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Die
Erfindung geht aus von einer Ölwannenanordnung
für eine
Maschine, insbesondere eine Brennkraftmaschine und/oder ein Getriebe,
mit einem Maschinengehäuse
und einem wannenförmigen Sammelabschnitt
für das Öl, der an
mindestens einen Bereich des Maschinengehäuses angrenzt.
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Ölwannenanordnungen
der eingangs genannten Art sind aus den
DE 101 19 937 A1 sowie
DE 101 24 071 A1 bekannt.
Bei den dort offenbarten Ölwannen
sind an der Unterseite eines Kurbelgehäuses und eines an das Kurbelgehäuse angeflanschten Getriebegehäuses befestigt.
Während
das Kurbelgehäuse
und das Getriebegehäuse
aus Stahl hergestellt sind, handelt es sich bei der Ölwanne um
ein Kunststoff-Spritzgussteil.
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Die
vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine Ölwannenanordnung der eingangs
genannten Art so weiterzubilden, dass sie eine möglichst lange Lebensdauer aufweist.
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Diese
Aufgabe wird bei einer Ölwannenanordnung
der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass sie mindestens ein
vom Sammelabschnitt separates Kraftaufnahmeelement aufweist, welches
einen ersten Bereich des Maschinengehäuses mit einem an den Sammelabschnitt
angrenzenden zweiten Bereich des Maschinengehäuses im Wesentlichen kraftschlüssig verbindet.
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Bei
der erfindungsgemäßen Ölwannenanordnung
werden vor allem dynamische Lasten, beispielsweise nieder- und hochfrequente
Schwingungen, vom wannenförmigen
Sammelabschnitt fern gehalten. Grund hierfür ist, dass durch das Kraftaufnahmeelement
jener Bereich des Maschinengehäuses, der
unmittelbar an den wannenförmigen
Sammelabschnitt angrenzt, versteift wird. Es hat sich jedoch herausgestellt,
dass genau dieser Bereich des Maschinengehäuses in bestimmten Betriebssituationen
bei herkömmlichen
Anordnungen Lasten in den Sammelabschnitt einleiten kann, die dort
zu Ermüdungsrissen
etc. führen.
Dadurch, dass von dem an den wannenförmigen Sammelabschnitt angrenzenden Bereich
des Maschinengehäuses
erfindungsgemäß nur vergleichsweise
geringe Lasten in den Sammelabschnitt eingeleitet werden, wird dessen
Lebensdauer erhöht.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ölwannenanordnung sieht vor,
dass der erste Bereich des Maschinengehäuses ein Kurbelgehäusebereich
einer Brennkraftmaschine und der zweite Bereich des Maschinengehäuses ein
Gehäusebereich
eines Getriebes ist. Vor allem die von einem Getriebe erzeugten
Schwingungen können den
Sammelabschnitt sehr stark belasten. Bei einer solchen Ölwannenanordnung
sind daher die erfindungsgemäßen Vorteile
besonders stark.
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Vorgeschlagen
wird auch, dass auch der erste Bereich des Maschinengehäuses an
den Sammelabschnitt angrenzt. Bei herkömmlichen Ölwannenanordnungen wären die
Belastungen des Sammelabschnitts besonders groß. Durch die kraftschlüssige Verbindung
der beiden Bereiche des Maschinengehäuses mittels des Kraftaufnahmeelements
wird der zwischen diesen beiden Bereichen liegende Sammelabschnitt
besonders deutlich entlastet. In diesem Fall verläuft das
Kraftaufnahmeelement in den meisten Fällen durch den Sammelabschnitt
hindurch oder an diesem vorbei, wobei dies grundsätzlich auch
bei den anderen erfindungsgemäßen Ausführungsformen
möglich
ist.
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In
Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass der erste Bereich
des Maschinengehäuses
ein Befestigungsflansch eines Kurbelgehäuses ist. Dieser ist besonders
gut für
die Abstützung
geeignet, da er ohnehin vergleichsweise steif ausgelegt ist.
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Dabei
ist es wiederum besonders vorteilhaft, wenn das Kraftaufnahmeelement
biegesteif mit mindestens einem der beiden Bereiche des Maschinengehäuses verbunden,
vorzugsweise verschraubt ist. Hierdurch werden Schwingungen besonders
wirkungsvoll gedämpft.
Darüber
hinaus kann ein solches, auch Biegelasten bzw. Querkräfte übertragendes
Kraftaufnahmeelement so gestaltet werden, dass es die funktional
erforderliche Form des Sammelabschnitts möglichst wenig beeinflusst.
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Ferner
wird vorgeschlagen, dass die Ölwannenanordnung
einen an den Sammelabschnitt angeformten Befestigungsflansch umfasst,
der in Einbaulage wenigstens bereichsweise zwischen dem Kraftaufnahmeelement
und dem entsprechenden Bereich des Maschinengehäuses verspannt ist. Hier wird
die Anbindung des Sammelabschnitts an das Maschinengehäuse auch
für die
Befestigung des Kraftaufnahmeelements und die Krafteinleitung in
dieses verwendet, was die Herstell- und Montagekosten senkt.
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Eine
steife und dennoch leichte Ausgestaltung des Kraftaufnahmeelements
sieht vor, dass es mindestens eine Aussparung aufweist. Derartige Aussparungen
können
beispielsweise zwischen Versteifungsrippen vorhanden sein. Besonders
geeignete Materialien für
das Kraftaufnahmeelement sind Stahl, Aluminium, oder Kohlefaserverbundstoff.
Die Herstellung aus einem Kohlefaserverbundstoff (oder einem Verbundstoff
mit einer anderen hochfesten und temperaturbeständigen Faser) gestattet eine sehr
zielorientierte Auslegung des Kraftaufnahmeelements.
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Um
die Montage der Ölwannenanordnung
zu erleichtern, kann das Kraftaufnahmeelement vom Sammelabschnitt
gehaltert sein. In konkreter Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen,
dass mindestens ein Bereich des Kraftaufnahmeelements in einer Ausnehmung
im Sammelabschnitt aufgenommen ist. Dies führt zu einer besonders sicheren
Halterung des Kraftaufnahmeelements durch den Sammelabschnitt, was
die Montage der Ölwannenanordnung deutlich
vereinfacht. Darüber
kann bei dieser Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ölwannenanordnung der Verbindungsort
des Kraftaufnahmeelements mit dem an den Sammelabschnitt angrenzenden
zweiten Bereich des Maschinengehäuses
so gewählt
werden, dass der Sammelabschnitt optimal entlastet wird.
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Eine
weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ölwannenanordnung
sieht vor, dass zwischen stabförmigem
Kraftaufnahmeelement und dem Sammelabschnitt eine Entkoppelungsschicht
vorhanden ist. Diese sorgt dafür,
dass von dem vom Sammelabschnitt gehalterten Kraftaufnahmeelement
im Betrieb der Ölwannenanordnung
nur vergleichsweise geringe Lasten an den Sammelabschnitt übertragen
werden. Insbesondere sorgt eine solche Entkoppelungsschicht dafür, dass die Übertragung
von Schwingungen vcm Kraftaufnahmeelement in dem Sammelabschnitt
verringert ist. Diese Entkoppelungsschicht hat daher eine nochmals
längere
Lebensdauer des Sammelabschnitts zur Folge, bei gleichzeitig einfacher
Montage.
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In
konkreter Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass die Entkoppelungsschicht
ein Gummi- und/oder Kunststoff und/oder Teflonmaterial umfasst.
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Um
die Montage der Ölwannenanordnung nochmals
zu vereinfachen, kann das Kraftaufnahmeelement mindestens in einem
Bereich mit dem Maschinengehäuse
durch Stecken und/oder Klemmen und/oder Verschrauben verbunden sein.
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In
die gleiche Richtung zielt jene Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ölwannenanordnung, bei
welcher mindestens ein Bereich des Maschinengehäuses, mit dem das Kraftaufnahmeelement
befestigt ist, demontierbar ist.
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In
der Praxis besonders günstig
ist es, wenn das mindestens eine Kraftaufnahmeelement in Einbaulage
nach unten über
den Sammelabschnitt wenigstens bereichsweise übersteht. Der Sammelabschnitt
ist üblicherweise
als dünnwandiges
Kunststoff-Spritzgussteil
ausgebildet, welches selbst nur eine geringe Festigkeit aufweist.
Durch den Überstand
des Kraftaufnahmeelements wird verhindert, dass durch eine direkte
Berührung
des Sammelabschnitts mit einem unterhalb des Sammelabschnitts vorhandenen
Untergrund, bspw. dem Boden einer Werkstatt, unzulässige Kräfte in den
Sammelabschnitt eingeleitet werden. Auf diese Weise wird also der
Sammelabschnitt vor Beschädigungen,
beispielsweise bei einem Ausbau der Brennkraftmaschine und einem
Absetzen auf einen Werkstattboden, geschützt. Dies gilt gleichermaßen für jenen
Fall, in dem der Sammelabschnitt aus Aluminium hergestellt ist und
eine gewisse Eigensteifigkeit aufweist. In diesem Fall wird durch
den Überstand
bei einem Kontakt der Brennkraftmaschine mit einem Untergrund, bspw.
einem Werkstattboden, eine unzulässige
Krafteinleitung in eine Dichtung, welche die Ölwanne gegenüber dem
Maschinengehäuse
abdichtet, verhindert.
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Möglich ist
auch, dass das Kraftaufnahmeelement so ausgebildet und/oder so mit
dem Maschinengehäuse
verbunden ist, dass es im Wesentlichen nur Kräfte in seiner Längsrichtung überträgt (Druck-/Zugstab).
Durch den Verzicht auf die Übertragungsfähigkeit
von Querkräften
bzw. Momenten kann das Kraftaufnahmeelement einen vergleichsweise
kleinen Querschnitt aufweisen und insgesamt so klein bauen, dass
es leicht auch in eine kleine Ölwannenanordnung
integriert werden kann. Die Übertragung
von Kräften
in seiner Längsrichtung
sorgt dabei für
eine spürbare
Stabilisierung des an den Sammelabschnitt angrenzenden Bereichs
des Maschinengehäuses
und eine entsprechende Reduzierung der in den Sammelabschnitt eingeleiteten
Lasten.
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Nachfolgend
werden besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende
Zeichnung näher
erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
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1 eine
Ansicht von unten auf ein schematisch dargestelltes erstes Ausführungsbeispiel
einer Ölwannenanordnung
mit einem Kurbelgehäuse einer
Brennkraftmaschine, einem Getriebegehäuse eines Getriebes, einem
Sammelabschnitt einer Ölwanne,
sowie mehreren Kraftaufnahmeelementen;
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2 eine
Seitenansicht auf die Ölwannenanordnung
von 1;
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3 einen
Schnitt längs
der Linie III-III von 2;
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4 ein
Detail IV von 3;
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5 eine
perspektivische Ansicht von schräg
oben auf ein zweites Ausführungsbeispiel
einer Ölwannenanordnung
(jedoch ohne Kurbel- oder Getriebegehäuse);
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6 eine
perspektivische Darstellung von zwei Kraftaufnahmeelementen der Ölwannenanordnung
von 5;
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7 eine
perspektivische Darstellung von unten auf die Ölwannenanordnurg von 5;
und
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8 einen
Schnitt in der Ebene des hinteren Kraftaufnahmeelements von 6.
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Ein
erstes Ausführungsbeispiel
einer Ölwannenanordnung
trägt in
den 1 und 2 insgesamt das Bezugszeichen 10.
Es umfasst im vorliegenden Ausführungsbeispiel
eine Ölwanne 12 mit
einem wannenförmigen
Sammelabschnitt 14. Dieser ist über einen umlaufenden Flansch 16 an
einem Bereich 18 des Kurbelgehäuses 20 einer Brennkraftmaschine 22 befestigt.
An das Kurbelgehäuse 20 ist seitlich
ein Getriebegehäuse 24 eines
Getriebes 26 angeflanscht. Kurbelgehäuse 20 und Getriebegehäuse 24 bilden
insgesamt ein Maschinengehäuse 20, 24 der Ölwannenanordnung 10.
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Das
Getriebegehäuse 24 ist
gegenüber
dem Kurbelgehäuse 20 vertikal
etwas nach unten versetzt angeordnet (vgl. 2). Dies
ermöglicht
es, dass die Ölwanne 12 nicht
nur dem Kurbelgehäuse 20,
sondern auch dem Getriebegehäuse 24 zugeordnet
werden kann. Hierzu ist der Sammelabschnitt 14 der Ölwanne 12 über einen
Flansch 28 seitlich mit einem an die Ölwanne 12 unmittelbar
angrenzenden Bereich 30 des Getriebegehäuses 24 verbunden.
Beim Kurbelgehäuse 20 und
beim Getriebegehäuse 24 handelt
es sich um Stahl- oder Aluminiumteile. Der Sammelabschnitt 14 der Ölwanne 12 ist
aus Kunststoff mittels eines Spritzgussverfahrens hergestellt.
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Im
Betrieb der Brennkraftmaschine 22 und des Getriebes 26 kommt
es zu Schwingungen des Kurbelgehäuses 20 und
des Getriebegehäuses 24. Diese
werden über
die Flansche 16 und 28 als dynamische Lasten in
die Ölwanne 12 und
deren Sammelabschnitt 14 übertragen. Um diese auf die Ölwanne 12 einwirkenden
dynamischen Lasten möglichst
gering zu halten, sind, wie insbesondere aus 3 hervorgeht,
vier Kraftaufnahmeelemente 32a bis 32d vorgesehen.
Bei diesen handelt es sich um Rohre aus einem Stahlwerkstoff, durch
die vor allem der unmittelbar an die Ölwanne 12 angrenzende
Bereich 30 des Getriebegehäuses 24, der schwingungstechnisch
besonders kritisch ist, stabilisiert wird. In einem nicht dargestellten
Ausführungsbeispiel
umfassen die Kraftaufnahmeelemente unidirektionale Kohlefasern.
Möglich
ist auch, die Kohlefasern als Stringer bei der Herstellung in die
Wand des Sammelabschnitts 14 zu integrieren.
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Wie
insbesondere aus den 1 und 2 hervorgeht,
sind die Kraftaufnahmeelemente 32 an ihren einen Enden über nur
symbolisch dargestellte Lager 34 mit einem Lagerbock 35 des
Kurbelgehäuses 20 verbunden,
der mit dem Bereich 18 des Kurbelgehäuse 20 verschraubt
oder an diesen angegossen ist. Analog hierzu sind die anderen Enden
der Kraftaufnahmeelemente 32 mit dem an die Ölwanne 12 unmittelbar
angrenzenden Bereich 30 des Getriebegehäuses 24 über Lager 36 verbunden.
Die Lager 34 und 36 sind so ausgebildet, dass
im Wesentlichen nur Druck- und
Zugkräfte
in die Kraftaufnahmeelemente 32a bis 32d eingeleitet
werden. Zur Erleichterung der Montage ist im Bereich der Lager 34 eine Steckverbindung,
im Bereich der Lager 36 eine Schraubverbindung vorgesehen.
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Wie
aus den 3 und 4 hervorgeht, werden
die Kraftaufnahmeelemente 32a bis 32d vom Sammelabschnitt 14 der Ölwanne 12 gehaltert.
Hierzu sind in den Seitenwänden 38 des
Sammelabschnitts 14 Bereiche 40a bis 40d mit
einer größeren Wandstärke vorhanden.
In diesen sind längliche
Ausnehmungen 42a bis 42d vorhanden, in denen die Kraftaufnahmeelemente 32a bis 32d bereichsweise aufgenommen
sind.
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Zur
kraft- und schwingungstechnischen Entkoppelung zwischen den Kraftaufnahmeelementen 32a bis 32d vom
Sammelabschnitt 14 ist die Außenseite der Kraftaufnahmeelemente 32a bis 32d mit
einer Entkoppelungsschicht 44 aus einem Gummimaterial beschichtet.
Alternativ kann die Entkoppelungsschicht auch ein Kunststoff- oder
Teflonmaterial umfassen. Wesentlich ist, dass die Beschichtung eine Übertragung
von Kräften
von den Kraftaufnahmeelementen 32a bis 32d in
die Seitenwand 38 des Sammelabschnitts 14 der Ölwanne 12 verringert
oder sogar gänzlich
verhindert.
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Wie
aus 3 ersichtlich ist, sind zur Stabilisierung des
Sammelabschnitts 14 zusätzlich
an dessen Boden 46 und an eine hintere Stirnwand 48 Rippen 50 angeformt.
In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel können diese
Rippen 50 ähnlich wie
die Bereiche 40a bis 40d der Seitenwand 38 für die Halterung
bzw. Aufnahme von Kraftaufnahmeelementen verwendet werden, so dass
der Boden 46 noch stärker
von dynamischen Lasten, die vom Getriebegehäuse 24 eingeleitet
werden, befreit wird. Die gezeigten Rippen 50 dienen auch
zur Strömungsführung des Öls innerhalb
des Sammelabschnitts 14.
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Ein
zweites Ausführungsbeispiel
einer Ölwannenanordnung
ist in den 5 bis 7 gezeigt. Dabei
tragen solche Elemente und Bereiche, welche äquivalente Funktionen zu Elementen
und Bereichen des vorab beschriebenen Ausführungsbeispiels aufweisen,
die gleichen Bezugszeichen. Sie sind nicht nochmals im Detail erläutert.
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Bei
diesem zweiten Ausführungsbeispiel
einer Ölwannenanordnung 10 sind
nur zwei Kraftaufnahmeelemente 32a und 32b vorgesehen.
Diese sind nicht rohrförmig,
sondern als identische Flachstäbe
in Form von Aluminium-Spritzgussteilen ausgeführt. Sie weisen jeweils zwei
zueinander parallele und voneinander beabstandete Seitenwände 52 und 54 auf
(die Bezugszeichen sind in 6 aus Darstellungsgründen nur
für das
eine Kraftaufnahmeelement 32a eingetragen), die durch kreuzförmig angeordnete
Rippen 56 miteinander verbunden sind. Zwischen den Seitenwänden 52, 54 und
den Verbindungsrippen 56 sind also gewichtsmindernde Aussparungen 58 vorhanden.
Durch die Ausgestaltung als Flachstäbe weisen die beiden Kraftaufnahmeelemente 32a und 32b eine äußerst hohe
Biegesteifigkeit um eine quer zur Längserstreckung der beiden Kraftaufnahmeelemente 32a und 32b und
in normaler Betriebslage in etwa horizontal verlaufende Achse 60 auf
(vgl. 6) und bauen aufgrund der Aussparungen 58 dennoch äußerst leicht.
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Aus
den 5 und 7 erkennt man, dass der Sammelabschnitt 14 der Ölwannenanordnung 10 einen
Bereich 62 mit größerer und
einen Bereich 64 mit geringerer Höhe aufweist. Analog hierzu
weisen auch die beiden Kraftaufnahmeelemente 32a und 32b jeweils
einen Bereich 66 mit geringerer Höhe und einen Bereich 68 mit
größerer Höhe auf.
Dabei verjüngt
sich der Bereich 66 wiederum zum freien und zum Getriebegehäuse (Pfeil 24)
hin weisenden Ende hin. Alternativ kann auch eine stufenförmige Kontur
gewählt
werden, wie in 7 beim Element 32b durch
eine gestrichelte Linie 69 angedeutet ist.
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Der
Bereich 66 eines Kraftaufnahmeelements 32a bzw. 32b,
der eine größere Höhe aufweist, ist,
wie aus den 6 und 8 ersichtlich
ist, in einer taschenförmigen
Ausnehmung 42a bzw. 42b im Sammelabschnitt 14 der Ölwanne 12 aufgenommen. Der
Bereich 68 mit geringerer Höhe liegt im Wesentlichen frei
außerhalb
der Seitenwand 38 des Sammelabschnitts 14. Auf
diese Weise werden Abdichtungsprobleme durch das Vorhandensein der
Kraftaufnahmeelemente 32a und 32b vermieden.
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In
den Kraftaufnahmeelementen 32a und 32b sind bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils
insgesamt sechs Durchgangsöffnungen 70a bis 70f vorhanden,
deren Position auf entsprechende Befestigungsbohrungen 72a bis 72f im
Befestigungsflansch 16 des Sammelabschnitts 14 abgestimmt
ist. In die Durchgangsöffnungen 70a bis 70f eines
Kraftaufnahmeelements 32a bzw. 32b werden entsprechende
Schraubbolzen 73 (in 8 ist aus
Darstellungsgründen
nur einer mit einem Bezugszeichen versehen) eingeführt, durch
die Befestigungsbohrungen 72a bis 72f im Flansch 16 hindurch
gesteckt und mit dem angrenzenden Bereich 18 des Kurbelgehäuses 20 (in
den 5 und 6 nur durch einen Pfeil symbolisiert),
ggf. unter Verwendung von in der Zeichnung nicht dargestellten Hülsen, verschraubt. Hierdurch
wird, ggf. unter Zwischenschaltung einer entsprechenden Dichtung,
das Kraftaufnahmeelement 32a bzw. 32b gegen den
Flansch 16 und dieser wiederum gegen den angrenzenden Bereich 18 des Kurbelgehäuses 20 verspannt.
Auf diese Weise sind die Kraftaufnahmeelemente 32a und 32b biegesteif mit
dem Kurbelgehäuse 20 verbunden.
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Die
Anbindung der Kraftaufnahmeelemente 32a und 32b zu
dem angrenzenden Bereich 30 des Getriebegehäuses 24 (in
den 5 bis 7 nur durch einen Pfeil angedeutet)
erfolgt, wie besonders gut aus 8 hervorgeht, über die
dem Getriebegehäuse 24 zugewandte
axiale Endfläche 74a bzw. 74b eines
Kraftaufnahmeelements 32a bzw. 32b. In diese wird
vom Getriebegehäuse 24 her
ein Schraubbolzen 75 eingeschraubt, der in einer Rohrhülse 76a bzw. 76b aufgenommen
ist, die zwischen der axialen Endfläche 74a bzw. 74b eines
Kraftaufnahmeelements 32a bzw. 32b und dem Getriebegehäuse 24 verspannt
ist. Auf diese Weise wird eine kraft- und momentenschlüssige Verbindung
zwischen dem an die Ölwanne 12 angrenzenden
Bereich 18 des Kurbelgehäuses 20 und dem an
die Ölwanne 12 angrenzenden
Bereich 30 des Getriebegehäuses 24 geschaffen,
die die in die Ölwanne 12 eingeleiteten
Lasten verringert.
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Insbesondere
aus 5 geht ferner hervor, dass die Ölwanne 12 als
einstückiges
Spritzgussteil einschließlich
Boden 46, Seitenwänden 38,
Rippen 50, etc., hergestellt werden kann. Auch ein Ölsaugrohr 78 und
ein ebenfalls der Versteifung dienender Lochboden 80 (5)
kann zumindest bereichsweise einstückig mit den Seitenwänden 38 bzw.
dem Boden 46 ausgebildet sein. Es versteht sich, dass in
den 5 und 6 aus Darstellungsgründen ein
Deckel, der an einem Flansch 82 des Sammelabschnitts 14 befestigt
werden kann, der den Sammelabschnitt fluiddicht verschließt, und
der ggf. einen Ölkühler enthält, nicht
gezeigt ist.
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Die
Kraftaufnahmeelemente 32a und 32b können in
Einbaulage nach unten über
den Boden 46 des Sammelabschnitts 14 bereichsweise
(Bezugszeichen 84) überstehen.
Dies ist aus 8 ersichtlich, welche eine in
diesem Punkt gegenüber
den 5 bis 7 abgeänderte Ölwannenanordnung 10 zeigt.
Durch die Überstände 84 der
Kraftaufnahmeelemente 32a und 32b wird eine direkte
Berührung
des Sammelabschnitts 14 mit einem unterhalb des Sammelabschnitts 14 vorhandenen
Untergrund (nicht dargestellt) verhindert.