lagersystem,
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25 eine Draufsicht auf einen alternativen Sicherungsring,
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26 einen Längsschnitt entlang der Linie XXVI aus 26 durch den dortigen Sicherungsring,
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27 einen teilweise dargestellten Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Lagersystems, das den Sicherungsring der 25 und 26 einsetzt, und
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28 eine Draufsicht auf das Lagersystem aus 27.
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Die Figuren sind teilweise lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können untereinander ausgetauscht werden.
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In 1 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sicherungsringes 1 dargestellt. Der Sicherungsring weist eine erste Stirnfläche 2 auf. Die gegenüberliegende Stirnfläche, nämlich eine zweite Stirnfläche, ist in 2 mit dem Bezugszeichen 3 versehen. Eine der beiden Stirnflächen 2 oder 3 oder beide Stirnflächen 2 oder 3, insbesondere die zweite Stirnfläche 3, ist durch ein spanabhebendes Verfahren, etwa ein Schleifverfahren behandelt, sodass die Dicke der den Sicherungsring 1 stellenden Scheibe / Platte präzise eingestellt ist.
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Der Sicherungsring 1 weist einen ersten Rotationspositionsfestlegbereich 4 auf. Dieser erste Rotationspositionsfestlegbereich 4 ist zum Eingehen eines Formschlusses mit einer Wälzlagerkartusche 5, insbesondere einer äußeren Lagerhülse 6 / Außenring / Außenhülse ausgelegt. Die Wälzlagerkartusche 5 mit ihrer äußeren Lagerhülse 6 ist besonders gut in den 4 bis 6 zu erkennen.
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Der Rotationspositionsfestlegbereich 4 ist als Vorsprung 7, insbesondere als Nase 8 ausgebildet.
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Der Sicherungsring 1 weist drei auf der Außenseite radial abstehend verteilte Laschen 9 auf. Die Laschen 9 sind perforiert, weisen also Schraubpositionsbereiche 10 auf, die als Durchgangslöcher 11 ausgebildet sind.
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Die Schraubpositionsbereiche 10, können aber statt als Durchgangslöcher 11 vorbereitet zu sein, wie auch in 25 angedeutet, lediglich als Konkavitäten 12 ausgebildet sein, insbesondere die Kontur eines Halbkreises aufweisen.
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Der Sicherungsring 1 ist an der Stelle eines Schlitzes 13 unterbrochen ausgestaltet. Auf beiden Seiten des Schlitzes 13 sind Werkzeugangriffsgeometrien 14 vorhanden, etwa nach Art von Löchern 15.
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Während aus den 1 bis 3 die Konfiguration und Auslegung des Sicherungsrings 1 hervorgeht, geht aus den 4 bis 6 die Konfiguration der Wälzlagerkartusche 5 mit ihrer äußeren Lagerhülse 6 hervor. An einem ersten distalen Ende 16 der äußeren Lagerhülse 6 ist eine komplett umlaufende Nut 17 eingebracht. Die Nut 17 wird durch eine erste Seitenwand 18 und eine zweite Seitenwand 19 begrenzt. In der Seitenwand 19 ist ein Ausbruch 20 vorhanden. In diesen Ausbruch 20 greift der erste Rotationspositionsfestlegbereich 4, nämlich der Vorsprung 7 / die Nase 8. Der Sicherungsring 1 sitzt nämlich in der Nut 17. In 5 sind auch noch die Wälzkörper 17 angedeutet.
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Die Nut 17 ist somit auf einer Außenmantelfläche 22 der äußeren Lagerhülse 6 vorhanden.
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In 7 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lagersystems 23 dargestellt. Das Lagersystem 23 beinhaltet ein Gehäuse 24, das aus Stahl oder einer Leichtmetalllegierung gefertigt ist. Im Gehäuse 24 sitzt eine Wälzlagerkartusche 5, deren Bestandteile vornehmlich oder ausschließlich aus Stahl gefertigt sind. Beispielsweise sind die Wälzkörper 21 als Kugeln ausgebildet und sitzen zwischen der äußeren Lagerhülse 6 und einer inneren Lagerhülse 25.
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Der Sicherungsring 1 ist über Befestigungselemente 26, nämlich Schrauben 27 kraftschlüssig an einer Außenoberfläche des Gehäuses 24 befestigt. Über einen Formschluss zwischen dem ersten Rotationspositionsfestlegbereich 4, nämlich im Bereich der Nase 8 mit der äußeren Lagerhülse 6, ist die rotatorische Position der äußeren Lagerhülse 6 präzise zum Sicherungsring 1 und damit präzise zum Gehäuse 24 festgelegt. Dadurch, dass der Sicherungsring 1 relativ spielfrei in der Nut 17 sitzt / befestigt ist, ist auch die axiale Position der äußeren Lagerhülse 6 relativ zum Gehäuse 24 präzise vorgegeben. Wärmeausdehnungen können sich nun nicht mehr negativ auswirken, da der Relativversatz zu einer Außenfläche des Gehäuses 24, an der der Sicherungsring 1 anliegt, sehr klein ist.
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Das Zusammenwirken des Sicherungsrings 1 in der Nut 17 und das Festgelegt sein des ersten Rotationspositionsfestlegbereiches 4 im Ausbruch 20, geht besonders gut aus 8 hervor. Der Sicherungsring 1 ist auf einer Verdichterseite vorhanden, wohingegen sich die Wälzlagerkartusche 5 vom Sicherungsring 1 in Richtung einer Turbinenseite erstreckt.
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Während in den 7 bis 11 somit ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lagesystems 22 dargestellt ist, das eine erste Form eines Sicherungsringes 1 verwendet, wird in den 12 und 13 ein davon abweichender anderer Sicherungsring 1 eingesetzt, nämlich ein solcher, der keine plane Fläche auf der ersten Stirnfläche 2 aufweist, sondern dort eine schräge Oberfläche im Bereich des ersten Rotationspositionsfestlegbereiches 4 besitzt.
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Auch sind die Laschen 9 am Umfang nicht gleichverteilt angeordnet, sonder unterschiedlich versetzt angeordnet. So ist der Abstand zwischen den Laschen 135°, 105° und 120°.
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Eine solche Verteilung ist allerdings auch in dem ersten Ausführungsbeispiel des Sicherungsringes 1 der 1 bis 3 vorliegend. Natürlich ist eine Gleichverteilung möglich.
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Der gesamte Zusammenbau des Lagersystems 23 mit einem Sicherungsring 13, der einen Vorsprung 7 aufgrund eines Prägeschrittes, also nach Art einer Prägung aufweist, also eine schräge Oberfläche aufweist, ist in den 14 und 15 erkennbar.
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Dass der Ausbruch 20 nicht komplett durchgehend ausgestattet sein muss, sondern nach Art einer Einkerbung 28 ausgebildet sein kann, ist in 16 angedeutet. Diese Einkerbung 28 wirkt dann auch als Verdrehsicherung.
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Eine Variante zu dem Lagersystem 23 nach den 14 und 15 ist in den 17 und 18 dargestellt. Dort ist jedoch noch nicht der Sicherungsring der 19 bis 20 eingesetzt. Der Sicherungsring 1 dieser Ausführungsform weist aber auch einen Vorsprung 7 auf, der mit einem Gegenrotationspositionsfestlegbereich 29 zusammenwirkt, wobei dieser Gegenrotationspositionsfestlegbereich 29 wieder als Einkerbung 28 ausgebildet ist, aber auch als Ausbruch 20 ausgebildet sein kann.
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Der Sicherungsring 1 weist auf jeden Fall eine radial nach außen abstehende Rotationshemmlasche 30 auf. Die Rotationshemmlasche 30 greift in eine gegengleiche Ausnehmung 31 im Gehäuse 24. Dies ist in 21 dargestellt.
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In 22 ist eine Längsschnittdarstellung zum Teil wiedergegeben, die wiederum zeigt, dass der Vorsprung 7 nach Art einer Prägung ausgebildet ist.
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Eine unterschiedliche Wälzkörperkartusche 5 ist in den 23 und 24 wiedergegeben, die zur Aufnahme des Sicherungsringes 1 der 25 und 26 vorbereitet ist.
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Der Rotationspositionsfestlegbereich 4 des Sicherungsringes 1 ist jedoch hier nicht als Erhabenheit oder Vertiefung ausgebildet, sondern als Anschlagfläche 32, die quer zur Radialrichtung, vorzugsweise orthogonal zur Radialrichtung, ausgerichtet ist. Erhabenheiten in Axialrichtung oder Vertiefungen in Axialrichtung fehlen, können aber zusätzlich oder alternativ eingesetzt sein.
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Der Einsatz eines solchen Sicherungsrings in einem Lagersystem 23 ist den 27 und 28 zu entnehmen.
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Üblicherweise ist also der Sicherungsring 1 in einer Gehäusenut 33 untergebracht, die auch offen ausgebildet sein kann, und greift von einer Innenseite 34 des Gehäuses 24 in diese Gehäusenut 33 ein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sicherungsring
- 2
- erste Stirnfläche
- 3
- zweite Stirnfläche
- 4
- erster Rotationspositionsfestlegbereich
- 5
- Wälzlagerkartusche
- 6
- äußere Lagerhülse
- 7
- Vorsprung
- 8
- Nase
- 9
- Lasche
- 10
- Schraubpositionsbereich
- 11
- Durchgangsloch
- 12
- Konkavität
- 13
- Schlitz
- 14
- Werkzeugangriffsgeometrie
- 15
- Loch
- 16
- erstes distales Ende der äußeren Lagerhülse
- 17
- Nut
- 18
- erste Seitenwand
- 19
- zweite Seitenwand
- 20
- Ausbruch
- 21
- Wälzkörper
- 22
- Außenmantelfläche
- 23
- Lagersystem
- 24
- Gehäuse
- 25
- innere Lagerhülse
- 26
- Befestigungselement
- 27
- Schraube
- 28
- Einkerbung
- 29
- Gegenrotationspositionsfestlegbereich
- 30
- Rotationshemmlasche
- 31
- Ausnehmung im Gehäuse
- 32
- Anschlagfläche
- 33
- Gehäusenut
- 34
- Innenseite
