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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft eine die Drehachse des Turboladers stützende Kugellagereinheit für einen Turbolader.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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In einer Kugellagereinheit für einen Turbolader tritt die Drehachse im Verlauf von einer Drehung mit einer hohen Geschwindigkeit bis zu einem Stillstand in einen Zustand ein, in dem sich diese mit niedriger Geschwindigkeit dreht. In diesem Zustand treten Geräusche, sogenannte Klappergeräusche auf, die durch ein Zusammenstoßen der Innenumfangsflächen der Käfigtaschen mit den Wälzkörpern verursacht werden, welche bei Drehung mit niedriger Geschwindigkeit in den Käfigtaschen in Schwingung versetzt werden. Beispielsweise ist bei einer Lagervorrichtung für einen Spindelmotor einer Festplattenlaufwerksvorrichtung ein Verfahren bekannt, bei dem das Verhältnis D
p/D
w von Taschendurchmesser (D
p) und Kugeldurchmesser (D
w) eines kronenförmigen Käfigs begrenzt und somit der Spalt zwischen den Taschen und den Wälzkörpern verringert wird (siehe
JP-2003-49830 ).
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BESCHREIBUNG
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Allerdings ist es möglich, dass von der Öffnungsseite der Taschen her Schmiermittel eindringt, auch wenn der Spalt zwischen den Taschen und den Wälzkörpern minimal gewählt wurde, da der Käfig bei diesem Verfahren ein kronenförmiger Käfig ist. Ein maschinell bearbeiteter Käfig eines Kugellagers für Turboladerist ein ringförmiges Bauteil, in dessen Dickenrichtung die kreisförmigen Löcher durchgebohrt und ausgebildet sind, die als den Wälzkörper haltenden Taschen dienen und in Umfangsrichtung angeordnet sind. Beim maschinell bearbeiteten Käfig besteht daher das Problem, dass das Eindringen des Schmiermittels in den Spalt behindert wird und sich die Schmiereigenschaften verschlechtern, wenn der Spalt zwischen den Taschen und den Wälzkörpern minimal ist, da in der Umgebung der Taschen keine Öffnungen wie bei einem kronenförmigen Käfig vorhanden sind.
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Angesichts des oben genannten Problems setzt sich die vorliegende Erfindung das Ziel, eine Kugellagereinheit für einen Turbolader bereitzustellen, bei der Klappergeräusche verringert sind, ohne dass sich die Schmiereigenschaften verschlechtern.
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Zum Lösen der obigen Aufgabe und zum Erreichen des obigen Ziels umfasst eine Kugellagereinheit für einen Turbolader gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen zylinderförmigen Außenring, der auf der Innenumfangsfläche eine Außenringlaufbahnfläche an einer Endseite und eine Außenringlaufbahnfläche an einer anderen Endseite aufweist, die axial voneinander beabstandet ausgebildet sind, einen ersten Innenring mit einer ersten Innenringlaufbahnfläche, die der Außenringlaufbahnfläche an der einen Endseite gegenüberliegt, einen zweiten Innenring mit einer zweiten Innenringlaufbahnfläche, die der Außenringlaufbahnfläche an der anderen Endseite gegenüberliegt, einen ersten maschinell bearbeiteten Käfig, der mehrere Kugeln hält, die zwischen der Außenringlaufbahnfläche an der einen Endseite und der ersten Innenringlaufbahnfläche angeordnet sind, und einen zweiten maschinell bearbeiteten Käfig, der mehrere Kugeln hält, die zwischen der Außenringlaufbahnfläche an der anderen Endseite und der zweiten Innenringlaufbahnfläche angeordnet sind. Zumindest an einem der Käfige des ersten maschinell bearbeiteten Käfigs und des zweiten bearbeiteten Käfigs sind mehrere Taschen, die die Kugel wälzend (rollfähig) aufnehmen, in Umfangsrichtung ausgebildet, und der Durchmesser der Taschen ist größer gleich das 1,03-fache und kleiner gleich das 1,07-fache des Durchmessers der Kugeln. Auch ist an einem Abschnitt der Innenumfangsfläche der genannten Taschen eine Ausbuchtung entlang der radialen Richtung des bearbeiteten Käfigs ausgebildet.
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Durch eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden Klappergeräusche verringert, ohne dass sich die Schmiereigenschaften verschlechtern.
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KURZEBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Es zeigt:
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1 eine Übersicht eines Turboladers für ein Kraftfahrzeug, an dem eine Kugellagereinheit für einen Turbolader gemäß einer Ausführungsform angebracht wird,
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2 eine Übersicht in dem Zustand, in dem die Kugellagereinheit für einen Turbolader gemäß der Ausführungsform in einem Gehäuse eingebaut ist,
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3 eine dreiteilige Ansicht, die die Details der Kugellagereinheit für einen Turbolader gemäß der Ausführungsform zeigt,
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4 eine Zeichnung, die den Aufbau eines Käfigs erläutert, den die Kugellagereinheit für einen Turbolader gemäß der Ausführungsform aufweist,
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5 eine Zeichnung, die den Aufbau eines Käfigs erläutert, den die Kugellagereinheit für einen Turbolader gemäß der Ausführungsform aufweist,
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6 eine Tabelle, die einen Geräuschpegel bei der Kugellagereinheit für einen Turbolader gemäß der Ausführungsform erläutert,
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7 ein Graph, der den Geräuschpegel bei der Kugellagereinheit für einen Turbolader gemäß der Ausführungsform erläutert,
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8 eine Tabelle, die eine Kontaktlast bei der Kugellagereinheit für einen Turbolader gemäß der Ausführungsform erläutert,
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9 ein Graph, der die Kontaktlast bei der Kugellagereinheit für einen Turbolader gemäß der Ausführungsform erläutert,
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10 eine Zeichnung, die eine Ausbuchtung beschreibt, die an der Innenumfangsfläche einer Tasche eines Käfigs gemäß der Ausführungsform ausgebildet wird,
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11 eine Zeichnung, die ein anderes Beispiel einer Ausbuchtung beschreibt, die an der Innenumfangsfläche einer Tasche eines Käfigs gemäß der Ausführungsform ausgebildet wird.
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DETAILLERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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Im Folgenden werden eine Kugellagereinheit für einen Turbolader gemäß einer Ausführungsform sowie ein Turbolader anhand der Zeichnungen erläutern.
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(Ausführungsform)
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1 ist eine Übersicht eines üblichen Turboladers für ein Kraftfahrzeug, an dem eine Kugellagereinheit für einen Turbolader angebracht wird. In 1 stellen die Pfeile 1 die Strömung der von außen in den Turbolader einströmenden Luft dar. Am rechtsseitigen Ende einer Drehachse 7 in 1 ist eine Turbine 8 vorgesehen, die sich durch ein durch die Pfeile 2 gezeigtes und von einem Zylinder 5 eines Motors ausgestoßenes Abgas, mit hoher Geschwindigkeit dreht,. Am linksseitigen Ende der Drehachse 7 auf 1 ist ein Kompressor 3 vorgesehen. Die Pfeile 2 stellen die Strömung des Abgases dar, das nach der Verbrennung aus dem Zylinder 5 ausgestoßen wird. Weiterhin stellt eine Kugellagereinheit 70 eine Kugellagereinheit für einen Turbolader dar, die die Drehachse 7 in einem frei drehbaren Zustand stützt. In 1 wird das Gehäuse, das die Kugellagereinheit 70 aufnimmt, nicht gezeigt.
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Ein Turbolader dient dazu, die in den Turbolader einströmende Luft zu verdichten und den Verbrennungswirkungsgrad des Motors zu verbessern. Wie durch die Pfeile 2 gezeigt dreht sich die Schaufel der Turbine 8 aufgrund des aus dem Zylinder 5 des Motors ausgestoßenen Abgases mit hoher Geschwindigkeit. Durch die Drehung der Turbine 8 wird der Kompressor 3, der sich auf der gleichen Achse wie die Turbine 8 befindet, über die Drehachse 7 dazu veranlasst, sich mit der gleichen Drehgeschwindigkeit zu drehen. Die in das Innere des Turboladers einströmende Luft wird, wie durch die Pfeile 1 gezeigt, im Kompressor 3 verdichtet und im verdichteten Zustand zum Zylinder 5 des Motors geführt. Dadurch erhöht sich die Menge der angesaugten Luft pro Zeiteinheit und der Verbrennungswirkungsgrad steigt.
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2 ist eine Übersicht in dem Zustand, in dem die Kugellagereinheit für einen Turbolader gemäß der Ausführungsform in einem Gehäuse eingebaut ist. Ein Gehäuse 60 weist ein Durchgangsloch auf und stützt die Kugellagereinheit 70 für einen Turbolader, die in das Durchgangsloch eingeführt ist. Eine detaillierte Beschreibung der Kugellagereinheit 70 für einen Turbolader erfolgt in 3. Weiterhin ist die Drehachse 7 eine Drehachse, die in einem frei drehbaren Zustand durch die Kugellagereinheit 70 für einen Turbolader gestützt wird. Die Turbine 8 ist eine Schaufel, die an der Drehachse 7 angebracht ist. Dabei ist die Turbine 8 auf einer Seite der beiden Enden der Drehachse 7 angeordnet, auf der das Gas ausgestoßen wird (Abgasseite), nachdem es den Zylinder 5 passiert und verbrannt worden ist, und der sich auf der Luftansaugseite, an der die Luft einströmt, drehende Kompressor 3 ist in 2 am linksseitigen Ende der Drehachse 7 vorgesehen, jedoch nicht in 2 gezeigt.
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Eine Schmiermitteleinströmöffnung 40a ist eine Einströmöffnung für ein Schmiermittel, das das Innere der Kugellagereinheit 70 für einen Turbolader ausfüllt. Das das Innere der Kugellagereinheit 70 für einen Turbolader ausfüllende Schmiermittel strömt in die Schmiermitteleinströmöffnung 40a des Gehäuses 60 ein und verzweigt sich in einen Kanal 40b1 und einen Kanal 40b2. Das durch den Kanal 40b1 laufende Schmiermittel fließt von einem an der Kugellagereinheit 70 vorgesehenen Schmiermitteleinströmloch 40c in das Innere der Kugellagereinheit 70 für einen Turbolader und fließt dann aus einem Schmiermittelabflussöffnung 40e ab. Weiterhin fließt das durch den Kanal 40b2 laufende Schmiermittel von einem an der Kugellagereinheit 70 für einen Turbolader vorgesehenen Schmiermitteleinströmloch 40d in das Innere der Kugellagereinheit 70 für einen Turbolader hinein und fließt dann aus dem Schmiermittelabflussöffnung 40e ab. Die Schmiermittelabflussöffnung 40e wird an der Außenumfangsfläche des Außenrings der Kugellagereinheit 70 für einen Turbolader wie beispielsweise auf der Gegenseite der Schmiermitteleinströmlöcher 40c und 40d vorgesehen. Hierbei ist das Schmiermittel beispielsweise Öl oder Fett. Das Schmiermittel wird unter anderem zur Verringerung von Reibung und Verschleiß an der Kugellagereinheit 70 für einen Turbolader, zur Kühlung durch Abwärme und zur Verhinderung des Eindringens von Fremdkörpern, verwendet. Als Schmieröl für eine Kugellagereinheit für einen Turbolader werden Mineralöle wie beispielsweise Spindelöl, Maschinenöl oder Turbinenöl verwendet, bei Benutzungsbedingungen mit hohen Temperaturen von größer gleich 150 Grad oder niedrigen Temperaturen von kleiner gleich –30 Grad können jedoch auch synthetische Öle wie Diesteröl, Silikonöl oder Fluorkohlenstofföl verwendet werden.
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Als Nächstes wird anhand 3 der Aufbau der Kugellagereinheit 70 für einen Turbolader näher erläutern. 3 ist eine dreiteilige Ansicht, die die Details der Kugellagereinheit 70 für einen Turbolader gemäß der Ausführungsform zeigt. Die Zeichnung links unten in 3 ist eine Frontansicht der Kugellagereinheit 70 für einen Turbolader, die Zeichnung links oben in 3 ist eine Draufsicht der Kugellagereinheit 70 für einen Turbolader und die Zeichnung unten rechts in 3 ist eine Schnittzeichnung der Kugellagereinheit 70 für einen Turbolader.
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Die Schmiermitteleinströmlöcher 40c, 40d und die Schmiermittelabflussöffnung 40e in 3 entsprechen jeweils den Schmiermitteleinströmlöchern 40c, 40d und der Schmiermittelabflussöffnung 40e in 2. Das von dem Schmiermitteleinströmloch 40c her einströmende Schmiermittel wie beispielsweise Öl wird aus der Schmiermittelabflussöffnung 40e ausgestoßen, nachdem es den Raum zwischen einem Innenring 10a und einem Außenring 300a, die unten beschrieben werden, durchlaufen hat. Als Funktion dieses Schmiermittels können Reibungsverminderung, Kühlung usw. genannt werden.
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Auf der Schnittdarstellung ist ein Welleneinführabschnitt 7a als ein Abschnitt, in den die Drehachse 7 (Welle) eingeführt wird, und ein Durchgangsloch gezeigt, das von der einen Endseite zur anderen Endseite reicht, sodass eine Welle eingeführt werden kann.
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Ein Innenring 10a und ein Innenring 10b stellen die Innenringe der Kugellagereinheit 70 für einen Turbolader dar und weisen jeweils auf der Außenumfangsfläche eine Innenringlaufbahnfläche auf. Der Innenring 10a und der Innenring 10b sind an der Drehachse 7 (Welle) befestigt, die in den Welleneinführabschnitt 7a eingeführt wird, und drehen sich mit der Drehachse 7 mit. Der Innenring 10a und der Innenring 10b haben eine hohle Zylinderform.
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Ein Außenring 300a stellt den Außenring der Kugellagereinheit 70 für einen Turbolader dar. Der Außenring 300a wird in das Gehäuse 60 eingesetzt und dadurch gestützt. Der Außenring 300a ist ein einzelnes Zylinderelement, das eine Außenumfangsfläche und eine Innenumfangfläche aufweist. Der Außenring 300a weist auf einer Endseite und einer anderen Endseite der Innenumfangsfläche Außenringlaufbahnflächen auf, die axial voneinander beabstandet angeordnet sind. Die Außenringlaufbahnflächen liegen den zwei oben genannten Innenlaufbahnflächen gegenüber und bilden so zweireihige Laufbahnen. Die Außenringlaufbahnfläche der einen Endseite des Außenrings 300a liegt der Innenlaufbahnfläche gegenüber, die der Innenring 10a aufweist, der der erste Innenring ist (erste Innenringlaufbahnfläche). Weiterhin liegt die Außenringlaufbahnfläche der anderen Endseite des Außenrings 300a der Innenlaufbahnfläche gegenüber, die der Innenring 10b aufweist, der der zweite Innenring ist (zweite Innenringlaufbahnfläche).
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Eine Kugel 11c wird auf der Laufbahn der einen Endseite angeordnet, die zwischen dem Innenring 10a und dem Außenring 300a vorgesehen ist. Folglich steht die Kugel 11c mit den Laufbahnflächen des Innenrings 10a und des Außenrings 300a in Punktkontakt. Gleichermaßen ist eine Kugel 11e ein Wälzkörper, der auf der Laufbahn der anderen Endseite zwischen dem Innenring 10b und dem Außenring 300a angeordnet ist, und steht mit dem Innenring 10b und dem Außenring 300a in Punktkontakt. Dadurch kann der Außenring 300a einerseits über die Kugeln 11c und 11e die Innenringe 10a und 10b, also die Last der Drehachse 7, stützen, und andererseits ist die Reibung, die zwischen den Innenringen 10a und 10b und dem Außenring 300a auftritt, gering, selbst wenn die Drehachse 7 sich mit hoher Geschwindigkeit dreht, da der Kontakt der Kugeln 11c und 11e mit den Innenringen 10a und 10b, sowie dem Außenring 300a ein Punktkontakt ist. Auf diese Weise kann die Kugellagereinheit 70 für einen Turbolader die Drehachse 7 frei drehbar stützen, während sie gleichzeitig die Last der Drehachse 7 stützt.
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Dabei wird als Kugellager, das für die Kugellagereinheit 70 für einen Turbolader verwendet wird, typischerweise ein Schräglager gewählt, um nicht nur die Last in Axialrichtung, sondern auch in Schubrichtung zu stützen.
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Die Käfige 21 und 22 sind Elemente, die die jeweiligen Kugeln 11c und 11e im gleichen Abstand halten. Der Käfig 21 ist zwischen dem Innenring 10a und dem Außenring 300a vorgesehen und hält mehrere Kugeln 11c auf. Der Käfig 21 ist der erste maschinell bearbeitete Käfig, der mehrere Kugeln 11c hält, die zwischen der Außenringlaufbahnfläche der einen Endseite und der ersten Innenringlaufbahnfläche angeordnet sind.
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Gleichermaßen ist der Käfig 22 zwischen dem Innenring 10b und dem Außenring 300a vorgesehen und hält mehrere Kugeln 11e. Der Käfig 22 ist der zweite bearbeitete Käfig, der mehrere Kugeln 11e hält, die zwischen der Außenringlaufbahnfläche der anderen Endseite und der zweiten Innenringlaufbahnfläche angeordnet sind.
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Als Käfigtypen 21 und 22 können beispielsweise genannt werden, maschinell bearbeitete (ausgefräste) Käfige, die derart gebildet sind, dass Werkstoffe wie Stahl oder Kupferlegierungen spanabhebend bearbeitet werden, gestanzte (gepresste) Käfige, die derart gebildet sind, dass die Komponenten aus Eisenblech mit einer Form ausgestanzt werden, oder geformte (Kunstharz) Käfige, die derart gebildet sind, dass Kunstharz in eine Metallform gegossen wird. Im Folgenden wird aber der Fall beschrieben, in dem für die Käfige 21 und 22 maschinell bearbeitete Käfigtypen benutzt werden.
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4 und 5 sind Zeichnungen, die den Aufbau eines Käfigs erläutern, den die Kugellagereinheit für einen Turbolader gemäß der Ausführungsform aufweist. 4 ist eine Anesicht des einzelnen Käfigs 21 und 5 eine Ansicht einschließlich der Komponenten in der Umgebung des Käfigs 21.
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4 ist die Ansicht des Käfigs 21, der ein maschinell bearbeiteter Käfig ist. Der Käfig 21 ist ein kreisförmiges Bauteil und am Käfig 21 sind mehrere kreisförmige Taschen 21c in Umfangsrichtung angeordnet ausgebildet, die eine Kugel 11a wälzend (rollfähig) halten. Weiterhin ist angrenzend an die Tasche 21c eine Ausbuchtung 200a ausgebildet, die dazu dient, das Schmiermittel aufzunehmen.
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In 5 ist die Ansicht des Käfigs 21 zusammen mit den Komponenten in der Umgebung dargestellt. In 5 stellt der Innenring 10a den Innenring 10a aus 3 dar, und der Außenring 300a stellt den Außenring 300a aus 3 dar, der außerhalb des Innenrings 10a vorgesehen wird. Der Käfig 21 wird zwischen dem Innenring 10a und dem Außenring 300a vorgesehen und in Umfangsrichtung sind mehrere Taschen 21c ausgebildet, die die Kugel 11a wälzend halten. Hierbei ist wünschenswert, dass der Durchmesser der Tasche 21c größer gleich 1,03-fache und kleiner gleich 1,07-fache des Durchmessers der Kugel 11a ist.
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In 5 wird der Fall erläutern, in dem der Käfig 21 sich entgegen dem Uhrzeigersinn dreht. In diesem Fall nähert sich die Kugel 11a bei Drehung des Käfigs 21 den hinteren Teil der Tasche 21c (also bei der Tasche 21c an der Innenumfangsfläche auf der Seite ohne die Ausbuchtung 200a) an. Die Innenumfangsfläche der Tasche 21c weist einerseits einen auf der Innenumfangsfläche eines sich die Kugel 11a bei Drehung in Umfangsrichtung annäherden Bereichs eine Form auf, die der Form der Kugel 11a folgt. Andererseits ist die Ausbuchtung 200a an einem Abschnitt der Innenumfangsfläche in einem Bereich ausgebildet, abgesehen von dem Bereich, in dem sich die Kugel 11a bei Drehung annähert.
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Hierbei ist die Ausbuchtung 200a mittig zur Tasche 21c auf der in Drehrichtung zugewandte Seite des maschinell bearbeiteten Käfigs 21 ausgebildet. Weiterhin werden die Innenumfangsfläche der Tasche 21c und die Ausbuchtung 200a so ausgebildet, dass sie glatt verbunden sind.
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Die damit zusammenhängenden Punkte werden anhand 6 bis 11 erläutert. Zunächst wird anhand 6 bis 9 erläutert, dass wünschenswert ist, den Durchmesser der Tasche 21c auf das größer gleich 1,03-fache und das kleiner gleich 1,07-fache des Durchmessers der Kugel 11a festzusetzen.
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6 und 7 sind eine Tabelle und ein Graph, die einen Geräuschpegel bei einer Kugellagereinheit für einen Turbolader gemäß der Ausführungsform erläutern. In der oberen Reihe in 6 werden Werte gezeigt, bei denen der Durchmesser der Tasche 21c durch den Durchmesser der Kugel 11a (Kugeldurchmesser) geteilt sind. In der unteren Reihe in 6 werden die Geräuschpegel aufgezeigt, die in VRMS (root mean square voltage) dargestellt werden. Weiterhin ist 7 ein Graph, bei dem die Daten aus 6 grafisch aufgetragen sind. Wie aus 6 und 7 ersichtlich ist, nehmen die Klappergeräusche zu, je größer der Wert (das Verhältnis) von Taschendurchmesser/Kugeldurchmesser ist. Insbesondere wenn der Durchmesser der Tasche 21c das 1,07-fache des Durchmessers der Kugel 11a übersteigt, steigt der Geräuschpegel abrupt an. Folglich ist wünschenswert, dass der Durchmesser der Tasche 21c kleiner gleich das 1,07-fache des Durchmessers der Kugel 11a ist.
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Dabei sind die Versuchsbedingungen für 6 und 7 wie folgt. Es wurden mehrere Kugellagereinheiten 70 für einen Turbolader, in die die maschinell bearbeiteten Käfige 21 mit gleichem Kugeldurchmesser, jedoch unterschiedlichen Verhältnissen von Taschendurchmesser/Kugeldurchmesser eingebaut wurden, vorbereitet und für jeden davon ein Versuch durchgeführt. Bei den Versuchen wurde in die eine Endseite der Kugellagereinheit 70 die Ausgangswelle des Motors eingeschoben und an der anderen Endseite eine Vorspannvorrichtung vorgesehen und axial eine Vorspannung von 30 N angelegt. Im Anschluss wurde der Geräuschpegel gemessen, indem ein firmenintern hergestellter Geräuschsensor an der Außenumfangsfläche des Außenrings 300a installiert wurde und unter Beibehaltung einer Drehzahl von 6800 rpm die elektrischen Spannungswerte, die der Größe der Geräusche zugeordnet waren, in Intervallen von 0,1 Sekunden für eine Dauer von 10 Sekunden aufgezeichnet wurden.
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8 und 9 sind eine Tabelle und ein Graph, die die Kontaktlast bei einer Kugellagereinheit für einen Turbolader gemäß der Ausführungsform erläutern. In der oberen Reihe in 8 werden Werte gezeigt, bei denen der Durchmesser der Tasche 21c durch den Durchmesser der Kugel 11a (Kugeldurchmesser) geteilt sind. In der unteren Reihe in 8 stehen die berechneten Werte der maximalen Kontaktlast (N), die auf die Tasche 21c einwirkt, wenn die Kugel 11a mit der Tasche 21c in Kontakt kommt. Weiterhin ist 9 ein Graph, bei dem die Daten aus 8 grafisch aufgetragen sind. Wie aus 8 und 9 ersichtlich ist, nimmt die maximale Kontaktlast merklich zu, je näher das Verhältnis von Taschendurchmesser/Kugeldurchmesser gegen 1 tendiert. Wenn der Durchmesser der Tasche 21c weniger als das 1,03-fache des Durchmessers der Kugel 11a ist, steigt die maximale Kontaktlast auf über 300 N an und es besteht die Möglichkeit, dass der Käfig beschädigt wird. Folglich ist wünschenswert, dass der Durchmesser der Tasche 21c größer gleich das 1,03-fache des Durchmessers der Kugel 11a ist.
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Dabei sind die Berechnungsbedingungen für 8 und 9 wie folgt. Es wurden mehrere Kugellagereinheiten 70, in die die maschinell bearbeiteten Käfige 21 mit gleichem Kugeldurchmesser, jedoch unterschiedlichen Verhältnissen von Taschendurchmesser/Kugeldurchmesser eingebaut wurden, angenommen und für jeden davon eine Berechnung durchgeführt. Bei den Berechnungen wurden als Bedingungen eine Drehzahl von 400.000 rpm, eine axiale Last von 80 N und eine radiale Last von 130 N vorgegeben.
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Wie oben dargelegt wird das Geräusch dadurch größer, dass die Kugel 11a in der Tasche 21c in Schwingung versetzt wird, wenn das Verhältnis von Taschendurchmesser/Kugeldurchmesser zu groß ist, und andererseits steigt die maximale Kontaktlast, wenn dieses Verhältnis zu klein ist. Folglich ist wünschenswert, dass der Durchmesser der Tasche 21c größer gleich das 1,03-fache und kleiner gleich das 1,07-fache des Durchmessers der Kugel 11a ist, die als Wälzkörper dient.
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Im Anschluss wird nun die Funktion der an einem Abschnitt der Innenumfangsflächen der Tasche 21c ausgebildeten Ausbuchtung 200a beschrieben, die. 10 ist eine Zeichnung, die die auf der Innenumfangsfläche der Tasche 21c des Käfigs 21 gemäß der Ausführungsform ausgebildete Ausbuchtung 200a erläutert. In 10 stellen eine innenseitige Käfigstirnfläche 21a und eine außenseitige Käfigstirnfläche 21b jeweils die Innenstirnfläche und die Außenstirnfläche des Käfigs 21 dar. Die Tasche 21c stellt eine der Taschen dar, die der Käfig 21 aufweist, und die Kugel 11a stellt einen Wälzkörper dar, der von der Tasche 21c gehalten ist. Ein Pfeil 23 stellt die Drehrichtung des Käfigs 21 dar. In der Ausführungsform dreht sich der Käfig 21 gemeinsam mit der Turbine 8 in eine Richtung, da hier der Fall einer Kugellagereinheit für einen Turbolader angenommen wird. Die Drehrichtung der Kugel 11a ist dabei entgegengesetzt zur Drehrichtung des Käfigs 21.
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Hierbei ist die Ausbuchtung 200a an einem Abschnitt der Innenumfangsfläche der Tasche 21c entlang der radialen Richtung des Käfigs 21 ausgebildet. Konkreter gesagt wird die Ausbuchtung 200a, wie in 10 gezeigt, mittig zur Tasche 21c auf der in Drehrichtung zugewandten Seite des maschinell bearbeiteten Käfigs 21 ausgebildet. Anders gesagt ist die Ausbuchtung 200a an einem Abschnitt der Innenumfangsfläche in einem Bereich ausgebildet, in dem sich die Kugel 11a bei Drehung in Umfangsrichtung nicht annähert. Dabei wird bei Drehung die Kugel 11a, wie in 10 gezeigt, in der Tasche 21c zu dem Abschnitt der Innenumfangsfläche auf die Gegenseite der Seite der Drehrichtung des maschinell bearbeiteten Käfigs 21 mittig zur Tasche 21c gedrückt und nähert sich an diesem Abschnitt der Innenumfangsfläche der Tasche 21c an (Kontaktabschnitt bei Drehung). Indem auf der zu diesem Kontaktabschnitt bei Drehung entgegengesetzten Seite in Umfangsrichtung (also am oberen Teil der Tasche 21c in 10) die Ausbuchtung 200a zur Aufnahme des Schmiermittels entlang der radialen Richtung des Käfigs 21 auf der Seite der Drehrichtung des Käfigs 21 vorgesehen wird, kann das Schmiermittel leichter in das Innere der Tasche eindringen, wodurch eine Verbesserung der Schmiereigenschaften erzielt wird. Zusätzlich wird auch dadurch, dass die Verbesserung der Schmiereigenschaften erzielt wird, die Lebensdauer der Kugellagereinheit 70 für einen Turbolader verlängert.
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Wenn dabei der Verbindungsabschnitt zwischen der Tasche 21c und der Ausbuchtung 200a nicht glatt ist, kommt die Kugel 11a bei Drehung des Käfigs 21 mit dem Verbindungsabschnitt in Berührung, was eine Beschädigung des Käfigs 21 verursachen kann, weshalb wünschenswert ist, dass die Innenumfangsfläche des Tasche 21c und der Ausbuchtung 200a durch z. B. eine gekrümmte Linie oder einen Kreisbogen glatt verbunden sind.
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Auf die oben beschriebene Weise kann die Kugellagereinheit für einen Turbolader gemäß der Ausführungsform die Klappergeräusche verringern, ohne dass sich die Schmiereigenschaften verschlechtern.
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Die Ausführungsform ist nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise ist die Form der Ausbuchtung 200a nicht auf die Form eines Kreisbogens beschränkt, wie dies in 10 gezeigt wird, sondern kann auch ein elliptischer Abschnitt, eine Parabel, eine Hyperbel oder andere Art von gekrümmter Linie oder ein Rechteck sein. Weiterhin ist die Ausbuchtung, die ausgebildet wird, nicht auf eine einzige beschränkt, sondern wie beispielsweise in 11 können auch zwei Ausbuchtungen, d. h. eine Ausbuchtung 200b und eine Ausbuchtung 200c, ausgebildet werden. Auch ist bei der Ausführungsform der Fall möglich, dass sowohl der Käfig 21 als auch der Käfig 22 bearbeitete Käfige sind, bei denen das Verhältnis von Taschendurchmesser/Kugeldurchmesser auf größer gleich 1,03 und kleiner gleich 1,07 festgesetzt wird, es ist aber auch der Fall möglich, dass nur einer der Käfige 21 und 22 ein solcher maschinell bearbeiteter Käfig ist.
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Weiterhin ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben genannte Ausführungsform beschränkt. Auch ein Aufbau, der die oben erwähnten einzelnen Konstruktionselemente in passender Weise kombiniert, gehört zur vorliegenden Erfindung. Weiterhin kann ein Fachmann leicht weitere Effekte und Modifikationen ableiten. Folglich beschränkt sich die vorliegende Erfindung nicht auf die oben genannte Ausführungsform, sondern ein breiteres Spektrum an Ausgestaltungen und verschiedene Änderungen sind möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 10a, 10b
- Innenringe
- 300a
- Außenring
- 21, 22
- Käfige (maschinell bearbeitete Käfige)
- 21c
- Tasche
- 200a
- Ausbuchtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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