WO2015197304A1 - Lagervorrichtung für eine welle, insbesondere einer turboladereinrichtung - Google Patents

Lagervorrichtung für eine welle, insbesondere einer turboladereinrichtung Download PDF

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WO2015197304A1
WO2015197304A1 PCT/EP2015/061863 EP2015061863W WO2015197304A1 WO 2015197304 A1 WO2015197304 A1 WO 2015197304A1 EP 2015061863 W EP2015061863 W EP 2015061863W WO 2015197304 A1 WO2015197304 A1 WO 2015197304A1
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bearing
bearing sleeve
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rolling
shaft
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PCT/EP2015/061863
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Sasa SLAVIC
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Continental Automotive Gmbh
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    • F16C19/184—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with two or more rows of balls with angular contact with two rows at opposite angles in O-arrangement
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    • F16C25/08—Ball or roller bearings self-adjusting
    • F16C25/083—Ball or roller bearings self-adjusting with resilient means acting axially on a race ring to preload the bearing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/23—Gas turbine engines
    • F16C2360/24—Turbochargers

Definitions

  • the invention is in the field of mechanical engineering and can be used with particular advantage in automotive engineering. However, the applications of the invention are not exhausted therein, but bearing devices according to the invention with rolling bearings are particularly advantageous everywhere where a
  • Shaft bearing is sought by two combined bearings that together not only allow very fast rotations, but to stabilize the shaft or another rotating body against tilting movements.
  • the invention develops some of its advantages, especially at high speeds, as are common in turbocharger devices for internal combustion engines. Therefore, an application other than in automotive technology in other areas is conceivable in which internal combustion engines are used with turbocharger devices, such as in marine engines and aircraft engines.
  • turbocharger devices To rotatably support a shaft in one or more roller bearings which carries at one end an exhaust-driven turbine and which is coupled at its other end to a compressor wheel which pre-compacts the intake air of an internal combustion engine.
  • Such waves in turbochargers run with variable, but consistently high speeds and must have long service lives at high load and high temperatures. Optimized storage is an indispensable prerequisite for this.
  • the respective inner bearing elements are each connected to the shaft and optionally integrated in this.
  • an outer sleeve which can be applied to the shaft with the interposition of the rolling elements. It is important that for the adjustment of the two bearings, the axial distance between the inner bearing elements is matched to the axial distance between the two bearing sleeve elements. Problems arise, for example, in temperature changes in which a length expansion of the shaft and / or the outer sleeve takes place, which can cause a misalignment of the bearing. The assembly of such a bearing arrangement can be complicated.
  • the invention is specifically directed to a bearing ⁇ device for a shaft, in particular a turbocharger ⁇ pure direction of an internal combustion engine, with at least two axially spaced radial rolling bearings with rolling elements, wherein in each of the rolling bearings for the rolling elements an inner tread at one with the Firmly connected shaft, in particular with this integrally connected, inner bearing element and an outer race on an outer bearing sleeve with at least two coaxial with each other in a guide device guided bearing sleeve elements is formed and wherein each of the rolling bearings is assigned a separate bearing sleeve element, each with a rolling bearing ⁇ running surface, the Guide device Ver ⁇ rotation of at least one of the bearing sleeve elements about the Wel ⁇ lenlteilsachse in a change
  • Each of the two rolling bearings has an inner bearing element (corresponding to an inner bearing ring) and an outer bearing element in the form of a bearing sleeve element (corresponding to a radially outer bearing ring).
  • the inner bearing elements can be connected to the shaft, for example, shrunk onto this, but they can also be integrated into the shaft, ie, the corresponding running surfaces (raceways) of the inner bearing elements can be seen directly on the shaft surface before ⁇ .
  • the wave then has paragraphs for this purpose.
  • the two bearing sleeve elements are each provided separately and are adjusted to each other during assembly or assembly of the bearing device on the shaft with respect to their axial distance.
  • the bearing sleeve elements are for this purpose for adjustment in the axial direction against each other. You can be biased by a spring element against each other in the axial direction. The spring force need not be aligned directly in the axial direction for this purpose.
  • the inventive design it is possible to bias the bearing sleeve elements relative to the two inner bearing elements in the axial direction with the interposition of the rolling elements such that a backlash-free running of the rolling elements on the running surfaces (raceways) of the bearings is guaranteed.
  • the bias voltage can for example be chosen such that at expected temperature changes of the shaft, the corresponding elongations or shortening can be compensated elastically and do not lead to the emergence of a larger game in the rolling bearings. Due to the coaxial guidance of the bearing sleeve elements, these are scarcely tiltable with respect to one another and can only be moved relative to one another in the axial direction, wherein simultaneous rotation is not ruled out.
  • An axially movable and mutually coaxial guidance of the two bearing sleeve elements can be realized in the context of a guide means that the two bearing sleeve elements are each connected to telescopically sliding sleeves or that the two bearing sleeve elements in or on a third element, for example in the form of a guide sleeve, in the axial direction can slide.
  • a provided between the bearing sleeve elements spring element can contract them in the axial direction, for example, or push apart axially, depending on the area in which the running surface, the rolling elements of the bearings should preferably proceed.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the two bearing sleeve elements by a suitable shaping, in particular in the manner of a thread, a Ku ⁇ lissen arrangement or a bayonet closure, against each other or each with respect to a third form element at least in a partial area of their movement in a combined coaxial rotational movement and axial displacement movement, in particular in a screwing movement, are movable.
  • the two bearing sleeve elements can be guided in a thread-like manner or by means of a slotted guide or by a circumferentially bevelled shape on the front side of at least one of the bearing sleeve elements such that they are screwed against each other while performing a partial axial movement.
  • the bearing sleeve elements spring element between them only a force in the circumferential direction of the bearing sleeve elements unfold and thus simultaneously clamp the two bearing sleeve elements in the axial direction against each other.
  • the two bearing sleeve elements can be rotated against each other or screwed.
  • the invention can thus be advantageously configured in that the two bearing sleeve elements are biased in the axial direction against each other by means of a spring element.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the spring element is arranged axially substantially between the two bearing sleeve elements. With such an arrangement of the spring element a space-saving Kon ⁇ constructive tion of the bearing device is achieved. It can also be advantageously provided that the spring element is designed as at least one wire spring.
  • the wire spring for example, as a partial ring at least partially rotate in the circumferential direction of the bearing sleeve elements and resiliently clamp them in the circumferential direction against each other.
  • the two bearing sleeve elements when the two bearing sleeve elements are coupled together by a screwing, takes place when unscrewing the two bearing sleeve elements, that is, a screw / rotary ⁇ movement, which axially spaced the two bearing sleeve elements, an elongation of the spring instead, however, the two bearing sleeve elements be so connected to one another with a wire spring that this is stretched when screwing together the bearing sleeve elements or elastically deformed by bending.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the spring element is designed as at least one wire spring in the form of a circular ring segment, which has at its ends fixing elements, in particular in the form of radially inwardly bent ends, which on the outer contour in each case one of the two Engage bearing sleeve elements and exert on them in the case of expansion, a directed circumferentially force.
  • This embodiment of the invention allows a particularly simple mounting of the bearing device with a spring element.
  • the spring element is resiliently compressible and / or extensible substantially in the circumferential direction of the two bearing sleeve elements.
  • a further solution of the problem can lie in the invention that the two bearing sleeve elements are fixed in the axial direction at a fixed distance from each other. The distance between the two bearing sleeve elements can be suitably adjusted in this case for adjustment such that the two bearings are set free of play, taking into account even later entering thermal expansions.
  • the two Lagerhül ⁇ senimplantation can be fixed in the axial direction at a fixed distance from each other.
  • common joining techniques such as
  • the invention relates in addition to a bearing device according to the above embodiments also to a method for producing a bearing device, in which initially rolling elements of a first Radial roller bearing are mounted on the inner bearing member on the shaft, that is mounted on the outer bearing sleeve with two bearing sleeve elements such that a bearing sleeve element is in engagement with the rolling elements, that in an axially shortened state of the outer bearing sleeve, that is, a shortened distance between the two bearing sleeve elements, the rolling elements of the second radial roller bearing are mounted and that thereon the first and the second bearing sleeve ⁇ element adjusted against each other in the axial direction and then fixed against each other.
  • the invention may also provide that first rolling elements of a first radial rolling bearing are mounted on the inner bearing member on the shaft, that is mounted thereon, the outer bearing sleeve such that a bearing sleeve element is in engagement with the rolling elements, that in an axially shortened state of the outer bearing sleeve, which corresponds to a shortened distance between the bearing sleeve elements, the rolling elements of the second radial rolling bearing are mounted and that the first and second bearing sleeve element axially, in particular by Ver ⁇ rotate, pulled apart and clamped by a spring element against each other, in particular by means of a Spring element are connected together.
  • Ver ⁇ rotate
  • FIG. 1 shows a longitudinal section of a part of a turbocharger with a shaft and a bearing device
  • Fig. 2 in a longitudinal section, a shaft with two inner
  • Bearing elements and two unmounted sets of rolling elements and corresponding bearing sleeve elements, 3 shows an arrangement similar to that shown in FIG. 2, wherein a first set of rolling elements is arranged on an inner bearing element on the shaft,
  • FIG. 4 shows an arrangement as in FIGS. 2 and 3, with bearing sleeve elements additionally being mounted with an axial spacing shortened with respect to the end state
  • FIG. 5 shows an arrangement as in FIG. 4, wherein additionally a second set of rolling elements is mounted
  • Fig. 6 shows an arrangement as in Figure 5, wherein two separate
  • FIG. 7 shows a three-dimensional view of a shaft with a bearing device according to the invention without a spring element
  • Fig. 8 shows an arrangement as in Figure 7, wherein also the spring elements are shown, and
  • FIG. 9 is a side view of a shaft with a Lagerein ⁇ direction, wherein a mounted spring element is recognizable.
  • Figure 1 shows parts of a turbocharger device of an internal combustion engine in a longitudinal section, wherein on the right side, a turbine wheel 1 is shown, which is mounted on a rotatably mounted shaft 2. The turbine wheel 1 is located in an exhaust gas stream of an internal combustion engine and is driven by it.
  • the shaft 2 is radially mounted in a bearing assembly 3 and passes through a housing 4, in which, for example Lubricating devices for the storage device 3 are provided.
  • a housing 4 in which, for example Lubricating devices for the storage device 3 are provided.
  • Lubricating devices for the storage device 3 are provided on the turbine wheel 1 opposite side of the housing 4, a not shown in the drawing compressor wheel is provided, which compresses the intake air in the intake stream of the internal combustion engine.
  • the bearing device 3 is exposed during operation of the turbocharger large temperature fluctuations, in particular large temperature differences between the exhaust side and the compressor side can occur.
  • Figure 2 shows the shaft 2 with different paragraphs, wherein at two points inner bearing elements 5, 6 are provided in the form of Axialab ⁇ sections of the shaft 2, wherein provided in each of the inner bearing elements 5, 6, a tread / raceway for the rolling elements of a rolling bearing is. In cross section, therefore, a groove-like recess can be seen, which in each case rotates in the circumferential direction of the shaft 2.
  • a cage 7 with rolling elements 8, 9 in the form of balls and two bearing sleeve elements 10, 11 and a further bearing cage 12 and further rolling elements 13, 14 are shown.
  • a spring element 15 is shown in the unmounted state.
  • the bearing cage 7 With the corresponding rolling elements 8, 9 mounted on the inner bearing element 5 of the shaft 2.
  • the bearing ring 7 is simply pushed.
  • the rolling elements 8, 9 can be used as balls, but also in any other known form of
  • the two bearing sleeve elements 10, 11 are mutually axially displaceable in the manner of a telescope or on a common guide sleeve and mounted together in the illustration of Figure 5 and pushed together axially, so that the second bearing cage 12 with the rolling elements 13, 14 easily in place in the Area of the second inner bearing element 6 can be brought.
  • Bearing element 11 are applied, that the rolling elements of both bearings rest without play or with a defined play on the corresponding treads. Then, for example, the two bearing sleeve elements 10, 11 can be connected together, e.g. by known joining techniques, such as soldering, welding, gluing, clamping, locking by means of locking elements or screwing.
  • the two bearing sleeve elements 10, 11 by means of a screw connection or thread-like complementary shaping in the region of their axial overlap in such a way that they can be displaced axially relative to each other by a mutual screw connection are.
  • the bearing sleeve elements may have mutually facing oblique end faces, which slide helically together during a rotational movement. If the screw connection is self-locking, then the distance in the axial direction can be set via this.
  • the end faces of the bearing sleeve elements are helically beveled and complementary to each other, so that the end faces slide in a screwing together and a relative rotational movement of the bearing sleeve elements against each other is converted into an axial ⁇ movement.
  • a spring 15 is shown in the unmounted state, wherein the spring has a circular ring-like shape with two radially with respect to the shaft radially inwardly projecting bent ends 15a, 15b.
  • the radially inwardly bent ends 15a, 15b project over the shoulders 10a, 11a of the bearing sleeve elements 10, 11 and clamp them against each other in the circumferential direction of the shaft 2.
  • Figure 9 shows a side view of the two bearing sleeve elements 10, 11, between which the spring element 15 can be seen, which allows a further rotation of the two bearing sleeve elements only against overcoming the spring force, so that on the coupling of the screw movement with an axial relative movement between the bearing sleeve elements also an axial preload is achieved.
  • a stable bearing assembly is provided, for example, for the application in turbocharger devices a permanent adjustment of two rolling bearings in the axial direction against each other allowed so that the rolling elements rest against the running surfaces without play and thus a wear and low-friction running of the shaft is achieved even at high speeds and changing temperatures.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lagervorrichtung für eine Welle, mit wenigstens zwei axial voneinander beabstandeten Radial-Wälzlagern (10, 11, 13, 14) mit Wälzkörpern (13, 14), wobei bei jedem der Wälzlager für die Wälzkörper eine innere Lauffläche an einem mit der Welle fest verbundenen, inneren Lagerelement sowie eine äußere Lauffläche an einer äußeren Lagerhülse (10, 11) mit wenigstens zwei koaxial zueinander in einer Führungseinrichtung geführten Lagerhülsenelementen (10, 11) gebildet ist und wobei jedem der Wälzlager ein gesondertes Lagerhülsenelement (10, 11) mit je einer Wälzlagerlauffläche zugeordnet ist, die Führungseinrichtung eine Verdrehung wenigstens eines der Lagerhülsenelemente (10, 11) um die Wellenlängsachse in eine Abstandsänderung der beiden Lagerhülsenelemente umsetzt und die beiden Lagerhülsenelemente (10, 11) in Axialrichtung (16) bezüglich ihres Abstandes zueinander justierbar und/oder fixierbar und/oder mittels eines Federelementes (15) vorspannbar sind.

Description

Beschreibung
Lagervorrichtung für eine Welle, insbesondere einer Turbola¬ dereinrichtung
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet des Maschinenbaus und ist mit besonderem Vorteil in der Automobiltechnik einsetzbar. Die Anwendungen der Erfindung erschöpfen sich jedoch nicht darin, sondern erfindungsgemäße Lagervorrichtungen mit Wälzlagern sind insbesondere überall dort mit Vorteil einsetzbar, wo eine
Wellenlagerung durch zwei miteinander kombinierte Wälzlager angestrebt wird, die gemeinsam nicht nur sehr schnelle Rotationen zulassen, sondern die Welle oder einen anderen rotierenden Körper auch gegen Kippbewegungen stabilisieren sollen. Die Erfindung entfaltet einige ihrer Vorteile besonders bei hohen Drehzahlen, wie sie besonders bei Turboladereinrichtungen für Verbrennungsmotoren üblich sind. Deshalb ist eine Anwendung außer in der Automobiltechnik auch auf anderen Gebieten denkbar, in denen Verbrennungsmotoren mit Turboladereinrichtungen eingesetzt werden, wie beispielsweise bei Bootsmotoren und Flugzeugmotoren .
Es ist bekannt, in Turboladereinrichtungen eine Welle in einem oder mehreren Wälzlagern drehbar zu lagern, die an ihrem einen Ende eine abgasgetriebene Turbine trägt und die an ihrem anderen Ende mit einem Verdichterrad gekoppelt ist, das die Ansaugluft eines Verbrennungsmotors vorverdichtet. Derartige Wellen in Turboladern laufen mit veränderlichen, jedoch durchweg hohen Drehzahlen und müssen bei hoher Belastung und hohen Temperaturen lange Standzeiten aufweisen. Eine optimierte Lagerung ist hierfür eine unabdingbare Voraussetzung.
Üblicherweise sind bei einer derartigen Anordnung mit zwei Wälzlagern die jeweiligen inneren Lagerelemente (radial innere Lagerringe) jeweils mit der Welle verbunden und gegebenenfalls in diese integriert. Es kann dann gemäß dem Stand der Technik eine äußere Hülse vorgesehen sein, die unter Zwischenlage der Wälzkörper auf die Welle aufbringbar ist. Dabei ist es wichtig, dass zur Justage der beiden Lager der axiale Abstand zwischen den inneren Lagerelementen auf den Axialabstand zwischen den beiden Lagerhülsenelementen abgestimmt ist. Probleme ergeben sich beispielsweise bei Temperaturwechseln, bei denen eine Längendehnung der Welle und/oder der äußeren Hülse stattfindet, die eine Dejustierung der Lager bewirken kann. Auch die Montage einer derartigen Lageranordnung kann aufwendig sein.
Aus der WO 2012/079881 AI ist in diesem Zusammenhang eine Wellenlagerung für einen Turbolader mit zwei separaten äußeren Lagerhülsen bekannt, die mittels einer Federanordnung gekoppelt sind .
Vor dem Hintergrund des Standes der Technik liegt der vor¬ liegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Lagervorrichtung der beschriebenen Art zu schaffen, die eine Optimierung der Geometrie der Wälzlager, verbunden mit einem einfachen Mon- tageprozess, erlaubt.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Erfindung gemäß dem Patentanspruch 1 bezüglich einer Lagervorrichtung und bezüglich eines Verfahrens zur Herstellung einer Lagervorrichtung mit den Merkmalen der Patentansprüche 11 oder 12 gelöst. Die Unter¬ ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung. Demgemäß richtet sich die Erfindung konkret auf eine Lager¬ vorrichtung für eine Welle, insbesondere einer Turbolade¬ reinrichtung eines Verbrennungsmotors, mit wenigstens zwei axial voneinander beabstandeten Radial-Wälzlagern mit Wälzkörpern, wobei bei jedem der Wälzlager für die Wälzkörper eine innere Lauffläche an einem mit der Welle fest verbundenen, insbesondere mit dieser einstückig verbundenen, inneren Lagerelement sowie eine äußere Lauffläche an einer äußeren Lagerhülse mit wenigstens zwei koaxial zueinander in einer Führungseinrichtung geführten Lagerhülsenelementen gebildet ist und wobei jedem der Wälzlager ein gesondertes Lagerhülsenelement mit je einer Wälzlager¬ lauffläche zugeordnet ist, die Führungseinrichtung eine Ver¬ drehung wenigstens eines der Lagerhülsenelemente um die Wel¬ lenlängsachse in eine Abstandsänderung der beiden Lagerhül- senelemente umsetzt und die beiden Lagerhülsenelemente in Axialrichtung bezüglich ihres Abstandes zueinander justierbar und/oder fixierbar und/oder mittels eines Federelementes vorspannbar sind.
Jedes der beiden Wälzlager weist ein inneres Lagerelement (entspricht einem inneren Lagerring) und ein äußeres Lagerelement in Form eines Lagerhülsenelements (entspricht einem radial äußeren Lagerring) auf. Die inneren Lagerelemente können mit der Welle verbunden, beispielsweise auf diese aufgeschrumpft sein, jedoch können sie auch in die Welle integriert sein, d.h., die entsprechenden Laufflächen (Laufbahnen) der inneren Lagerelemente können unmittelbar auf der Wellenoberfläche vor¬ gesehen sein. Die Welle weist dann zu diesem Zweck sinnvoll- erweise Absätze auf.
Um den axialen Abstand zwischen den beiden Lagerhülsenelementen an den Abstand zwischen den beiden inneren Lagerelementen anpassen zu können, sind die beiden Lagerhülsenelemente jeweils gesondert vorgesehen und werden beim Zusammenbau oder bei der Montage der Lagervorrichtung an der Welle bezüglich ihres axialen Abstandes zueinander justiert. Die Lagerhülsenelemente sind zu diesem Zweck zur Justage in Axialrichtung gegeneinander verschiebbar. Sie können durch ein Federelement gegeneinander in Axialrichtung vorgespannt sein. Die Federkraft muss zu diesem Zweck nicht unmittelbar in der Axialrichtung ausgerichtet sein.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist es möglich, die Lagerhülsenelemente gegenüber den beiden inneren Lagerelementen in Axialrichtung unter Zwischenlage der Wälzkörper derart vorzuspannen, dass ein spielfreies Laufen der Wälzkörper an den Laufflächen (Laufbahnen) der Wälzlager gewährleistet ist. Die Vorspannung kann beispielsweise derart gewählt werden, dass bei zu erwartenden Temperaturänderungen der Welle die entsprechenden Längendehnungen oder Verkürzungen elastisch ausgeglichen werden können und nicht zum Entstehen eines größeren Spiels in den Wälzlagern führen. Durch die koaxiale Führung der Lagerhülsenelemente sind diese kaum gegeneinander verkippbar und lediglich in Axialrichtung gegeneinander bewegbar, wobei eine gleichzeitige Verdrehung nicht ausgeschlossen wird. Es ergibt sich für die gelagerte Welle eine ausreichende Kippstabilität durch die Lagerung in den beiden Wälzlagern. Durch die axiale Verschiebbarkeit der beiden La¬ gerhülsenelemente können diese gemeinsam als vormontierte Lagerhülse in verkürzter Form montiert und dann auf einen passenden Abstand zueinander gebracht werden, indem die Lager mit den Wälzkörpern derart gegeneinander verspannt sind, dass die Wälzkörper spielfrei an den Laufflächen/Laufbahnen der Lager abrollen. Zudem können die beiden Lagerhülsenelemente durch ein Federelement in Axialrichtung derart vorgespannt sein, dass die spielfreie Lagermontage oder eine Lagermontage mit einem de- finierten Spiel gewährleistet ist.
Eine axial bewegliche und zueinander koaxiale Führung der beiden Lagerhülsenelemente kann im Rahmen einer Führungseinrichtung dadurch realisiert werden, dass die beiden Lagerhülsenelemente jeweils mit teleskopartig ineinandergleitenden Hülsen verbunden sind oder dass die beiden Lagerhülsenelemente in oder auf einem dritten Element, beispielsweise in Form einer Führungshülse, in Axialrichtung gleiten können. Ein zwischen den Lagerhülsenelementen vorgesehenes Federelement kann diese in Axialrichtung beispielsweise zusammenziehen oder axial auseinanderdrücken, je nachdem in welchem Bereich der Lauffläche die Wälzkörper der Wälzlager bevorzugt ablaufen sollen .
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die beiden Lagerhülsenelemente durch eine geeignete Formgebung, insbesondere nach Art eines Gewindes, einer Ku¬ lissenführung oder eines Bajonettverschlusses, gegeneinander oder jeweils gegenüber einem dritten Formelement zumindest in einem Teilbereich ihrer Bewegung in einer kombinierten koaxialen Drehbewegung und axialen Verschiebungsbewegung, insbesondere in einer Schraubbewegung, bewegbar sind. Beispielsweise können die beiden Lagerhülsenelemente aneinander oder an einem dritten Formelement gewindeartig oder mittels einer Kulissenführung oder durch eine in Umfangsrichtung abgeschrägte Form an der Stirnseite wenigstens eines der Lagerhülsenelemente derart geführt sein, dass sie unter Ausführung einer teilweise axialen Bewegung gegeneinander verschraubbar sind. In diesem Fall kann beispielsweise ein zwischen den Lagerhülsenelementen vorgesehenes Federelement zwischen diesen lediglich eine Kraft in Umfangsrichtung der Lagerhülsenelemente entfalten und damit gleichzeitig die beiden Lagerhülsenelemente in Axialrichtung gegeneinander verspannen. Zur Einstellung des gewünschten Abstands in Axialrichtung können dann die beiden Lagerhülsenelemente gegeneinander verdreht oder verschraubt werden. Die Erfindung kann somit vorteilhaft dadurch ausgestaltet werden, dass die beiden Lagerhülsenelemente in Axialrichtung gegeneinander mittels eines Federelementes vorgespannt sind.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Federelement axial im Wesentlichen zwischen den beiden Lagerhülsenelementen angeordnet ist. Mit einer derartigen Anordnung des Federelementes wird eine platzsparende Kon¬ struktion der Lagervorrichtung erreicht. Es kann zudem vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Federelement als wenigstens eine Drahtfeder ausgebildet ist. Die Drahtfeder kann beispielsweise als Teilring wenigstens teilweise in Um- fangsrichtung der Lagerhülsenelemente umlaufen und diese federnd in Umfangsrichtung gegeneinander verspannen. Insbesondere dann, wenn die beiden Lagerhülsenelemente durch eine Schraubbewegung miteinander gekoppelt sind, findet bei Auseinanderschrauben der beiden Lagerhülsenelemente, das heißt, einer Schraub/Dreh¬ bewegung, die die beiden Lagerhülsenelemente voneinander axial beabstandet, eine Dehnung der Feder statt, jedoch können die beiden Lagerhülsenelemente auch derart mit einer Drahtfeder miteinander verbunden werden, dass diese beim Zusammenschrauben der Lagerhülsenelemente gedehnt oder durch Verbiegen elastisch verformt wird. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Federelement als wenigstens eine Drahtfeder in der Form eines Kreisringsegmentes ausgebildet ist, das an seinen Enden Fixierelemente, insbesondere in Form von radial nach innen abgebogenen Enden, aufweist, welche an der Außenkontur jeweils eines der beiden Lagerhülsenelemente angreifen und auf diese im Dehnungsfall eine in Umfangsrichtung gerichtete Kraft ausüben. Diese Ausgestaltung der Erfindung erlaubt eine besonders einfache Montage der Lagervorrichtung mit einem Federelement.
Es kann in diesem Zusammenhang vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Federelement im Wesentlichen in Umfangsrichtung der beiden Lagerhülsenelemente federnd komprimierbar und/oder dehnbar ist. Eine weitere Lösung der Aufgabe kann gemäß der Erfindung darin liegen, dass die beiden Lagerhülsenelemente in Axialrichtung in einem festen Abstand zueinander befestigt sind. Der Abstand zwischen den beiden Lagerhülsenelementen kann in diesem Fall zur Justage passend derart eingestellt werden, dass die beiden Wälzlager unter Berücksichtigung noch später eintretender thermischer Dehnungen spielfrei eingestellt sind.
Nach Herstellen dieses Zustandes können die beiden Lagerhül¬ senelemente in Axialrichtung in einem festen Abstand zueinander befestigt werden. Hierzu können gängige Fügetechniken, wie
Schweißen, Löten oder Kleben, eingesetzt werden. Damit können Herstellungs- und Montagetoleranzen beim Zusammenbau der La¬ gereinrichtung optimal derart ausgeglichen werden, dass die Wälzlager spielfrei laufen und auch bei gewissen thermischen Verformungen nicht dejustiert werden. Die Lagerhülsenelemente können auch mithilfe von mechanischen Rastmitteln miteinander oder an einem gemeinsamen Führungselement verrastet werden. Insbesondere ist eine Verrastung nach Art eines Bajonettver¬ schlusses im Rahmen der Erfindung denkbar.
Die Erfindung bezieht sich außer auf eine Lagereinrichtung gemäß den obigen Ausführungen auch auf ein Verfahren zur Herstellung einer Lagervorrichtung, bei dem zunächst Wälzkörper eines ersten Radial-Wälzlagers an dem inneren Lagerelement auf der Welle montiert werden, dass darauf die äußere Lagerhülse mit beiden Lagerhülsenelementen derart montiert wird, dass ein Lagerhülsenelement mit den Wälzkörpern in Eingriff steht, dass bei einem axial verkürzten Zustand der äußeren Lagerhülse, das heißt einem verkürzten Abstand zwischen den beiden Lagerhülsenelementen, die Wälzkörper des zweiten Radial-Wälzlagers montiert werden und dass darauf das erste und das zweite Lagerhülsen¬ element gegeneinander in Axialrichtung justiert und dann ge- geneinander fixiert werden.
Die Erfindung kann auch vorsehen, dass zunächst Wälzkörper eines ersten Radial-Wälzlagers an dem inneren Lagerelement auf der Welle montiert werden, dass darauf die äußere Lagerhülse derart montiert wird, dass ein Lagerhülsenelement mit den Wälzkörpern in Eingriff steht, dass bei einem axial verkürzten Zustand der äußeren Lagerhülse, die einem verkürzten Abstand zwischen den Lagerhülsenelementen entspricht, die Wälzkörper des zweiten Radial-Wälzlagers montiert werden und dass darauf das erste und das zweite Lagerhülsenelement axial, insbesondere durch Ver¬ drehen, auseinandergezogen werden und mittels eines Federelementes gegeneinander verspannt, insbesondere mittels eines Federelementes miteinander verbunden werden. Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei¬ spiels in Figuren einer Zeichnung gezeigt und anschließend beschrieben. Dabei zeigt
Fig. 1 in einem Längsschnitt einen Teil einer Turbolade- reinrichtung mit einer Welle und einer Lagereinrichtung,
Fig. 2 in einem Längsschnitt eine Welle mit zwei inneren
Lagerelementen sowie zwei unmontierte Sätze von Wälzkörpern und entsprechenden Lagerhülsenelementen, Fig. 3 eine Anordnung ähnlich der in Figur 2 gezeigten, wobei ein erster Satz von Wälzkörpern auf einem inneren Lagerelement auf der Welle angeordnet ist,
Fig. 4 eine Anordnung wie in den Figuren 2 und 3, wobei zusätzlich Lagerhülsenelemente mit gegenüber dem Endzustand zueinander verkürztem axialem Abstand montiert sind, Fig. 5 eine Anordnung wie in Figur 4, wobei zusätzlich ein zweiter Satz von Wälzkörpern montiert ist,
Fig. 6 eine Anordnung wie in Figur 5, wobei zwei separate
Elemente der Lagereinrichtung, die jeweils ein La- gerhülsenelement aufweisen, axial gegeneinander derart verschoben sind, dass die beiden Wälzlager axial zueinander justiert sind,
Fig. 7 eine dreidimensionale Ansicht einer Welle mit einer erfindungsgemäßen Lagervorrichtung ohne ein Federelement,
Fig. 8 eine Anordnung wie in Figur 7, wobei zudem die Federelemente gezeigt sind, und
Fig. 9 eine Seitenansicht einer Welle mit einer Lagerein¬ richtung, wobei auch ein montiertes Federelement erkennbar ist. Figur 1 zeigt Teile einer Turboladereinrichtung eines Verbrennungsmotors in einem Längsschnitt, wobei auf der rechten Seite ein Turbinenrad 1 dargestellt ist, das auf einer drehbar gelagerten Welle 2 befestigt ist. Das Turbinenrad 1 befindet sich in einem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors und wird durch diesen angetrieben.
Die Welle 2 ist in einer Lageranordnung 3 radial gelagert und durchsetzt dabei ein Gehäuse 4, in dem beispielsweise Schmiervorrichtungen für die Lagereinrichtung 3 vorgesehen sind. Auf der dem Turbinenrad 1 gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 4 ist ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Verdichterrad vorgesehen, das im Ansaugstrom des Verbrennungsmotors die Ansaugluft verdichtet.
Die Lagereinrichtung 3 ist im Betrieb der Turboladereinrichtung großen Temperaturschwankungen ausgesetzt, wobei insbesondere große Temperaturunterschiede zwischen der Abgasseite und der Verdichterseite auftreten können.
Figur 2 zeigt die Welle 2 mit verschiedenen Absätzen, wobei an zwei Stellen innere Lagerelemente 5, 6 in Form von Axialab¬ schnitten der Welle 2 vorgesehen sind, wobei in jedem der inneren Lagerelemente 5, 6 eine Lauffläche/Laufbahn für die Wälzkörper eines Wälzlagers vorgesehen ist. Im Querschnitt ist daher eine rinnenartige Ausnehmung erkennbar, die jeweils in Umfangs- richtung der Welle 2 umläuft. Auf der linken Seite der Figur 2 sind ein Käfig 7 mit Wälzkörpern 8, 9 in Form von Kugeln sowie zwei Lagerhülsenelemente 10, 11 und ein weiterer Lagerkäfig 12 sowie weitere Wälzkörper 13, 14 dargestellt. Zudem ist ein Federelement 15 im unmontierten Zustand dargestellt.
Zur Montage der Lagereinrichtung wird, wie beim Vergleich zwischen Figur 2 und Figur 3 feststellbar, zunächst der Lagerkäfig 7 mit den entsprechenden Wälzkörpern 8, 9 auf dem inneren Lagerelement 5 der Welle 2 montiert. Im einfachsten Fall wird der Lagerring 7 einfach aufgeschoben. Die Wälzkörper 8, 9 können als Kugeln, jedoch auch in jeder anderen bekannten Form von
Wälzkörpern ausgebildet sein.
In Figur 4 ist dargestellt, dass nach dem Lagerkäfig 7 die beiden Lagerhülsenelemente 10, 11 als ein kombiniertes, zusammen¬ hängendes Bauteil auf die Welle 2 aufgeschoben werden, bis das erste Lagerhülsenelement 10 derart über dem ersten inneren Lagerelement 5 liegt, dass die Wälzkörper 8, 9 an den Lauf- flächen/Laufbahnen des Lagers, die durch den inneren Lagerring und das erste Lagerhülsenelement gebildet sind, ablaufen können.
In Figur 5 ist erkennbar, dass nach den beiden Lagerhülsen- elementen 10, 11 der zweite Lagerkäfig 12 mit den entsprechenden Wälzkörpern 13, 14 auf die Welle 2 aufgebracht wird, derart, dass die Wälzkörper 13, 14 auf der inneren Lauffläche/Laufbahn des zweiten inneren Lagerelements 6 zu liegen kommen. Das zweite Lagerhülsenelement 11 ist zu diesem Zweck näher zu dem ersten Lagerhülsenelement 10 verschoben, als es seiner Endlage ent¬ spricht .
Die beiden Lagerhülsenelemente 10, 11 sind gegeneinander axial nach Art eines Teleskops ineinander oder auf einer gemeinsamen Führungshülse verschiebbar und in der Darstellung der Figur 5 gemeinsam montiert und axial zusammengeschoben, so dass der zweite Lagerkäfig 12 mit den Wälzkörpern 13, 14 leicht an seine Stelle im Bereich des zweiten inneren Lagerelements 6 gebracht werden kann.
Im nächsten Schritt werden dann, wie in Figur 6 ersichtlich, die beiden Lagerhülsenelemente 10, 11 axial auseinandergeschoben, bis das zweite Lagerhülsenelement 11 mit seiner Laufflä¬ che/Laufbahn über den Wälzkörpern 13, 14 zu liegen kommt. Zudem kann noch eine derartige axiale Vorspannung auf das zweite
Lagerelement 11 aufgebracht werden, dass die Wälzkörper beider Wälzlager spielfrei oder mit definiertem Spiel an den entsprechenden Laufflächen anliegen. Darauf können beispielsweise die beiden Lagerhülsenelemente 10, 11 miteinander verbunden werden, z.B. durch bekannte Fügetechniken, wie Löten, Verschweißen, Kleben, Klemmen, Verrasten mittels Rastelementen oder Verschrauben .
Es ist beispielsweise bevorzugt auch möglich, die beiden La- gerhülsenelemente 10, 11 mittels einer Verschraubung oder gewindeartigen komplementären Formgebung im Bereich ihrer axialen Überlappung derart zu gestalten, dass sie durch eine gegenseitige Verschraubung axial gegeneinander verschiebbar sind. Beispielsweise können die Lagerhülsenelemente einander zugewandte schräge Stirnflächen aufweisen, die bei einer Drehbewegung aneinander schraubenartig gleiten. Ist die Ver- schraubung selbsthemmend, so kann über diese der Abstand in Axialrichtung eingestellt werden.
Grundsätzlich ist es mit oder ohne eine derartige Führungshülse vorteilhaft möglich, die beiden Lagerhülsenelemente 10, 11 in Axialrichtung durch ein Federelement 15 gegeneinander zu verspannen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Lagerhülsenelemente 10, 11, wie in Figur 7 ersichtlich, ge¬ geneinander verschraubbar und jeweils mit Schultern 10a, IIa versehen, die mittels eines in Umfangsrichtung sich erstreckenden und federnden Federelements 15 durch eine in Um- fangsrichtung und/oder in Axialrichtung wirkende Federkraft miteinander verspannt werden können. Die Stirnseiten der Lagerhülsenelemente sind helixförmig abgeschrägt und aneinander komplementär angepasst, so dass die Stirnseiten bei einer Schraubbewegung aneinander gleiten und eine relative Drehbewegung der Lagerhülsenelemente gegeneinander in eine Axial¬ bewegung umgesetzt wird.
In Figur 8 ist eine Feder 15 im unmontierten Zustand dargestellt, wobei die Feder eine kreisringsegmentartige Gestalt mit zwei radial bezüglich der Welle radial nach innen ragenden abgebogenen Enden 15a, 15b aufweist. Die radial nach innen abgebogenen Enden 15a, 15b ragen über die Schultern 10a, IIa der Lagerhülsenelemente 10, 11 und verspannen diese gegeneinander in Um- fangsrichtung der Welle 2.
Figur 9 zeigt in einer Seitenansicht die beiden Lagerhülsenelemente 10, 11, wobei zwischen diesen das Federelement 15 erkennbar ist, das eine weitere Verdrehung der beiden Lagerhülsenelemente nur gegen Überwindung der Federkraft ermöglicht, so dass über die Kopplung der Schraubbewegung mit einer axialen Relativbewegung zwischen den Lagerhülsenelementen auch eine axiale Vorspannung erreicht wird. Hierdurch wird eine stabile Lageranordnung geschaffen, die beispielsweise für die Anwendung bei Turboladereinrichtungen eine dauerhafte Justierung von zwei Wälzlagern in Axialrichtung gegeneinander derart erlaubt, dass die Wälzkörper spielfrei an den Laufflächen anliegen und somit ein verschleiß- und reibungsarmes Laufen der Welle auch bei hohen Drehzahlen und wechselnden Temperaturen erreicht wird.

Claims

Patentansprüche
1. Lagervorrichtung für eine Welle (2), insbesondere einer Turboladereinrichtung eines Verbrennungsmotors, mit wenigstens zwei axial voneinander beabstandeten Wälzlagern (5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14) mit Wälzkörpern (8, 9, 13, 14),
wobei bei jedem der Wälzlager für die Wälzkörper eine innere Lauffläche an einem mit der Welle fest verbundenen, insbesondere mit dieser einstückig verbundenen, inneren Lagerelement (5, 6) sowie eine äußere Lauffläche an einer äußeren Lagerhülse (10, 11) mit wenigstens zwei koaxial zueinander in einer Führungseinrichtung geführten Lagerhülsenelementen (10, 11) gebildet ist und
wobei jedem der Wälzlager ein gesondertes Lagerhülsen- element (10, 11) mit je einer Wälzlagerlauffläche zugeordnet ist, die Führungseinrichtung eine Verdrehung wenigstens eines der Lagerhülsenelemente (10, 11) um die Wellenlängsachse in eine Abstandsänderung der beiden Lagerhülsenelemente umsetzt und die beiden Lagerhülsenelemente (10, 11) in Axialrichtung (16) bezüglich ihres Abstandes zueinander justierbar und/oder fixierbar und/oder mittels eines Federelementes (15) vorspannbar sind .
2. Lagervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Lagerhülsenelemente (10, 11) durch eine geeignete
Formgebung, insbesondere nach Art eines Gewindes, einer Ku¬ lissenführung oder eines Bajonettverschlusses, gegeneinander oder jeweils gegenüber einem dritten Formelement zumindest in einem Teilbereich ihrer Bewegung in einer kombinierten koaxialen Drehbewegung und axialen Verschiebungsbewegung bewegbar sind.
3. Lagervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Lagerhülsenelemente (10, 11) in Axialrichtung (16) gegeneinander mittels eines Federelementes (15) vorgespannt sind.
4. Lagervorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (15) axial im Wesentlichen zwischen den beiden Lagerhülsenelementen (10, 11) angeordnet ist .
5. Lagervorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (15) als wenigstens eine Drahtfeder ausgebildet ist.
6. Lagervorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (15) als wenigstens eine Drahtfeder ausgebildet ist, deren eines Ende mit einem ersten äußeren Lagerelement (10) und deren zweites Ende mit einem zweiten äußeren Lagerelement (11) verbunden ist.
7. Lagervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (15) als wenigstens eine Drahtfeder in der
Form eines Kreisringsegmentes ausgebildet ist, das an seinen Enden Fixierelemente, insbesondere in Form von radial nach innen abgebogenen Enden (15a, 15b), aufweist, welche an der Außenkontur (10a, IIa) jeweils eines der beiden Lagerhülsenelemente (10, 11) angreifen.
8. Lagervorrichtung nach Anspruch 3 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (15) im We¬ sentlichen in Umfangsrichtung der beiden Lagerhülsenelemente (10, 11) federnd komprimierbar und/oder dehnbar ist und die beiden Lagerhülsenelemente in Umfangsrichtung gegeneinander verspannt .
9. Lagervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Lagerhülsenelemente (10, 11) in Axialrichtung
(16) in einem festen Abstand zueinander befestigt sind.
10. Lagervorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Lagerhülsenelemente (10, 11) durch eine Fü- getechnik relativ zueinander befestigt sind.
11. Verfahren zur Herstellung einer Lagervorrichtung nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst Wälzkörper (8, 9) eines ersten Radial-Wälzlagers (5, 7, 8, 9) an dem inneren Lagerelement (5) auf der Welle (2) montiert werden, dass darauf die äußere Lagerhülse (10, 11) derart montiert wird, dass ein Lagerhülsenelement (10) mit den
Wälzkörpern (8, 9) in Eingriff steht, dass bei einem axial verkürzten Zustand der äußeren Lagerhülse (10, 11) die Wälzkörper (13, 14) des zweiten Radial-Wälzlagers (6, 12, 13, 14) montiert werden und dass darauf das erste und das zweite Lagerhülsen¬ element (10, 11) gegeneinander in Axialrichtung (16) justiert und dann gegeneinander fixiert werden.
12. Verfahren zur Herstellung einer Lagervorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst Wälzkörper (8, 9) eines ersten Radial-Wälzlagers (5, 7, 8, 9) an dem inneren Lagerelement (5) auf der Welle (2) montiert werden, dass darauf die äußere Lagerhülse (10, 11) derart montiert wird, dass ein Lagerhülsenelement (10) mit den
Wälzkörpern (8, 9) in Eingriff steht, dass bei einem axial verkürzten Zustand der äußeren Lagerhülse (10, 11) die Wälzkörper (13, 14) des zweiten Radial-Wälzlagers (6, 12, 13, 14) montiert werden und dass darauf das erste und das zweite Lagerhülsen¬ element (10, 11) axial, insbesondere durch Verdrehen, ausei¬ nandergezogen werden und mittels eines Federelementes (15) gegeneinander verspannt, insbesondere mittels eines Feder- elementes (15) miteinander verbunden werden.
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