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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen der Befestigung von Rädern, mit dem geprüft wird, ob eine Befestigungskraft beim Befestigen eines Drehelementes an einer Turbinenwelle ausreichend ist oder nicht, ein Verfahren zum Befestigen von Rädern, eine Vorrichtung zum Prüfen der Befestigung von Rädern sowie eine Vorrichtung zum Befestigen von Rädern.
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Technischer Hintergrund
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Ein herkömmlicher Turbolader ist mit einem Lagergehäuse versehen, und eine Turbinenwelle, die drehbar an dem Lagergehäuse gelagert ist, ist an ihrem einen Ende mit einem Turbinenrad (einem Turbinenlaufrad) versehen und an ihrem anderen Ende mit einem Verdichterrad (Verdichterlaufrad) versehen. Der Turbolader ist mit einem Motor verbunden, das Turbinenrad wird von Abgas gedreht, das aus dem Motor ausgestoßen wird, und dreht das Verdichterrad über die Turbinenwelle mittels der Drehung des Turbinenrades. In dem Turbolader wird, wie oben beschrieben, Luft mit der Drehung des Verdichterrades verdichtet und der Motor aufgeladen.
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Die Turbinenwelle weist einen Absatzabschnitt auf, der näher an der Seite des Verdichterrades ausgebildet ist als an einer Position, an der sich ein Radiallager befindet. Ein Außendurchmesser des Absatzabschnitts ist kleiner als ein Außendurchmesser der Position, an der sich das Radiallager befindet. Ein Drehelement, wie beispielsweise ein Druckring (thrust collar) oder ein Ölschleuderring, und das Verdichterrad werden nacheinander ohne Zwischenraum in einer axialen Richtung bis zu dem Absatzabschnitt an der Turbinenwelle angebracht. Abschließend wird eine Mutter auf eine Seite des Wellenendes der Turbinenwelle aufgeschraubt. Bei dem Schrauben wird eine axiale Kraft (eine durch die Mutter erzeugte Befestigungskraft) der Turbinenwelle auf einen Kontaktabschnitt zwischen dem Absatzabschnitt, dem Drehelement und dem Verdichterrad ausgeübt. Durch die axiale Kraft wird Drehabweichung (rotational deviation) zwischen dem Drehelement und dem Verdichterrad sowie der Turbinenwelle beim Betrieb des Motors unterdrückt. Beispielsweise kann ein Drehmomentschlüssel mit Voreinstellung, mit dem das Anzugsmoment eingestellt werden kann, zum Anziehen der Mutter verwendet werden.
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Wenn der Drehmomentschlüssel mit Voreinstellung zum Anziehen der Mutter eingesetzt wird, wird Abweichung der erzeugten axialen Kraft in Bezug auf das Anzugsmoment der Mutter erzeugt. Dies wird durch unterschiedliche individuelle Koeffizienten der Reibung zwischen dem Drehelement und dem Verdichter bewirkt, die mit der Mutter befestigt werden. Daher ist eine entsprechende Kontrolle des Drehmoments zum Anziehen der Mutter erforderlich. Des Weiteren ist es beispielsweise, wenn das Verdichterrad mittels Presspassen an der Turbinenwelle angebracht wird oder dergleichen, erforderlich, den Druckring und den Ölschleuderring ohne Zwischenraum in die Turbinenwelle einzuführen, um eine gewünschte axiale Kraft auf den Druckring und den Ölschleuderring auszuüben. Daher ist in diesem Fall eine entsprechende Kontrolle der Last für das Aufpressen des Verdichterrades (im Folgenden als eine Kontrolle der Presspasskraft bezeichnet) bei dem Aufpressen des Verdichterrades erforderlich.
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In dem Patentdokument 1 wird eine Methode zum Vorgeben der axialen Kraft offenbart. Bei dieser Methode weist die Turbinenwelle einen Abschrägungsabschnitt, der in einer axialen Richtung verläuft, an einer Position auf, an der das Verdichterrad angebracht ist. Des Weiteren ist ein Dehnungsmessstreifen an dem Abschrägungsabschnitt angebracht. Die axiale Kraft wird aus der Dehnung der Turbinenwelle hergeleitet, die mit dem Dehnungsmessstreifen gemessen wird. Es ist anzumerken, dass ein Zuleitungsdraht des Dehnungsmessstreifens über ein Loch nach außen geführt wird, das Verbindung von dem Abschrägungsabschnitt zu dem Wellenende der Turbinenwelle herstellt.
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Liste der Anführungen
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Patentdokumente
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- Patentdokument 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2009-228446
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Das Verfahren, mit dem die axiale Kraft, wie in dem oben beschriebenen Patentdokument 1, mittels eines Ausgangswertes des Dehnungsmessstreifens hergeleitet wird, erweist sich als wirkungsvoll beim Messen einer genauen axialen Kraft in einer Prüfmaschine. Jedoch stellt die Rückverformung des Dehnungsmessstreifens beim Einsatz in einer in Massenproduktion hergestellten Maschine ein Problem dar, und es ist erheblicher Arbeitsaufwand für die Messung erforderlich, der zu hohen Kosten führt.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Prüfen der Befestigung von Rädern, mit dem zu geringen Kosten geprüft werden kann, ob die axialen Kräfte der Turbinenwelle, des Drehelementes und des Verdichterrades ausreichend sind, ein Verfahren zum Befestigen von Rädern, eine Vorrichtung zum Prüfen der Befestigung von Rädern und eine Vorrichtung zum Befestigen von Rädern zu schaffen.
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Lösung des Problems
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Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Prüfen der Befestigung von Rädern, das einschließt, dass eine in ein Lagergehäuse einzuführende Turbinenwelle direkt oder indirekt Schwingung ausgesetzt wird, wobei die Turbinenwelle mit Rädern an beiden Enden versehen ist, die von dem Lagergehäuse vorstehen, und wenigstens eines der Räder mit einem Befestigungselement befestigt wird, sowie mit einem Drehelement, das mittels einer durch das Befestigungselement erzeugten Befestigungskraft an der Turbinenwelle befestigt wird und integral mit dem Rad gedreht wird, die Schwingung der Turbinenwelle gemessen wird und festgestellt wird, ob eine Schwingungsfrequenz, bei der ein Maximum der gemessenen Schwingung der Turbinenwelle vorliegt, in einem zuvor festgelegten Einstellbereich enthalten ist oder nicht.
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Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Befestigen von Rädern, das umfasst, dass wenigstens eines der Räder an beiden Enden einer Turbinenwelle mit einem Befestigungselement befestigt wird, wobei die Turbinenwelle in ein Lagergehäuse eingeführt wird und beide Enden der Turbinenwelle von dem Lagergehäuse vorstehen, und ein Drehelement, das integral mit den Rädern gedreht wird, mittels einer durch das Befestigungselement erzeugten Befestigungskraft an der Turbinenwelle befestigt wird, die Turbinenwelle direkt oder indirekt in Schwingung versetzt wird, die Schwingung der Turbinenwelle gemessen wird und festgestellt wird, ob eine Schwingungsfrequenz, bei der ein Maximum der gemessenen Schwingung der Turbinenwelle auftritt, in einem zuvor festgelegten Einstellbereich enthalten ist.
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Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Prüfen der Befestigung von Rädern, die einen Schwingungserzeugungsabschnitt enthält, der so eingerichtet ist, dass er eine in ein Lagergehäuse einzuführende Turbinenwelle direkt oder indirekt in Schwingung versetzt, wobei die Turbinenwelle mit Rädern an beiden Enden versehen ist, die von dem Lagergehäuse vorstehen, und wenigstens eines der Räder mit einem Befestigungselement befestigt ist, sowie mit einem Drehelement, das mittels einer durch das Befestigungselement erzeugten Befestigungskraft an der Turbinenwelle befestigt wird und integral mit dem Rad gedreht wird, einen Messabschnitt, der so eingerichtet ist, dass er die Schwingung der Turbinenwelle misst, sowie einen Feststellabschnitt, der so eingerichtet ist, dass er feststellt, ob eine Schwingungsfrequenz, bei der ein Maximum der gemessenen Schwingung der Turbinenwelle auftritt, in einem zuvor festgelegten Einstellbereich enthalten ist oder nicht.
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Ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Befestigen von Rädern, die einen Befestigungsabschnitt enthält, der so eingerichtet ist, dass er wenigstens eines der Räder an beiden Enden einer Turbinenwelle mit einem Befestigungselement befestigt, wobei die Turbinenwelle in ein Lagergehäuse eingeführt wird und die beiden Enden der Turbinenwelle von dem Lagergehäuse vorstehen, und der Befestigungsabschnitt so eingerichtet ist, dass er ein Drehelement, das integral mit den Rädern der Turbinenwelle gedreht wird, mittels einer durch das Befestigungselement erzeugten Befestigungskraft befestigt, einen Schwingungserzeugungsabschnitt, der so eingerichtet ist, das er die Turbinenwelle direkt oder indirekt in Schwingung versetzt, einen Messabschnitt, der so eingerichtet ist, dass er die Schwingung der Turbinenwelle misst, sowie einen Feststellabschnitt, der so eingerichtet ist, dass er feststellt, ob eine Schwingungsfrequenz, bei der ein Maximum der gemessenen Schwingung der Turbinenwelle auftritt, in einem zuvor eingestellten Einstellbereich enthalten ist.
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Vorteilhafte Effekte der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, zu geringen Kosten zu prüfen, ob die axialen Kräfte der Turbinenwelle, des Drehelementes und des Verdichterrades ausreichen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine schematische Schnittansicht eines Turboladers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine schematische Schnittansicht des Turboladers vor dem Anbringen eines Turbinengehäuses und eines Verdichtergehäuses;
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3 ist eine der Erläuterung dienende Ansicht, anhand derer Befestigung einer Turbinenwelle, eines Drehelementes und eines Verdichterrades erläutert wird;
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4(a) und 4(b) sind der Erläuterung dienende Ansichten, anhand derer eine Beziehung zwischen Schwingungsfrequenz und Axialkraft erläutert wird.
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5 ist ein Blockschaltbild eine Montagevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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6 ist eine erste Ansicht, die der Erläuterung der Montagevorrichtung dient;
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7 ist eine zweite Ansicht, die der Erläuterung der Montagevorrichtung dient; und
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8 ist ein Flussdiagramm, das der Erläuterung eines Bearbeitungsablaufs eines Verfahrens zum Befestigen von Rädern dient.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Abmessungen, Materialien und andere spezifische numerische Werte, die in der Ausführungsform dargestellt werden, sind lediglich Beispiele, die dem einfachen Verständnis der Erfindung dienen, und schränken die vorliegende Erfindung, sofern nicht anders angegeben, nicht ein. Es ist anzumerken, dass in der vorliegenden Patentbeschreibung und den Zeichnungen sich wiederholende Erläuterung weggelassen wird, indem Elemente, die im Wesentlichen die gleiche Funktion und den gleichen Aufbau haben, mit den gleichen Bezugszeichen versehen werden, und Darstellung von Elementen, die keine direkte Beziehung zu der vorliegenden Erfindung haben, weggelassen wird.
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1 ist eine schematische Schnittansicht eines Turboladers C. Im Folgenden wird bei der Erläuterung davon ausgegangen, dass ein Pfeil L in 1 zu einer linken Seite des Turboladers gerichtet ist und ein Pfeil R zu einer rechten Seite des Turboladers gerichtet ist. Der Turbolader C ist, wie in 1 gezeigt, mit einem Turbolader-Hauptkörper 1 versehen. Der Turbolader-Hauptkörper 1 ist mit einem Lagergehäuse 2, einen Turbinengehäuse 4, das mit einer linken Seite des Lagergehäuses 2 über einen Befestigungsmechanismus 3 verbunden ist, und einem Verdichtergehäuse 6 versehen, das mittels einer Befestigungsschraube 5 mit einer rechten Seite des Lagergehäuses 2 verbunden ist. Der Turbolader-Hauptkörper 1 entsteht, indem diese integral verbunden werden.
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Ein Vorsprung 2a, der in einer radialen Richtung des Lagergehäuses 2 vorsteht, befindet sich an einer Außenumfangsfläche in der Nähe des Turbinengehäuses 4 des Lagergehäuses 2. Des Weiteren befindet sich ein Vorsprung 4a, der in einer radialen Richtung des Turbinengehäuses 4 vorsteht, an einer Außenumfangsfläche in der Nähe des Lagergehäuses 2 des Turbinengehäuses 4. Das Lagergehäuse 2 und das Turbinengehäuse 4 werden fixiert, indem die Vorsprünge 2a und 4a über den Befestigungsmechanismus 3 mittels Band befestigt werden. Der Befestigungsmechanismus 3 wird durch eine Kopplung gebildet, zwischen der die Vorsprünge 2a und 4a gehalten werden.
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Ein Lagerloch 2b, das in einer Querrichtung des Turboladers C verläuft, ist in dem Lagergehäuse 2 ausgebildet. Ein Radiallager 7 ist in dem Lagerloch 2b vorhanden. Das Radiallager 7 lagert eine Turbinenwelle 8 drehbar. Ein Turbinenrad (Turbinenlaufrad) 9 ist integral an einem linken Endabschnitt (einem Ende) der Turbinenwelle 8 fixiert bzw. befestigt. Das Turbinenrad 9 ist drehbar in dem Turbinengehäuse 4 aufgenommen. Des Weiteren ist ein Verdichterrad (Verdichterlaufrad) 10 integral an einem rechten Endabschnitt (dem anderen Ende) der Turbinenwelle 8 befestigt. Das Verdichterrad 10 ist drehbar in dem Verdichtergehäuse 6 aufgenommen.
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Ein Ansaugkanal 11 ist in dem Verdichtergehäuse 6 ausgebildet. Der Ansaugkanal 11 öffnet sich zur rechten Seite des Turboladers C und ist mit einem Luftfilter (nicht dargestellt) verbunden. Des Weiteren bilden in einem Zustand, in dem das Lagergehäuse 2 und das Verdichtergehäuse 6 über die Befestigungsschraube 5 verbunden sind, einander zugewandte Flächen der beiden Gehäuse 2 und 6 einen Diffusor-Strömungskanal 12, der den Druck der Luft erhöht. Der Diffusor-Strömungskanal 12 ist von einer Innenseite zu einer Außenseite in der radialen Richtung der Turbinenwelle 8 (des Verdichterrades 10) ringförmig ausgebildet und steht mit dem Ansaugkanal 11 an der Innenseite in der oben beschriebenen radialen Richtung über das Verdichterrad 10 in Verbindung.
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Des Weiteren ist das Verdichtergehäuse 6 mit einem ringförmigen Verdichter-Spiral-Strömungskanal 13 versehen, der sich in einer radialen Richtung der Turbinenwelle 8 (des Verdichterrades 10) näher an einer Außenseite befindet als der Diffusor-Strömungskanal 12. Der Kompressor-Spiral-Strömungskanal 13 steht mit dem Ansaugkanal des Motors (nicht dargestellt) in Verbindung und steht auch mit dem Diffusor-Strömungskanal 12 in Verbindung. Wenn sich das Verdichterrad 10 dreht, wird Luft über den Ansaugkanal 11 in das Verdichtergehäuse 6 angesaugt, und die angesaugte Luft wird durch die Wirkung einer Zentrifugalkraft beim Zirkulieren zwischen Flügeln des Verdichterrades 10 beschleunigt, und ihr Druck wird durch den Diffusor-Strömungskanal 12 sowie den Kompressor-Spiral-Strömungskanal 13 erhöht und so zu dem Ansaugkanal des Motors geleitet.
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Ein Ausstoßkanal 14 ist in dem Turbinengehäuse 4 ausgebildet. Der Ausstoßkanal 14 öffnet sich zu einer linken Seite des Turboladers C und ist mit einer Abgasreinigungsvorrichtung (nicht dargestellt) verbunden. Des Weiteren ist das Turbinengehäuse 4 mit einem Strömungskanal 15 sowie einem ringförmigen Turbinen-Spiral-Strömungskanal 16 versehen, der in der radialen Richtung der Turbinenwelle 8 (des Turbinenrades 9) näher an der Außenseite angeordnet ist als der Strömungskanal 15. Der Turbinen-Spiral-Strömungskanal 16 steht mit einem Gaseinströmkanal (nicht dargestellt) für das Abgas in Verbindung und steht auch mit dem Strömungskanal 15 in Verbindung. Daher wird das Abgas über einen Abgaskrümmer des Motors (nicht dargestellt) ausgestoßen und wird dann zu dem Gaseinströmkanal geleitet. Des Weiteren wird das Abgas über den Gaseinströmkanal zu dem Turbinen-Spiral-Strömungskanal 16 geleitet und wird über den Strömungskanal 15 und das Turbinenrad 9 zu dem Ausstoßkanal 14 geleitet. Bei dem Zirkulationsvorgang dreht das Abgas das Turbinenrad 9. Eine Drehkraft des Turbinenrades 9 wird über die Turbinenwelle 8 auf das Verdichterrad 10 übertragen. Dadurch wird der Druck der Luft mittels der Drehkraft des Verdichterrades 10 erhöht, und sie wird zu dem Ansauganschluss des Motors geleitet.
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2 ist eine schematische Schnittansicht des Turboladers C vor dem Anbringen des Turbinengehäuses 4 und des Verdichtergehäuses 6. Auf die gleiche Weise wie bei 1 geht eine Beschreibung von der Voraussetzung aus, dass ein in 2 gezeigter Pfeil L zur linken Seite des Turboladers C gerichtet ist und ein Pfeil R zur rechten Seite des Turboladers C gerichtet ist. Zwei Axiallager 20 und 21 befinden sich, wie in 2 gezeigt, in einem inneren Abschnitt des Lagergehäuses 2. Die Axiallager 20 und 21 sind rechts und links so angeordnet, dass sie einen Druckring 22 einschließen, und nehmen eine Drucklast auf, die auf die Turbinenwelle 8 wirkt. Die Turbinenwelle 8 wird in die Axiallager 20 und 21 und den Druckring 22 eingeführt.
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Ein Ölschleuderring 23 grenzt an eine rechte Seite des Druckrings 22 an. Ein Endabschnitt an einer linken Seite des Ölschleuderrings 23 ist in das Axiallager 21 eingeführt. Eine rechte Seite des Ölschleuderrings 23 ist in eine Dichtungsplatte 24 eingeführt. Der Ölschleuderring 23 hat einen Abschnitt, der in einer radialen Richtung nach außen vorsteht. Der Abschnitt befindet sich näher an der Dichtungsplatte 24 zwischen dem Axiallager 21 und der Dichtungsplatte 24 und verhindert, dass ein Schmieröl über die Dichtungsplatte 24 zur rechten Seite austritt, indem das Schmieröl in einer radialen Richtung nach außen verteilt wird. Des Weiteren grenzt das Verdichterrad 10 an die rechte Seite des Ölschleuderrings 23 an.
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Ein Drehelement 25 wird durch den Druckring 22 und den Ölschleuderring 23 gebildet. Das Drehelement 25 und das Verdichterrad 10 sind an der Turbinenwelle 8 befestigt und drehen sich integral mit der Turbinenwelle 8. Ein Zwischenraum ist zwischen dem Axiallager 20 und der Turbinenwelle 8 in der radialen Richtung vorhanden, und sie können relativ zueinander gedreht werden. Ein Zwischenraum ist auch zwischen dem Ölschleuderring 23 und dem Axiallager 21 in der radialen Richtung vorhanden, und sie können relativ zueinander gedreht werden. Des Weiteren ist ein Zwischenraum auch zwischen dem Ölschleuderring 23 und der Dichtungsplatte 24 vorhanden, und sie können relativ zueinander gedreht werden.
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3 ist eine der Erläuterung dienende Ansicht, anhand derer Befestigung der Turbinenwelle 8, des Drehelementes 25 und des Verdichterrades 10 erläutert wird. Das Turbinenrad 9 wird mittels Schweißen oder dergleichen an der Turbinenwelle 8 befestigt bzw. fixiert und dreht sich integral mit der Turbinenwelle 8. Das Verdichterrad 10 hingegen wird mittels einer Mutter 26 (einem Befestigungselement) zusammen mit dem Druckring 22 und dem Ölschleuderring 23 an der Turbinenwelle 8 befestigt und dreht sich integral mit der Turbinenwelle 8. Die Mutter 26 wird auf eine Gewinderille 8b aufgeschraubt, die sich an der Seite des Wellenendes der Turbinenwelle 8 befindet.
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Ein Absatzabschnitt 8a ist, wie in 3 gezeigt, in der Turbinenwelle 8 ausgebildet. Die Turbinenwelle 8 ist so ausgebildet, dass ein Außendurchmesser an der Seite des Turbinenrades 9 größer ist als ein Außendurchmesser an der Seite des Verdichterrades 10, wobei der Absatzabschnitt 8a als eine Grenze dient. Der Druckring 22 wird bis zu einer Position auf die Turbinenwelle 8 geschoben, an der der Druckring 22 in Kontakt mit dem Absatzabschnitt 8a kommt.
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Der Ölschleuderring 23 wird bis zu einer Position auf die Turbinenwelle 8 geschoben, an der der Ölschleuderring 23 in Kontakt mit dem Druckring 22 kommt. Das Verdichterrad 10 wird bis zu einer Position auf die Turbinenwelle 8 geschoben, an der das Verdichterrad 10 in Kontakt mit dem Ölschleuderring 23 kommt.
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Nachdem das Verdichterrad 10 auf die Turbinenwelle 8 gepresst worden ist, wird die Mutter 26 auf die Gewinderille 8b der Turbinenwelle 8 geschraubt. In einem Zustand, in dem der Druckring 22, der Ölschleuderring 23 und das Verdichterrad 10 zwischen dem Absatzabschnitt 8a der Turbinenwelle 8 und der Mutter 26 positioniert sind, befestigt die Mutter 26 diese. Durch das Befestigen (das heißt, die durch die Mutter 26 erzeugte Befestigungskraft) wird eine Druckkraft (eine Axialkraft) in einer axialen Richtung der Turbinenwelle 8 erzeugt. Des Weiteren erzeugt die Axialkraft jeweils einen Reibungswiderstand an dem Kontaktabschnitt des Absatzabschnitts 8a, des Druckrings 22, des Ölschleuderrings 23, des Verdichterrades 10 und der Mutter 26. Dadurch ist es möglich, Drehabweichung zu verhindern, bei der sich das Drehelement 25 und das Verdichterrad 10 jeweils in Bezug auf die Turbinenwelle 8 drehen, und so drehen sich das Drehelement 25 und das Verdichterrad 10 integral mit der Turbinenwelle 8.
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Des Weiteren wird der Reibungswiderstand des Einführabschnitts gegen das Verdichterrad 10 und gegen das Verdichterrad 10 an der Turbinenwelle 8 erhöht, wenn die Turbinenwelle 8 in das Verdichterrad 10 gepresst wird. Daher wird die Drehungsabweichung des Verdichterrades 10 und der Turbinenwelle 8 weiter eingeschränkt. Jedoch wird der Reibungswiderstand auch in Bezug auf die Bewegung in der axialen Richtung der Turbinenwelle 8 erhöht, indem die Turbinenwelle 8 in das Verdichterrad 10 gepresst wird. Daher ist Kontrolle der Presspasskraft oder dergleichen erforderlich, um das Verdichterrad 10 ohne Zwischenraum bis zu dem Druckring 22 und dem Ölschleuderring 23 aufzuschieben.
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Des Weiteren wird, wie in 2 gezeigt, das Befestigen des Drehelementes 25 und des Verdichterrades 10 mittels der Mutter 26 in einem Zustand ausgeführt, in dem die Turbinenwelle 8 in das Lagergehäuse 2 und das Radiallager 7 eingeführt wird und die Axiallager 20 und 21 sowie die Dichtungsplatte 24 angebracht sind. Dadurch werden das Drehelement 25 und das Verdichterrad 10 von dem Lagergehäuse 2 abgedeckt. Beispielsweise ist es nicht möglich, von außen optisch zu prüfen, ob die Turbinenwelle 8 bis zu der Position eingeführt ist, an der der Absatzabschnitt 8a, der Druckring 22, der Ölschleuderring 23 und das Verdichterrad 10 in der axialen Richtung in Kontakt kommen. Weiterhin können der Druckring 22 und der Ölschleuderring 23 nicht in der Dreh-Richtung der Turbinenwelle 8 gedreht werden, wenn von dem Außenabschnitt Kraft auf den Druckring 22 und den Ölschleuderring 23 ausgeübt wird. Das heißt, es ist schwierig, direkt zu prüfen, ob die auf den Druckring 22 und den Ölschleuderring 23 wirkende axiale Kraft ausreicht oder nicht. Daher wird gemäß der vorliegenden Erfindung indirekt geprüft, ob die axiale Kraft ausreicht oder nicht, indem die Schwingung der Turbinenwelle 8 gemessen und analysiert wird.
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Das heißt, ein Messabschnitt 27 wird, wie in 2 gezeigt, an einer Außenumfangsfläche 26a der Mutter 26 in einem Stadium vor dem Anbringen des Turbinengehäuses 4 und des Verdichtergehäuses 6 beim Montieren des Turboladers C installiert. Der Messabschnitt 27 wird durch einen Beschleunigungsmesser (einen Aufnehmer) gebildet, der direkt Schwingung eines Objektes erfasst. Wenn der Messabschnitt 27 installiert ist, wird die Turbinenwelle 8 in Schwingung versetzt. Beispielsweise wird ein schwacher Stoß (hammering) in der radialen Richtung der Turbinenwelle 8 auf die Außenumfangsfläche des vorstehenden Abschnitts 9a in der axialen Richtung des Turbinenrades 9 ausgeübt, wie dies mit einem Pfeil in 2 dargestellt ist. Der Messabschnitt 27 kann durch einen Geräuschmesser gebildet werden, der Klang erfasst, der zusammen mit der oben beschriebenen Schwingung erzeugt wird. Die auf die Turbinenwelle 8 wirkende Schwingung wird so schwach eingestellt, dass sie Gleichgewicht und Festigkeit der rotierenden Teile nicht beeinflusst, die die Turbinenwelle 8 bilden. In diesem Fall ist es möglich, dass Unterscheidung des mit der Schwingung erzeugten Geräusches und der Umgebungsgeräusche in dem Geräuschmesser erschwert wird. Daher wird der Messabschnitt 27 je nach der Stärke der wirkenden Schwingung in einem Fall vorteilhafterweise so ausgeführt, dass er die Schwingung direkt erfasst.
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4(a) und 4(b) sind der Erläuterung dienende Ansichten, anhand derer die Beziehung zwischen der Schwingungsfrequenz und der Axialkraft erläutert wird. Eine Schwingungsfrequenz (ein charakteristischer Wert), wie beispielsweise eine Schwingungsfrequenz a, die das Maximum der Schwingung anzeigt, oder eine Schwingungsfrequenz b wird festgestellt, indem ein charakteristischer Wert über die Analyse der Schwingung der Turbinenwelle 8 auf Basis eines Ausgangswertes des Messabschnitts 7 ermittelt wird (siehe 4(a)).
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Wenn die Axialkraft auf oder unter einem Schwellenwert α liegt, entspricht, wie in 4(b) gezeigt, der charakteristische Wert ungefähr der Schwingungsfrequenz a. Der charakteristische Wert hat von der Schwingungsfrequenz a bis zu der Schwingungsfrequenz b, die höher ist als die Schwingungsfrequenz a, einen Wert, der proportional zu der Axialkraft ist, bis die Axialkraft von dem Schwellenwert α ausgehend einen Schwellenwert β erreicht, der höher ist als der Schwellenwert α. Des Weiteren erreicht, wenn die Axialkraft auf oder über dem Schwellenwert β liegt, der charakteristische Wert ungefähr die Schwingungsfrequenz b.
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Wenn die Axialkraft auf oder unter dem Schwellenwert α liegt, wirken das Drehelement 25 und das Verdichterrad 10 als ein Gewicht auf die Turbinenwelle 8, und daher ist der charakteristische Wert niedrig. In diesem Zustand reicht die Axialkraft nicht aus. Des Weiteren wird, wenn die Axialkraft auf oder über dem Schwellenwert β liegt, ausreichend Axialkraft erzeugt, und befinden sich die Turbinenwelle 8, das Drehelement 25 und das Verdichterrad 10 in einem Zustand, in dem sie integral schwingen, und daher ist der charakteristische Wert hoch. In diesem Zustand wird ausreichend Axialkraft erzeugt. Ein Übergangszustand herrscht von dem Schwellenwert α bis zu dem Schwellenwert β der Axialkraft.
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Durch die oben beschriebene Beziehung zwischen der Axialkraft und dem charakteristischen Wert wird es möglich, auf Basis des charakteristischen Wertes zu prüfen, ob die Axialkraft ausreicht oder nicht. Beispielsweise wird in einem in 3 gezeigten Zustand direkt geprüft, ob ausreichend Axialkraft erzeugt wird, das heißt, der Messabschnitt 27 ist an der Außenumfangsfläche 26a der Mutter 26 installiert, die Schwingung wirkt in der axialen Richtung des Turbinenrades 9 auf den vorstehenden Abschnitt 9a, und so wird die Schwingung gemessen und analysiert. Des Weiteren wird ein ungefährer Bereich (ein Einstellbereich) des charakteristischen Wertes im Voraus unter Berücksichtigung eines Fehlers beim Messen der Schwingung vorgegeben. Der Einstellbereich wird wenigstens so festgelegt, dass die Schwingungsfrequenz a, die dem charakteristischen Wert der Schwingung entspricht, wenn die Axialkraft, wie oben beschrieben, nicht ausreicht, nicht enthalten ist. Des Weiteren kann der Einstellbereich wenigstens einmal hinsichtlich des gleichen Typs Turbolader C vorgegeben werden.
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Des Weiteren wird, nachdem der Turbolader C zu einem in 2 gezeigten Zustand zusammengesetzt worden ist, und der Messabschnitt 27 an der Außenumfangsfläche 26a der Mutter 26 installiert ist, der in der axialen Richtung des Turbinenrades 9 vorstehende Abschnitt 9a in Schwingung versetzt, und wird die Schwingung gemessen und analysiert. Dabei misst der Messabschnitt 27 durch Messen der Schwingung der Mutter 26 indirekt die Schwingung der Turbinenwelle 8, die integral mit der Mutter 26 schwingt.
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Des Weiteren wird festgestellt, ob der charakteristische Wert der Schwingung der Turbinenwelle 8 in einem zuvor festgelegten Einstellbereich enthalten ist oder nicht. Das heißt, es wird hinsichtlich der Schwingung der Turbinenwelle 8 festgestellt, ob das Maximum bei der Schwingungsfrequenz in dem zuvor festgelegten Einstellbereich auftritt oder nicht.
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Ein Ergebnis besteht, wenn der charakteristische Wert der Schwingung der Turbinenwelle 8 in dem zuvor festgelegten Einstellbereich enthalten ist, bekanntermaßen darin, dass ausreichend Axialkraft erzeugt wird und die Turbinenwelle 8, das Drehelement 25 und das Verdichterrad 10 integral verbunden sind. Des Weiteren wird, wenn der charakteristische Wert der Schwingung der Turbinenwelle 8 nicht in dem zuvor festgelegten Einstellbereich enthalten ist (wenn das Maximum nicht bei der Schwingungsfrequenz in dem zuvor festgelegten Einstellbereich auftritt) der Turbolader C aus einer Straße einer Montagevorrichtung ausgesondert.
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5 ist ein Blockschaltbild einer Montagevorrichtung 100. In 5 zeigen Pfeile den Signalfluss an. Die Montagevorrichtung 100 (eine Vorrichtung zum Befestigen von Rädern) ist, wie in 5 gezeigt, mit einem Befestigungsabschnitt 101, einem Schwingungserzeugungsabschnitt 102, dem Messabschnitt 27 sowie einem Steuerabschnitt 103 (einem Feststellabschnitt) versehen. Es folgt eine ausführliche Beschreibung der spezifischen Bearbeitungsvorgänge der jeweiligen Funktionsabschnitte unter Bezugnahme auf der Erläuterung dienende Ansichten in 6 und 7.
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6 ist eine erste Ansicht, die der Erläuterung der Montagevorrichtung 100 dient, und 7 ist eine zweite Ansicht, die der Erläuterung der Montagevorrichtung 100 dient. Die Montagevorrichtung 100 wird, wie in 6 und 7 gezeigt, durch eine erste Montagevorrichtung 110 und eine zweite Montagevorrichtung 120 gebildet.
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In der in 6 gezeigten ersten Montagevorrichtung 110 sind ein Heizabschnitt 111, ein Aufpressabschnitt 112 sowie ein Ausleitabschnitt 113 über einem Sockel 110a installiert. Der Heizabschnitt 111 weist einen scheibenförmigen Drehtisch 111a sowie einen Heizabschnitt (nicht dargestellt) auf. Der Mittelabschnitt des Drehtischs 111a wird von unten von einem Ständerelement 111b getragen, das auf dem Sockel 110a steht, und der Drehtisch 111a dreht sich mit Kraft von einem Motor (nicht dargestellt) oder dergleichen um das Ständerelement 111b herum.
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Nachdem das Verdichterrad 10 auf den Drehtisch 111a überführt worden ist, wird die Heizeinrichtung in das Loch des Verdichterrades 10 zum Einführen der Turbinenwelle 8 eingeführt. Während der Drehung des Drehtischs 111a wird das Verdichterrad 10 durch die Heizeinrichtung erhitzt, so dass ein Innendurchmesser des Lochs vergrößert wird.
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Der Turbolader C vor dem Anbringen des Turbinengehäuses 4, des Verdichterrades 10, der Mutter 26 und des Verdichtergehäuses 6, das heißt, der Turbolader C vor dem Aufpressen des Verdichterrades 10 (im Folgenden als ein Turbolader C1 bezeichnet) wird an einer Vorrichtung J1 angebracht und unter den Drehtisch 111a überführt.
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Des Weiteren führt, wenn das Verdichterrad 10 durch die Drehung des Drehtischs 111a über den Turbolader C1 gelangt, ein Integrierabschnitt 111c die Turbinenwelle 8 des Turboladers C1 in das Verdichterrad 10 ein. Des Weiteren wird der Turbolader C1, nachdem die Vorrichtung J1 gegen eine Vorrichtung J2 ausgetauscht wurde, zu dem Aufpressabschnitt 112 überführt.
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Der Aufpressabschnitt 112 weist ein Betätigungselement 112a, wie beispielsweise einen Hydraulikzylinder, auf, und das Betätigungselement 112a presst das Verdichterrad 10 mittels Druck entsprechend einer Steuerung durch den Steuerabschnitt 103. Die Turbinenwelle 8 des Turboladers C1 wird durch das Pressen in das Verdichterrad 10 eingepresst. Der Turbolader C, in den das Verdichterrad 10 eingepresst wird, das heißt, der Turbolader C vor Abschluss des Befestigens mittels der Mutter 26 (im Folgenden als ein Turbolader C2 bezeichnet), wird von einem Kühlabschnitt (nicht dargestellt) in einem Zustand abgekühlt, in dem das Pressen mit dem Betätigungselement 112a fortgesetzt wird. Das Kühlen mit dem Kühlabschnitt wird beispielsweise durch Einblasen von Druckluft ausgeführt.
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Der gekühlte Turbolader C2 wird zu dem Ausleitabschnitt 113 überführt. Die Vorrichtung J2 wird von dem Turbolader C2 entfernt. Abschließend wird der Turbolader C2 zu der zweiten Montagevorrichtung 120 überführt. Zu diesem Zeitpunkt ist die Mutter 26 vorläufig an der Seite des Wellenendes an der Seite des Verdichterrades 10 der Turbinenwelle 8 befestigt bzw. angezogen.
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In der in 7 gezeigten zweiten Montagevorrichtung 120 befinden sich der Befestigungs- bzw. Anziehabschnitt 101, ein Ausleitabschnitt 121 und ein Prüfabschnitt 122 über einem Sockel 120a. Der Turbolader C2 wird zu dem Anziehabschnitt 101 überführt, und eine Vorrichtung J3 wird angebracht. Dabei befindet sich die Mutter in einem Zustand, in dem die Mutter 26 vorübergehend angezogen ist.
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Der Anziehabschnitt 101 weist einen Drehschrauber 101a auf. Der Drehschrauber 101a führt abschließendes Anziehen der vorübergehend angezogenen Mutter 26 des Turboladers C2 mit einem Drehmoment durch, das der Steuerung durch den Steuerabschnitt 103 entspricht.
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Die Mutter 26 wird abschließend angezogen, und der Turbolader vor der Prüfung der Axialkraft (im Folgenden als ein Turbolader C3 bezeichnet) wird zu dem Ausleitabschnitt 121 überführt. Der Ausleitabschnitt 121 entfernt die Vorrichtung J3 von dem Turbolader C3. Danach wird der Turbolader C3 zu dem Prüfabschnitt 122 überführt.
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Des Weiteren wird der Turbolader C3 auf eine Vorrichtung J4 aufgelegt. Weiterhin wird der Messabschnitt 27 an der Außenumfangsfläche 26a (siehe 2) der Mutter 26 installiert.
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Der Prüfabschnitt 122 weist den Schwingungserzeugungsabschnitt 102 und den oben beschriebenen Messabschnitt 27 auf. Der Schwingungserzeugungsabschnitt 102 wird beispielsweise durch einen Roboterarm gebildet, an dem eine Metallstange 102a an seinem vorderen Ende angebracht ist, und versetzt den vorstehenden Abschnitt 9a (siehe 2) in Reaktion auf die Steuerung durch den Steuerabschnitt 103 in Schwingung in der axialen Richtung des Turbinenrades. Der Aufbau des Schwingungserzeugungsabschnitts 102 kann wahlweise innerhalb eines Bereiches ausgeführt werden, in dem gewünschte Schwingung erzeugt werden kann.
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Der Steuerabschnitt 103 stellt auf Basis des Ausgangswertes des Messabschnitts 27 fest, ob der charakteristische Wert der Schwingung der Turbinenwelle 8 (der Mutter 26) in dem zuvor festgelegten Einstellbereich enthalten ist. Der Steuerabschnitt 103 stellt fest, dass ausreichend Axialkraft erzeugt wird, wenn der charakteristische Wert der Schwingung der Turbinenwelle 8 in dem zuvor festgelegten Einstellbereich enthalten ist. In diesem Fall überführt der Steuerabschnitt 103 den Turbolader C nach abgeschlossener Prüfung zu einem Schritt zum Befestigen des Turbinengehäuses 4 und des Verdichtergehäuses 6.
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Wenn hingegen der charakteristische Wert der Schwingung der Turbinenwelle 8 nicht in dem zuvor festgelegten Einstellbereich enthalten ist, ist es sehr wahrscheinlich, dass die axiale Kraft nicht ausreicht. Daher sondert der Steuerabschnitt 103 den Turbolader C aus der Straße der Montagevorrichtung 100 aus.
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8 ist ein Flussdiagramm, das der Erläuterung eines Bearbeitungsablaufs eines Verfahrens zum Befestigen von Rädern dient. Der Turbolader C wird, wie in 8 gezeigt, zunächst zu dem Zustand vor dem oben beschriebenen Aufpressen zu dem Turbolader C zusammengesetzt (S200). Das heißt, in einem Schritt S200 wird der Turbolader C1 zusammengesetzt. Des Weiteren erhitzt der Heizabschnitt 111 das Verdichterrad 10 (S202), und der Aufpressabschnitt 112 presst das Verdichterrad 10 auf die Turbinenwelle 8 des Turboladers C1 (S204). Anschließend wird die Mutter 26 vorübergehend an der Turbinenwelle 8 des Turboladers C2 angezogen (S206) und wird mit dem Anziehabschnitt 101 abschließend angezogen (S208).
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Die Turbinenwelle 8 wird, wie oben beschrieben, in das Lagergehäuse 2 eingeführt, steht von dem Lagergehäuse 2 vor und ist an ihren beiden Enden mit den Rädern (dem Turbinenrad 9 und dem Verdichterrad 10) versehen. Das Verdichterrad 10 wird mit der Mutter 26 an der Turbinenwelle 8 befestigt. Das Drehelement 25 und das Verdichterrad 10 werden dabei mittels der durch die Mutter 26 erzeugten Anzieh- bzw. Befestigungskraft (der Axialkraft) an der integral mit dem Verdichterrad 10 verbundenen Turbinenwelle 8 befestigt.
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Bei dem Turbolader C3 wird der Messabschnitt 27 an der Außenumfangsfläche 26a (siehe 2) der Mutter 26 installiert (S210). Anschließend versetzt der Schwingungserzeugungsabschnitt 102 die Turbinenwelle 8 indirekt in Schwingung, indem er den vorstehenden Abschnitt 9a (siehe 2) in der axialen Richtung des Turbinenrades 9, das an der Turbinenwelle 8 angeschweißt ist, in Schwingung versetzt (S212).
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Daraufhin misst der Messabschnitt 27 an der Außenumfangsfläche 26a (siehe 1) indirekt die Schwingung der Turbinenwelle 8 anhand der Schwingung der Mutter 26 (S214).
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Der Steuerabschnitt 103 stellt fest, ob der charakteristische Wert der mit dem Messabschnitt 27 gemessenen Schwingung der Turbinenwelle 8 in dem zuvor festgelegten Einstellbereich enthalten ist oder nicht (S216). Wenn der charakteristische Wert in dem festgelegten Bereich enthalten ist (JA in S216), führt der Steuerabschnitt 103 die Bearbeitung, wie beispielsweise Befestigung oder dergleichen des Turbinengehäuses 4 und des Verdichtergehäuses 6, durch. Wenn der charakteristische Wert nicht in dem Einstellbereich enthalten ist (NEIN in S216) führt der Steuerabschnitt Aussonderung aus der Straße der Montagevorrichtung 100 durch (S218). Es ist anzumerken, dass, wenn das Drehmoment bei abschließendem Anziehen mit dem Drehschrauber 101a als schwächer empfunden wird als das zuvor festgelegte Drehmoment, der Steuerabschnitt 103 zu der Bearbeitung in dem Bearbeitungsschritt S208 zum abschließenden Anziehen zurückkehren kann, indem er das Anziehmoment des Drehschraubers 101a zurücksetzt.
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Die Montagevorrichtung 100 und das Verfahren zum Befestigen von Rädern, wie sie oben beschrieben sind, ermöglichen es, zu prüfen, ob die Axialkraft zwischen der Turbinenwelle 8 und dem Drehelement 25 ausreicht, und dabei einen Anstieg der Herstellungskosten zu verhindern.
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Bei der oben beschriebenen Ausführungsform werden weiterhin die Montagevorrichtung 100 für den Turbolader C und das Verfahren zum Befestigen von Rädern beschrieben, darüber hinaus werden jedoch eine Vorrichtung zum Prüfen der Befestigung von Rädern, die den Schwingungserzeugungsabschnitt 102, der einen Prozess ausführt, bei dem geprüft wird, ob die auf den Absatzabschnitt 8a der Turbinenwelle 8, das Drehelement 25 und das Verdichterrad 10 wirkende Axialkraft ausreicht oder nicht, den Messabschnitt 27 und den Steuerabschnitt 103 (den Feststellabschnitt) aufweist, in der Montagevorrichtung 100 und für das Verfahren zum Befestigen von Rädern, wie sie oben beschrieben sind, sowie ein Prüfverfahren geschaffen, das den Verfahrensschritt S202 zum Erzeugen von Schwingung, den Mess-Verfahrenschritt S214 sowie den Feststell-Verfahrensschritt S216 ausführt. Der gleiche Effekt wie der der Montagevorrichtung 100 und des Verfahrens zum Befestigen von Rädern können auch mit der Vorrichtung zum Prüfen der Befestigung von Rädern und dem Verfahren zum Prüfen der Befestigung von Rädern erzielt werden, wie sie oben beschrieben sind.
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Bei der oben beschriebenen Ausführungsform erfolgt die Beschreibung für den Fall, das der Messabschnitt 27 an der Außenumfangsfläche 26a der Mutter 26 installiert ist und der Stoß in der radialen Richtung auf den vorstehenden Abschnitt 9a in der axialen Richtung des Turbinenrades 9 ausgeübt wird, jedoch kann der Messabschnitt 27 beliebig an dem Turbinenrad 9, dem Verdichterrad 10, der Turbinenwelle 8 oder dem Drehelement 25 installiert werden, wie sie in 3 dargestellt sind, oder er kann stets in der Montagevorrichtung 100, der Vorrichtung zum Prüfen der Befestigung von Rädern oder der Vorrichtung J4 installiert werden. In diesem Fall kann der Vorgang zum Anbringen und Abnehmen des Messabschnitts 27 an/von dem Turbolader C3 weggelassen werden. Des Weiteren kann die Turbinenwelle 8 der Abschnitt sein, an dem der Stoß ausgeübt wird, und die Turbinenwelle 8 kann direkt in Schwingung versetzt werden. Des Weiteren kann jede beliebige andere Stelle genutzt werden, sofern die Turbinenwelle 8 in Schwingung versetzt werden kann. Des Weiteren kann die Turbinenwelle 8 mit einer anderen Kraft von außen als dem Stoß in Schwingung versetzt werden.
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Weiterhin erfolgt bei der oben beschriebenen Ausführungsform die Beschreibung für den Fall, dass die Montagevorrichtung 100 durch die erste Montagevorrichtung 110 und die zweite Montagevorrichtung 120 gebildet wird, jedoch kann die Montagevorrichtung aus einer Vorrichtung bestehen und kann die durch die erste Montagevorrichtung 110 und die zweite Montagevorrichtung 120 ausgeführte Bearbeitung durchführen.
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Darüber hinaus erfolgt bei der oben beschriebenen Ausführungsform die Beschreibung für den Fall, dass sich die Position, an der die Bearbeitung durch den Anziehabschnitt 101 durchgeführt wird, von der Position unterscheidet, an der die Bearbeitung durch den Prüfabschnitt 122 in der zweiten Montagevorrichtung 120 durchgeführt wird, jedoch kann die Position, an der die Bearbeitung durch den Befestigungsabschnitt 101 durchgeführt wird, die gleiche sein wie die Position, an der die Bearbeitung durch den Prüfabschnitt 122 durchgeführt wird. In diesem Fall ist es möglich, den Vorgang des Überführens des Turboladers C3 wegzulassen.
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Weiterhin erfolgt bei der oben beschriebenen Ausführungsform die Beschreibung für den Fall, dass das Drehelement 25 durch den Druckring 22 und den Ölschleuderring 23 gebildet wird, jedoch sind der Druckring 22 und der Ölschleuderring 23 keine unbedingt für das Drehelement erforderlichen Komponenten, und das andere Element, das mittels der Befestigungskraft der Mutter 26 integral mit der Turbinenwelle 8 befestigt wird, kann in dem Drehelement enthalten sein.
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Obwohl sich die oben stehende Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen auf die bevorzugte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung bezieht, versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt ist. Es liegt auf der Hand, dass sich für einen Fachmann verschiedene abgewandelte Beispiele oder verbesserte Beispiele innerhalb des in den Ansprüchen angegebenen Schutzumfangs ergeben könnten, und es versteht sich, dass diese Beispiele natürlich zum technischen Umfang der vorliegenden Erfindung gehören.
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Industrielle Einsatzmöglichkeiten
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Die vorliegende Erfindung kann für das Verfahren zum Prüfen der Befestigung von Rädern, mit dem geprüft wird, ob die Befestigungskraft beim Befestigen des Drehelementes an der Turbinenwelle ausreicht oder nicht, das Verfahren zum Befestigen von Rädern, die Vorrichtung zum Prüfen der Befestigung von Rädern und die Vorrichtung zum Befestigen von Rädern eingesetzt werden.
