Verfahren zur Montage einer Wälzlagerung auf einen Rotor eines Abgasturboladers

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage einer Wälzlagerung auf den Rotor eines Turboladers.

Es ist bereits bekannt, die Läuferwelle des aus Turbinenrad, Verdichterrad und Läuferwelle bestehenden Laufzeugs eines Abgasturboladers in Wälzlagern drehbar zu lagern. Die Läuferwelle trägt in ihrem einen Endbereich das Turbinenrad einer abgasgetriebenen Turbine und in ihrem anderen Endbereich das Verdichterrad eines Verdichters. Das Laufzeug und somit die Läuferwelle eines Abgasturboladers läuft im Betrieb in Ver ^¬ bindung mit einem Verbrennungsmotor mit veränderlichen, sehr hohen Drehzahlen und muss bei hoher Belastung und hohen Temperaturen lange Standzeiten aufweisen. Eine optimierte Lagerung der Läuferwelle ist hierfür eine grundlegende Voraussetzung.

Üblicherweise werden bei Abgasturboladern Gleitlagerungen eingesetzt. Aufgrund der geringeren Reibung werden in zunehmendem Maße die Gleitlagerungen durch Wälzlager ersetzt. Typisch sind bei einer derartigen Anordnung zwei Wälzlager vorgesehen, die jeweils Wälzkörper aufweisen. Den Wälzlagern sind jeweils radial innere Lagerelemente, insbesondere innere Lagerringe, zugeordnet. Diese sind jeweils mit der Welle form- oder kraftschlüssig verbunden oder bilden einen integralen Bestandteil der Welle. Des Weiteren ist den Wälzlagern je ein äußeres Lagerelement, insbesondere ein Lagerhülsenelement, zugeordnet. Dabei können die zwei Lagerhülsenelemente separat angeordnet oder auch in einer gemeinsamen Lagerhülse zusam- mengefasst oder auf andere Weise miteinander verbunden sein. Die inneren Lagerelemente und die äußeren Lagerelemente weisen jeweils Laufflächen oder Laufbahnen für die Wälzkörper auf, auf denen die Wälzkörper abrollen. Die Ausgestaltung und Anordnung der Laufflächen oder Laufbahnen sowie die Wälzkörper sind dabei so gewählt oder gestaltet, dass die Wälzlager sowohl radiale Lagerkräfte als auch axiale Lagerkräfte aufnehmen können.

Dabei ist es insbesondere im Hinblick auf die axiale Position und das axiale Spiel der Lagerung wichtig, dass zum Zweck einer Justage der beiden Wälzlager der axiale Abstand zwischen den inneren und äußeren Lagerelementen auf den axialen Abstand zwischen den beiden Lagerhülsenelementen abgestimmt oder an- gepasst werden kann und die axiale Position der Wälzlager in dem aufnehmenden Lagergehäuse bestimmt ist.

Probleme ergeben sich beispielsweise bei im Betrieb auftretenden Temperaturwechseln, bei denen eine Längendehnung der Läuferwelle und/oder der äußeren Lagerhülse stattfindet, die eine

Dejustierung der Lager (Vergrößerung bzw Verkleinerung des

Lagerspiels) bewirken kann. Auch die Montage einer derartigen Lageranordnung in einem aufnehmenden Lagergehäuse kann aufwendig sein . Aus der WO 2012/079881 AI ist eine Wellenlagerung für einen

Abgasturbolader bekannt, welche zwei separate äußere Lagerringe aufweist, die mittels einer Federanordnung unter Vorspannung gekoppelt sind, wodurch Spielfreiheit der Wälzlager gegeben und die Position in Bezug auf die Läuferwelle festgelegt ist.

Aus der Zeitschrift MTZ, 72 Jg., 04/2011, Seiten 302 - 307, ist eine Kugellagereinheit für die Läuferwelle eines Abgasturbo ^¬ laders bekannt. Diese Kugellagereinheit weist zwei innenliegende Lagerschalen aus warmfestem Lagerstahl auf, die im montierten Zustand auf die Läuferwelle des Abgasturboladers aufgepresst sind. Die Kugeln dieses Kugellagers bestehen aus Metall oder Keramik und werden durch einen beschichteten Stahl- oder Kunststoffkäfig voneinander getrennt gehalten und geführt. Die äußeren Lagerhülsenelemente sind hier in eine gemeinsame La- gerhülse zusammengefasst und sind aus einem hochvergüteten Lagerstahl hergestellt. Des Weiteren ist in der DE 10 2014 212 155.8 der Anmelderin eine Lagervorrichtung für eine Welle einer

Abgasturboladereinrichtung eines Verbrennungsmotors be ^¬ schrieben, welche wenigstens zwei axial voneinander beabstandete Wälzlager mit Wälzkörpern aufweist. Dabei sind bei jedem der Wälzlager für dessen Wälzkörper eine innere Lauffläche direkt auf der Läuferwelle angeordnet sowie eine äußere Lauffläche in einem jeweils zugehörigen äußeren Lagerhülsenelement vorgesehen. Die beiden Lagerhülsenelemente sind koaxial zueinander mittels einer gemeinsamen Führungseinrichtung positioniert und so zu einer Einheit zusammengefasst . Die Führungseinrichtung setzt eine Verdrehung wenigstens einer der Lagerhülsenelemente um die Wellenlängsachse in eine Abstandsänderung der beiden Lagerhülsenelemente um, wodurch die beiden Lagerhülsenelemente in Axialrichtung bezüglich ihres Abstandes zueinander justierbar und/oder fixierbar und/oder mittels eines Federelementes vorspannbar sind.

In der DE 10 2014 220 618.9 der Anmelderin ist eine Lagereinheit für das eine Läuferwelle aufweisende Laufzeug eines Abgas ^¬ turboladers beschrieben, welche ein Lagergehäuse mit einer Verdichterseite zur Verbindung mit einem Verdichtergehäuse des Abgasturboladers, eine Turbinenseite zur Verbindung mit einem Turbinengehäuse des Abgasturboladers und eine zylindrische Lageraufnahmeöffnung mit einer darin aufgenommenen Lagervorrichtung aufweist. Die Lageraufnahmeöffnung ist in Radialrichtung durch einen Innenmantel des Lagergehäuses begrenzt. Die Lagervorrichtung weist zwei in Axialrichtung voneinander beabstandete Wälzlager auf, von denen eines im Lagergehäuse turbinenseitig und das andere im Lagergehäuse verdichterseitig angeordnet ist. Jedem der Wälzlager ist für dessen Wälzkörper ein inneres Lagerelement mit einer inneren Lauffläche auf der Läuferwelle des Laufzeugs sowie ein äußeres Lagerhülsenelement mit einer äußeren Lauffläche zugeordnet. Die beiden äußeren Lagerhülsenelemente sind auf einer gemeinsamen Führung kon ^¬ zentrisch und in axialer Richtung so zueinander positioniert und fixiert, dass sie eine Lagerhülseneinheit bilden und Spiel ^¬ freiheit der Wälzlager gewährleistet ist. Der Innenmantel des Lagergehäuses weist eine stufenförmige Anlageschulter auf. Die Außendurchmesser der beiden Lagerhülsenelemente sind unterschiedlich. Das Lagerhülsenelement mit dem größeren Außendurchmesser liegt in Axialrichtung an der Anlageschulter des Innenmantels des Lagergehäuses an.

Aus der DE 11 2010 001 779 T5 ist ein Turbolader bekannt, welcher einen in sein Lagergehäuse eingesetzten Wälzlagereinsatz aufweist. Dieser Wälzlagereinsatz enthält mindestens einen inneren Laufring und mindestens einen äußeren Laufring und eine Reihe von Wälzelementen, von denen jedes mit einem der inneren und einem der äußeren Laufringe in Kontakt steht. Bei diesem Turbolader wird eine unerwünschte Drehung des äußeren Laufringes im montierten Zustand unter Verwendung separater konstruktiver Elemente, beispielsweise unter Verwendung von Ausnehmungen und Vorsprüngen, verhindert.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zur Montage einer Wälzlagerung auf den Rotor eines Abgasturboladers sowie einen nach diesem Verfahren hergestellten Abgasturbolader anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen bzw. durch einen Abgasturbolader mit den im Anspruch 11 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte

Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Montage einer Wälzlagerung auf den Rotor eines Turboladers bereitge ^¬ stellt, bei welchem ein Einbringen einer zylinderförmigen Montagehülse in den Zwischenraum zwischen zwei Wälzlagern des Rotors, zu welchem eine Welle, an der Welle befestigte oder in die Welle integrierte, voneinander einen Abstand aufweisende innere Lagerringe, in die inneren Lagerringe eingesetzte

Wälzkörper und ebenfalls einen Abstand voneinander aufweisende äußere Lagerringe gehören, ein Einbringen eines nicht form ^¬ stabilen Mediums in eine zwischen den inneren oder äußeren Lagerringen, der Montagehülse und einer Begrenzungswand, in ^¬ nerhalb welcher die Montagehülse konzentrisch angeordnet ist, bestehenden Kavität und ein Aushärten des in die Kavität eingebrachten Mediums erfolgen.

Bei der Begrenzungswand kann es sich um einen zylinderförmigen Innenmantel des Lagergehäuses des Abgasturboladers oder um den zylinderförmigen Innenmantel einer gesonderten Montagevorrichtung handeln. Im erstgenannten Fall erfolgt das Einbringen des nicht formstabilen Mediums bei bereits in das Lagergehäuse des Abgasturboladers eingesetzter Wälzlagerung. Im zweitge ^¬ nannten Fall erfolgt das Einbringen des nicht formstabilen Mediums außerhalb und unabhängig vom Lagergehäuse. Ein Einsetzen der Wälzlagerung in das Lagergehäuse erfolgt erst nach externer Fertigstellung der Wälzlagerung.

In vorteilhafter Weise handelt es sich bei dem nicht formstabilen Medium um einen Schaum, insbesondere einen Kunststoffschäum oder einen Metallschaum. Dieser nicht formstabile Schaum kann in einfacher Weise unter Verwendung einer Lanze in eine Kavität eingebracht werden, die zwischen den inneren oder äußeren Lagerringen, der Montagehülse und der Begrenzungswand, innerhalb welcher die Montagehülse angeordnet ist, vorgesehen ist. Dort erfolgt dann ein Aushärten des nicht formstabilen Mediums . Dieses Aushärten kann ohne weiteres Zutun nach Ablauf eines bestimmten Zeitraumes erfolgt sein oder es kann durch eine Anwendung eines Zusatzmediums wie beispielsweise Kaltluft erfolgen.

Die Montagehülse, die vorzugsweise aus einem flexiblen Material wie beispielsweise einem Thermoplast besteht, kann nach dem

Aushärten des Mediums entweder im Lagergehäuse verbleiben oder chemisch oder durch Anwendung einer erhöhten Temperatur wieder entfernt werden. In vorteilhafter Weise weist die Kavität vor dem Einbringen des Mediums nicht achsensymmetrische Nuten und/oder Erhebungen auf. Dies hat den Vorteil, dass durch das in diese Kavität eingebrachte Medium nach seinem Aushärten die Funktion einer Verdrehsicherung erreicht wird.

Weitere vorteilhafte Eigenschaften und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden beispielhaften Erläuterung der Erfindung anhand der Figuren 1 bis 4, wobei in der Figur 1 eine Blockdarstellung zur Erläuterung des grundsätzlichen Aufbaus eines Abgasturboladers und in den Figuren 2 bis 4 Längsschnittdarstellungen zur Erläuterung einzelner Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens veran ^¬ schaulicht sind.

Ein Abgasturbolader 1 weist -wie es in der Figur 1 dargestellt ist- eine Turbine 2, einen Verdichter 5 und eine Lagervorrichtung 9 auf. Die Turbine 2 enthält ein in einem Turbinengehäuse 3 angeordnetes Turbinenrad 4. Der Verdichter 5 enthält ein in einem Verdichtergehäuse 6 angeordnetes Verdichterrad 7. Das Turbi ^¬ nenrad 4 ist im Endbereich einer Welle 8 an dieser befestigt. Das Verdichterrad 7 ist im anderen Endbereich der Welle 8 an dieser befestigt. Die Welle 8 ist in einem Lagergehäuse 10 der La ^¬ gervorrichtung 9 gelagert. An das Lagergehäuse 10 ist auf der Turbinenseite das Turbinengehäuse 3 und auf der Verdichterseite das Verdichtergehäuse 6 angeschlossen. Im Lagergehäuse 10 ist eine Lagervorrichtung angeordnet, zu welcher zwei Wälzlager gehören. Diese Wälzlager gehören zu einer Rotorbaugruppe, zu welcher die Welle, an der Welle befestigte oder in die Welle integrierte, voneinander einen Abstand aufweisende innere Lagerringe, in die inneren Lagerringe eingesetzte Wälzkörper und ebenfalls einen Abstand voneinander aufweisende äußere Lagerringe gehören.

Im Betrieb des Abgasturboladers treibt ein dem Abgasturbolader zugeführter Abgasstrom eines Kraftfahrzeugs das Turbinenrad 4 an, wodurch die fest mit dem Turbinenrad 4 verbundene Welle 8 in eine Drehbewegung versetzt wird. Diese Drehbewegung wird auf das ebenfalls fest mit der Welle 8 verbundene Verdichterrad 7 übertragen. Mittels des Verdichterrades 7 wird dem Verdichter zugeführte Frischluft verdichtet und zusammen mit dem benötigten Kraftstoff den Brennräumen des Kraftfahrzeugs zur Erhöhung der Motorleistung zugeführt. Beim Zusammenbau des Abgasturboladers ist es notwendig die Rotorbaugruppe in das Lagergehäuse des Abgasturboladers ein ^¬ zusetzen .

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage einer Wälzlagerung auf den Rotor eines Abgasturboladers. Bei diesem Verfahren erfolgt Einbringen einer Montagehülse in den Zwischenraum zwischen zwei Wälzlagern des Rotors, zu welchem eine Welle, an der Welle befestigte oder in die Welle integrierte, voneinander einen Abstand aufweisende innere Lagerringe, in die inneren Lagerringe eingesetzte Wälzkörper und ebenfalls einen Abstand voneinander aufweisende äußere Lagerringe gehören, ein Einbringen eines nicht formstabilen Mediums in eine zwischen den inneren oder äußeren Lagerringen, der Montagehülse und einer Begrenzungswand, innerhalb welcher die Montagehülse angeordnet ist, bestehenden Kavität und ein Aushärten des in die Kavität eingebrachten Mediums.

Die Figur 2 zeigt eine Längsschnittdarstellung eines Teils eines Abgasturboladers zur Erläuterung eines bei der Erfindung vorgesehenen Verfahrensschrittes.

Zu diesem Abgasturbolader gehört eine Rotorbaugruppe 13, die eine Welle 8, an der Welle 8 befestigte oder in die Welle 8 integrierte, voneinander einen Abstand aufweisende innere Lagerringe 16 und 17, in die inneren Lagerringe eingesetzte Wälzkörper 18 und 19 sowie ebenfalls einen Abstand voneinander aufweisende äußere Lagerringe 20 und 21 enthält. Des Weiteren gehört bei diesem Ausführungsbeispiel zur Rotorbaugruppe auch ein an der Welle 8 befestigtes Turbinenrad 4, welches Bestandteil einer Turbine 2 ist.

Der innere Lagerring 16 mit der inneren Lauffläche 16a, die Wälzkörper 18 und der äußere Lagerring 20 gehören zu einem ersten Wälzlager 14. Der innere Lagerring 17 mit der inneren Lauffläche 17a, die Wälzkörper 19 und der äußere Lagerring 21 gehören zu einem zweiten Wälzlager 15. Die wie vorstehend beschriebene zusammengesetzte Rotorbaugruppe 13 ist in eine Lageraufnahmeöffnung 11 des Lagergehäuses 10 des Abgasturboladers eingesetzt, wie es in der Figur 2 veran ^¬ schaulicht ist. Das Lagergehäuse 10 weist des Weiteren eine Schmierölzufuhr 25, durch welche im späteren Betrieb des Ab- gasturboladers den Lagern Schmieröl zugeführt wird, einen Wasserkern 26 und einen Schmierölablass 27 auf. Die Lager ^¬ aufnahmeöffnung 11 des Lagergehäuses 10 weist einen Innenmantel 12 auf. Des Weiteren ist in den Zwischenraum zwischen den beiden

Wälzlagern 14 und 15 eine Montagehülse 28 eingebracht. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist diese Montagehülse in den Zwischenraum zwischen den beiden äußeren Lagerringen 20 und 21 eingebracht. Gemäß einem anderen, nicht in den Figuren dar- gestellten Ausführungsbeispiel kann die Montagehülse 28 auch in den Zwischenraum zwischen den beiden inneren Lagerringen 16 und 17 eingebracht werden.

Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist durch das genannte Einbringen der Montagehülse 28 eine Kavität 30 gebildet. Diese wird von den beiden äußeren Lagerringen 20 und 21 und dem Innenmantel 12 des Lagergehäuses 10 begrenzt bzw. umschlossen. Der Innenmantel 12 des Lagergehäuses 10 bildet bei diesem Ausführungsbeispiel folglich eine Begrenzungswand für die Kavität 30. Die Montagehülse 28 ist vorzugsweise zylinderförmig ausgebildet und ist koaxial im Innenbereich des zumindest im Wesentlichen ebenfalls zylinderförmig ausgebildeten Innenmantels 12 des Lagergehäuses 10 positioniert. In diese Kavität 30 wird beim gezeigten Ausführungsbeispiel unter Verwendung einer Lanze 23 ein nicht formstabiles Medium 22 eingebracht, wie es in der Figur 3 veranschaulicht ist. Bei diesem nicht formstabilen Medium handelt es sich um einen Schaum, vorzugsweise um einen Kunststoffschäum oder um einen Metallschaum.

Nach diesem Einbringen des nicht formstabilen Mediums 22 in die Kavität 30 erfolgt ein Aushärten des in die Kavität eingebrachten Mediums. Dieses Aushärten kann in Abhängigkeit vom verwendeten Medium ohne weitere konkrete Maßnahmen automatisch nach Ablauf einer bestimmten Zeit erfolgt sein oder gegebenenfalls auch unter Verwendung von zusätzlichen Maßnahmen, beispielsweise einer geeigneten Kühlung.

Das Einbringen des anfänglich nicht formstabilen Mediums in die Kavität 30 erfolgt derart, dass durch die Vorgabe einer ge ^¬ wünschten Menge des Mediums, eines gewünschten Drucks, mit dem das Medium eingegeben wird, und den anschließenden

Aushärtvorgang ein gewünschter Abstand zwischen den äußeren Lagerringen 20 und 21 und damit auch zwischen den beiden Wälzlagern 14 und 15 eingestellt wird. Des Weiteren wird durch dieses Einbringen eines anfänglich nicht formstabilen Mediums und des anschließenden Aushärtvorgangs auch eine gewünschte Vorspannung zwischen den äußeren Lagerringen 20 und 21 und damit auch zwischen den beiden Wälzlagern 14 und 15 eingestellt.

Nach dem Aushärten des anfänglich nicht formstabilen Mediums kann die Montagehülse 28 entweder im Lagergehäuse 10 verbleiben, wie es in der Figur 4 veranschaulicht ist, oder aus dem Lagergehäuse 10 entfernt werden. Dieses Entfernen kann beispielsweise chemisch oder unter Verwendung geeigneter thermischer Maßnahmen erfolgen .

Wie aus den vorherigen Ausführungen ersichtlich ist, wird gemäß der vorliegenden Erfindung zur Einstellung eines gewünschten Abstandes und einer gewünschten Vorspannung zwischen den Wälzlagern eines Abgasturboladers anstelle eines oder mehrerer von Anfang an starrer Einsätze oder anstelle einer Verwendung von geeigneten Federelementen ein Medium verwendet, welches anfänglich nicht formstabil ist, in den Zwischenraum zwischen den beiden Wälzlagern eingebracht wird und dort aushärtet. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann das Einbringen des nicht formstabilen Mediums in eine Kavität erfolgen, die zwischen den inneren oder äußeren Lagerringen, der Montagehülse und der Begrenzungswand, innerhalb welcher die Montagehülse angeordnet ist, vorgesehen ist und welche des Weiteren nicht achsensymmetrische Nuten und/oder Erhebungen aufweist. Der Vorteil dieser Weiterbildung besteht darin, dass in diesem Falle auch eine Verdrehsicherung gegeben ist.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird nach alledem ein Abgasturbolader bereitgestellt, welcher zwei in ein Lagergehäuse eingesetzte Wälzlager aufweist, wobei eine Welle, an der Welle befestigte, einen Abstand voneinander aufweisende innere La- gerringe, in die inneren Lagerringe eingesetzte Wälzkörper und ebenfalls einen Abstand voneinander aufweisende äußere La ^¬ gerringe vorgesehen sind, und wobei in den Zwischenraum zwischen den einen Abstand voneinander aufweisenden inneren Lagerringen oder in den Zwischenraum zwischen den beiden ebenfalls einen Abstand voneinander aufweisenden äußeren lagerringen ein ausgehärtetes Medium eingebracht ist, vorzugsweise ausgehär ^¬ teter Kunststoffschäum oder ausgehärteter Metallschaum.

Wird Kunststoffschäum als anfänglich nicht formstabiles Medium verwendet, dann kann die Wälzlagerung auch mit einer gewünschten Dämpfungseigenschaft versehen werden.

Durch die Verwendung des beschriebenen, in seiner finalen Form ausgehärteten Mediums entfällt die Notwendigkeit, komplexe Bauteile mit aufwendiger Bearbeitung einzusetzen . Darüberhinaus findet durch die Verwendung des beschriebenen Mediums auch ein automatischer Ausgleich der unvermeidlichen Bauteiltoleranzen der Bauteile der Wälzlagerung statt. Dies ist insbesondere bei einer Massenfertigung vorteilhaft. Anderseits ist es bei einer Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch möglich, die verwendeten Bauteile größer zu dimensionieren, da das Einbringen einer axialen Vorspannung zwischen den Wälzlagern unter Verwendung des eingebrachten Mediums erfolgt, welches sich an die tatsächlichen Massen der umgebenden Bauteile anpasst. Im Vergleich zu einer Erzeugung einer gewünschten Vorspannung mittels eines Federelements ist das beanspruchte Verfahren günstiger und hat Vorteile bezüglich des Dämpfungsverhaltens der Wälzlagerung .

Mit der Erfindung können folgende Funktionen in einem Bauteil abgebildet werden:

eine Einstellung eines gewünschten Abstandes zwischen den beiden Lagerreihen der Wälzlagerung;

eine Einstellung einer gewünschten Vorspannung zwischen den beiden Lagerreihen der Wälzlagerung;

ein Ausgleich der Bauteiltoleranzen der umgebenden Bauteile; eine gewünschte Dämpfung zwischen dem Lagergehäuse und den Lagerringen;

eine Verdrehsicherung der äußeren Lagerringe gegenüber dem verwendeten Medium und gegenüber dem Lagergehäuse.

Das verwendete Medium kann organischer, anorganischer oder metallischer Natur sein. Beispielsweise kann Aluminiumschaum verwendet werden.

Das oben beschriebene Verfahren kann sowohl im Zusammenhang mit den äußeren Lagerringen als auch im Zusammenhang mit den inneren Lagerringen verwendet werden.

Das oben beschriebene Verfahren kann sowohl mit der Funktio ^¬ nalität einer Verdrehsicherung als auch ohne eine derartige Funktionalität verwendet werden.

Des Weiteren kann das oben beschriebene Verfahren in Kombination mit einem sogenannten Kartuschenkonzept als auch in Kombination mit einem sogenannten Einzelreihen-Wälzlagerungskonzept als auch in Kombination mit einem Wälzlagerungskonzept mit wel ^¬ lenintegrierter Laufbahn als auch in Kombinationen von Wälz- und Gleitlagern verwendet werden.