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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft eine Trockensumpf-Ölbehälteranordnung, die zumindest
ein inneres Leitblech, welches derart ausgebildet ist, um ein Ölschwappen
zu verringern, und ein erweitertes seitliches Volumen aufweist,
um ein höheres Ölniveau
im Betrieb zuzulassen.
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Hintergrund der Erfindung
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Schmiersysteme
für Verbrennungsmotoren in
Personenfahrzeugen können
Nass- oder Trockensumpf-Schmiersysteme sein. Ein Nasssumpf-Schmiersystem
wird typischerweise in Serienfahrzeugen verwendet. Schmiermittel
wird unterhalb der Kurbelwelle und Ölwanne gespeichert. Die Ölwanne muss
groß und
tief sein, um ausreichende Mengen von Schmiermittel wie z. B. Öl zu beinhalten, um
den Motor zu schmieren.
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Trockensumpf-Schmiersysteme
verwenden einen äußeren Behälter, um
etwas von dem Öl
außerhalb
des Motors zu speichern. Demzufolge ist eine große und tiefe Ölwanne unter
dem Motor nicht notwendig. Daher kann die Hauptmasse des Motors tiefer
in dem Fahrzeug angeordnet sein. Trockensumpf-Schmiersysteme werden
herkömmlicherweise mit
Hochleistungsmotoren wie z. B. bei Rennfahrzeugen verwendet.
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In
Fahrzeugen mit einem Trockensumpf-Schmiersystem wird Öl von dem äußeren Ölbehälter oder
-reservoir zu Lager oder anderen Teilen des Motors gepumpt, die
eine Schmierung benötigen. Öl, das von
den Kurbelwel lenlagern während des
Betriebs des Motors geschleudert wird, läuft zu dem Sumpf ab, der in
einem unteren Teil des Kurbelgehäuses
angeordnet ist. Öl,
das in dem Sumpf aufgenommen wird, wird mithilfe einer Spülpumpe zurück zu dem Ölbehälter gepumpt.
Das Öl
enthält
eine große
Menge an mitgerissener Luft, die in dem Öl infolge des Schwappens während des
Schmiervorganges absorbiert wird. Mitgerissene Luft vermindert die Schmierwirkung
des Öls.
Ein Entgaser oder Luftabscheider ist gelegentlich in dem äußeren Ölbehälter vorgesehen,
um das Öl
zu entgasen, sodass Öl,
das von dem Ölbehälter zu
dem Motor zurückkehrt,
entgast ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
ist eine Trockensumpf-Ölbehälteranordnung
zum Schmieren eines Motors vorgesehen, die für ein Hochleistungsfahrzeug
wie z. B. ein Rennfahrzeug oder für ein Standard-Personenkraftfahrzeug geeignet
sein kann, das gelegentlich Hochleistungsbedingungen unterworfen
ist. Die Trockensumpf-Ölbehälteranordnung
umfasst ein Gehäuse,
das einen inneren Hohlraum definiert. Das Gehäuse ist mit einem sich seitlich
erstreckenden Abschnitt ausgebildet, um dem inneren Hohlraum seitliches
Volumen hinzuzufügen.
Somit ist das Gesamtvolumen des inneren Hohlraumes erhöhte, ohne
unbedingt die Höhe des
Gehäuses
zu erhöhen.
Darüber
hinaus ist ausreichend Ölvolumen
vorhanden, um das Ablaufen nach unten zu berücksichtigen, ohne das Ölniveau
unnötigerweise
zu erhöhen,
wenn der Motor nicht in Betrieb ist. Demgemäß wird ein geschlossenes Kurbelgehäusesystem,
das an einem Luftabscheider nahe der Oberseite der Trockensumpf-Ölbehälteranordnung befestigt
ist, nicht auf Grund eines hohen Ölniveaus, wenn der Motor nicht
verwendet wird oder bei geringer Drehzahl arbeitet, durch Öl verunreinigt.
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Die
Trockensumpf-Ölbehälteranordnung umfasst
auch zumindest ein inneres Leitblech, das an dem Gehäuse innerhalb
des inneren Hohlraumes unter dem sich seitlich erstreckenden Abschnitt
befestigt ist. Das Leitblech ist derart ausgebildet, um ein Schwappen
von Öl
innerhalb des Hohlraumes zu verringern und dadurch Ölansaugrohrprobleme
zu verhindern, die auftreten würden,
wenn ein Ölansaugrohr
oder ein Öleinlass
nahe der Unterseite des Gehäuses
während
Manövern
bei hohen Geschwindigkeiten (z. B. bei Kurvenfahrten, Bremsen, Beschleunigung
etc.) des Fahrzeuges freigelegt würde.
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Ein
erstes inneres Leitblech kann innerhalb eines oberen Gehäuseabschnitts
der Behälteranordnung
integriert sein, der das erweiterte seitliche Volumen bildet. Dieses
erste Leitblech ist in Richtung der unteren Fläche des Gehäuses abgewinkelt und weist eine
Entlüftungsöffnung auf,
um zuzulassen, dass Luft von unterhalb des Leitblechs entweicht.
Ein weiteres inneres Leitblech kann an dem Gehäuse unter dem ersten inneren
Leitblech befestigt sein und kann Öffnungen aufweisen, die in
konzentrischen Kreisen angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen
weisen die Öffnungen
jeweils einen Durchmesser von nicht kleiner als 2 Millimeter und
nicht größer als
ca. 10 Millimeter auf, wobei eine Gesamtfläche der Öffnungen ca. 16 Prozent einer
Fläche
der Gesamtfläche
des inneren Hohlraumes an einem seitlichen Querschnitt an dem Leitblech
beträgt,
jedoch nicht darauf beschränkt
ist. Solch eine Anordnung minimiert ein Ölschwappen bei Kurvenfahrten
mit hoher Geschwindigkeit.
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Die
oben stehenden Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und
Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden detaillierten
Beschreibung der besten Arten, die Erfindung auszuführen, in
Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ohne weiteres verständlich.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische perspektivische Veranschaulichung eines Abschnitts
eines Fahrzeugs mit einem Motor und einer Trockensumpf-Ölbehälteranordnung
in fluidtechnischer Verbindung mit dem Motor;
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2 ist
eine schematische perspektivische Veranschaulichung der Trockensumpf-Ölbehälteranordnung
im Querschnitt an der Linie 2-2 in 1; und
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3 ist
eine Draufsicht eines Leitblechs innerhalb eines unteren Gehäuseabschnitts
der Trockensumpf-Ölbehälteranordnung
der 1 und 2.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugsziffern gleiche
Komponenten bezeichnen, zeigt 1 einen
Abschnitt eines Fahrzeuges 10 mit einem Motor 12,
der mit einer Trockensumpf-Ölbehälteranordnung 14 verbunden
ist. Ein Ölversorgungsschlauch 16 führt Öl, das in
einem Sumpf 18 an der Unterseite des Motors 12 gesammelt
wird, der Trockensumpf-Ölbehälteranordnung 14 zu.
Eine durch die Motorkurbelwelle 20 angetriebene Pumpenanordnung,
die in 1 nicht sichtbar ist, zwingt das Öl durch
den Ölversorgungsschlauch 16 zu
einem Öleinlass 22 der
Trockensumpf-Ölbehälteranordnung 14.
Ein Verbindungsschlauch 24 lenkt Öl von dem Öleinlass 22 zu einem
Abscheider 26, wo das Öl
entgast wird und Luft für
ein geschlossenes Kurbelgehäuseentlüftungs(PCV,
von englisch: positive crankcase ventilation)-System von jeglichem
mitgerissenem Öl
abgeschieden wird, wie später
mit Bezugnahme auf 2 erläu tert. Das entgaste Öl läuft zu einem
unteren Gehäuseabschnitt 28 ab,
wo es über
einen Ölrückführschlauch 30 zu
der Ölpumpenanordnung
zur Wiederverwendung beim Schmieren des Motors 12 zurückgeführt wird.
Die Pumpenanordnung umfasst einen Druckbereich, der das entgaste
Fluid aus der Trockensumpf-Ölbehälteranordnung 14 über den
Rückführschlauch 30 zu
dem Motor 12 abzieht. Die Pumpenanordnung umfasst auch einen
Spülbereich,
der das mit Luft angereicherte Öl über den
Verbindungsschlauch 24 der Trockensumpf-Ölbehälteranordnung 14 zuführt, wie
dem Fachmann bekannt.
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Bezug
nehmend auf 2 weist die Trockensumpf-Ölbehälteranordnung 14 eine Ölmessvorrichtung 34 auf.
Die Ölmessvorrichtung 34 ist
in dieser Ausführungsform
ein Messstab, kann aber jede andere Art von Ölmessvorrichtung sein, die üblicherweise
verwendet wird. Die Ölmessvorrichtung 34 ist
an dem Luftabscheider 26 montiert und erstreckt sich durch
eine Öffnung
darin in einen inneren Hohlraum 36, der durch den Luftabscheider 26,
den unteren Gehäuseabschnitt 28,
einen oberen Gehäuseabschnitt 38 und
einen Erweiterungsabschnitt 39, der zwischen dem oberen
und dem unteren Gehäuseabschnitt 38 bzw. 28 verbunden
ist, gebildet ist, wie in 2 gezeigt.
Der obere Gehäuseabschnitt 38, der
untere Gehäuseabschnitt 28 und
der Erweiterungsabschnitt 39 bilden gemeinsam ein Gehäuse 40 der
Trockensumpf-Ölbehälteranordnung 14.
Der Luftabscheider 26 umfasst auch Öffnungen 41, 42 (in 2 gezeigt),
welche die die PCV-Struktur bildenden Anschlüsse 43, 44 (d.
h. Kanäle)
(in 1 gezeigt) tragen, die ein PCV-System repräsentieren. Die
PCV-Anschlüsse 43, 44 lenken
Luft innerhalb des Luftabscheiders 26 durch Entlüftungsrohre 45 bzw. 46 zu
restlichen Komponenten (nicht gezeigt) des PCV-Systems. Eine Ölfüllkappe 48 (in 1 gezeigt) ist
ebenfalls an dem Luftabscheider 26 getragen und befestigt.
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Unter
Bezugnahme auf 2 ist eine innere Umlenkung 50,
die durch den Luftabscheider 26 gebildet oder in diesem
integriert ist, derart ausgebildet, um Öl zu entgasen, das durch den
Verbindungsschlauch 24 zugeführt wird. Die innere Umlenkung 50 umfasst
einen vertikalen Führungsabschnitt 51,
der das Öl
von dem Verbindungsschlauch 24 durch eine Öffnung 52 zu
einem oberen Durchgang 53 führt. Die innere Umlenkung 50 ist
derart ausgebildet, um einen spiralförmigen Strömungspfad zu erzeugen, der
das Öl
spiralförmig
nach unten durch den Luftabscheider 26 führt und
bewirkt, dass das Öl
auf die innere Umlenkung 50 und innere Wände des
Luftabscheiders 26 trifft, um dadurch das Öl zu entgasen.
Im Speziellen strömt
das Öl
durch eine kontinuierliche Spirale zu einem Mittelabschnitt 55 des
spiralisierenden Durchganges zu einem unteren Abschnitt 54 des
spiralisierenden Durchganges zu einem Ausgangsabschnitt 56,
von dem das Öl
nach unten durch den oberen Gehäuseabschnitt 38 zu
dem unteren Gehäuseabschnitt 28 strömt und um
ein Ölansaugrohr 58 herum
gesammelt wird, das mit dem Ölrückführschlauch 30 von 1 verbunden
ist.
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Wie
sowohl in 1 als auch in 2 ersichtlich,
befinden sich der Öleinlass 22 und
das Ölansaugrohr 58 an
einer Seite 60 des unteren Gehäuseabschnitts 28 über der
unteren Fläche 62 des unteren
Gehäuseabschnitts 28.
Der untere Gehäuseabschnitt 28 bildet
eine Eiskondensatfalle, sodass jegliches Kondensat innerhalb der
Trockensumpf-Ölbehälteranordnung 14 unter
dem Öleinlass 22 und -sammler 58 friert
und somit keine Ölströmung zu und
von der Trockensumpf-Ölbehälteranordnung 14 stört.
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Wie
für den
Fachmann einzusehen, machen die oben erwähnten Merkmale des Luftabscheiders 26 und
des unteren Gehäuseabschnitts 28,
das heißt die Ölmessvorrichtung 34,
die PCV-Anschlüsse 43, 44,
der seitlich montierte Öleinlass 22 und
die untere Fläche 62,
die eine Eiskondensat falle bilden, den Luftabscheider 26 und
den unteren Gehäuseabschnitt 28 zur
Herstellung von Standardleistungsfahrzeugen geeignet. Somit kann
die Wirtschaftlichkeit des Maßstabs
durch Herstellen des Luftabscheiders 26 und des unteren
Gehäuseabschnitts 28 für Standardfahrzeuge
und deren direktes Aneinanderschweißen ohne den oberen Gehäuseabschnitt 38 und
den Erweiterungsabschnitt 39 realisiert werden, die in
erster Linie nützlich
für Hochleistungsfahrzeuge
sind, wie unten erläutert.
Für Hochleistungsfahrzeuge
ist der Luftabscheider 26 mit Schrauben 64 (in 1 sind
mehrere Schrauben gezeigt) mit dem oberen Gehäuseabschnitt 38 verbunden
oder an diesen geschweißt,
der an den Erweiterungsabschnitt 39 geschweißt ist,
welcher wiederum an den unteren Gehäuseabschnitt 28 geschweißt ist.
Die Trockensumpf-Ölbehälteranordnung 14 ist
somit auch für
ein Fahrzeug geeignet, das typischerweise unter Standardfahrbedingungen
verwendet werden kann, gelegentlich aber einer Hochleistungsverwendung
unterworfen ist.
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Unter
Bezugnahme auf 2 umfasst die Trockensumpf-Ölbehälteranordnung 14 auch
mehrere Merkmale, die speziell für
Hochleistungsfahrzeuganwendungen wie z. B. Rennfahrzeuge ausgelegt sind.
Als Erstes weist der obere Gehäuseabschnitt 38 einen
sich seitlich erstreckenden Abschnitt 37 mit einer nicht
zylindrischen Form auf, der sich seitlich weiter nach außen erstreckt
als der allgemein zylindrisch geformte Luftabscheider 26,
Erweiterungsabschnitt 39 und untere Gehäuseabschnitt 28. Im
Speziellen stellt der sich seitlich erstreckende Abschnitt 37 ein erweitertes
seitliches Volumen 66 des inneren Hohlraumes 36 bereit.
Das erweiterte seitliche Volumen 66 kann auch als zusätzliche
Hohlräume
bezeichnet werden und erhöht
die Ölspeicherkapazität der Trockensumpf-Ölbehälteranordnung 14.
Dies zielt auf das Phänomen
des „Hinunterziehens” ab, wobei
ein Betriebsniveau des Öls
innerhalb der Trockensumpf-Ölbehälteranordnung 14 höher ist,
wenn das Fahrzeug nicht in Verwen dung ist, jedoch erniedrigt ist,
wenn es in Verwendung ist, da das Öl durch das gesamte Schmiersystem
gelenkt wird. Ein heftiges Hinunterziehen wird bewirken, dass das
Betriebsniveau des Öls
unzureichend ist, sodass der Öleinlass 22 und
das Ölansaugrohr 58 während Hochgeschwindigkeitsmanövern freigelegt
sein können,
was zu einem unerwünschten
Abfall des Öldruckes
führt. Mit
einem durch das erweiterte seitliche Volumen 66 des oberen
Gehäuseabschnitts 38 ermöglichten
höheren
Betriebsniveau ist selbst bei einem Hinunterziehen das Ölbetriebsniveau
in Gebrauch hoch genug, sodass der Öleinlass 22 und das Ölansaugrohr 58 nicht
freigelegt werden. Ein beispielhaftes Ölniveau 70 für einen
Motor, der nicht im Gebrauch ist, und ein Betriebsölniveau 72 eines
Motors im Gebrauch sind in 2 angegeben,
um das Phänomen des
Hinunterziehens zu veranschaulichen. Das erweitere seitliche Volumen 66 ermöglicht ein
ausreichend hohes Betriebsölniveau 72 des
Motors im Gebrauch, während
es die Höhe
des Ölniveaus 70 bei Nichtgebrauch
minimiert, wie von der unteren Fläche 62 nach oben gemessen
(unter der Annahme, dass die Trockensumpf-Ölbehälteranordnung 14 allgemein
vertikal an einem Fahrzeug installiert ist), sodass Öl den PCV-Abscheider 26 von 1 nicht
verunreinigt (solch eine Verunreinigung wird als „Hinüberziehen” bezeichnet).
Das erweiterte seitliche Volumen 66 ist insofern „ungleichmäßig verteilt”, als es sich
an einem unregelmäßigen seitlichen
Vorsprung befindet, der asymmetrisch um eine zentrale Achse der
allgemein zylindrischen Abschnitte des Gehäuses 40 herum ist.
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Die
Trockensumpf-Ölbehälteranordnung 14 beinhaltet
auch innere Leitbleche 74, 76, die auf das Problem
des Ölschwappens
abzielen, welches sich bei Hochleistungsfahrzeugen infolge von Hochgeschwindigkeitsmanövern verschärft. Das
innere Leitblech 74 ist ein integriertes, kreisringförmiges Leitblech,
welches hierin als ein erstes kreisringförmiges Leitblech bezeichnet
wird, und ist als Teil des oberen Gehäuseabschnitts 38 gegos sen.
Das integrierte, kreisringförmige
Leitblech 74 weist einen äußeren Umfang 78 und
einen inneren Umfang 80 auf, wobei eine Leitblechfläche 82 von
dem äußeren Umfang 78 zu
dem inneren Umfang 80 nach unten abgewinkelt ist. Der innere
Umfang 80 ist in dieser Ausführungsform ein allgemein länglicher
Schlitz, der derart dimensioniert ist, um zuzulassen, dass sich
das Verbindungsrohr 24 dadurch erstreckt. Die Form des
inneren Leitblechs 74 ist zumindest teilweise durch die Form
des Verbindungsrohres 24 bestimmt. Der Winkel der Leitblechfläche 82 ist
bestimmt durch den Ölschwappwinkel
bei maximalen Seitenbelastungen, die durch eine Fahrzeugbeschleunigung
oder Kurvenfahrt verursacht werden. Wie in 1 offensichtlich,
taucht das innere Leitblech 74 an einer Seite tiefer ein,
um besser zu verhindern, dass Öl
bei Manövern
mit hoher Fliehkraft hinter das Leitblech 74 strömt. Darüber hinaus
ist eine Entlüftungsöffnung 84 maschinell
in dem inneren Leitblech 74 gearbeitet, um zuzulassen,
dass unter dem Leitblech 74 eingefangene Luft nach oben
durch das Leitblech 74 entweicht.
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Das
innere Leitblech 76, welches hierin als ein zweites Leitblech
bezeichnet ist, ist über
Laschen 85, die um den Umfang des inneren Leitblechs 76 herum
beabstandet sind (wobei in 1 eine Lasche 85 gezeigt
ist), an dem Erweiterungsabschnitt 39 innerhalb des inneren
Hohlraumes 36 befestigt. Das innere Leitblech 76 weist
einen äußeren Abschnitt 86 auf,
der sich in Richtung der unteren Fläche 62 nach unten
krümmt,
um Öl,
das gegen die untere Fläche des
inneren Leitblechs 76 schwappt, nach unten umzulenken.
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Unter
Bezugnahme auf 3 ist das innere Leitblech 76 mit
einer Rohröffnung 88 gebildet
oder maschinell gearbeitet, durch welche sich das Verbindungsrohr 24 erstreckt,
wie in 1 gezeigt. Darüber hinaus
ist das innere Leitblech 76 mit einer Vielzahl von Öffnungen 90 gebildet
oder ma schinell gearbeitet, die in einem Muster angeordnet sind
und eine Größe besitzen,
welche beide derart ausgebildet sind, um ein Ölschwappen von dem unteren
Gehäuseabschnitt 28 über das
innere Leitblech 76 wirksam zu minimieren und gleichzeitig
eine ausreichende Strömung
von relativ kaltem, entgastem Öl
durch die Öffnungen 90 zu
dem unteren Gehäuseabschnitt 28 zuzulassen.
Als Erstes umfasst das Muster von Öffnungen 90 eine Mittelöffnung 90A,
die in einer Mitte C des inneren Leitblechs 76 zentriert
ist. Die Öffnungen 90 sind
um die Mittelöffnung 90A herum
in konzentrischen Kreisen angeordnet, wie durch die Phantomlinien
angezeigt, die Öffnungen
in jedem entsprechenden konzentrischen Kreis verbinden. In dieser beispielhaften
Ausführungsform
sind vorzugsweise einhundert Öffnungen 90 vorhanden,
ohne darauf beschränkt
zu sein, einschließlich
der Mittelöffnung 90A,
und jede Öffnung 90 besitzt
einen Durchmesser D1 von nicht kleiner als 2 Millimeter und nicht
größer als
10 Millimeter. Es wurde festgestellt, dass Öffnungen mit weniger als 2
Millimetern das Ablaufen von relativ kaltem, entgastem Öl zurück zu dem
unteren Gehäuseabschnitt 28 behindern
können,
während Öffnungen
mit Durchmessern von mehr als 10 Millimetern nicht ausreichend Öl innerhalb
des unteren Gehäuseabschnitts 28 während eines
Schwappens halten können
und bewirken, dass das Ölansaugrohr 58 freigelegt
wird. Die Fläche
der Öffnungen 90 zusammengenommen
beträgt
vorzugsweise, ist jedoch nicht beschränkt auf etwa 16 Prozent einer
Fläche des
inneren Hohlraumes 36 an einem Querschnitt des Hohlraumes 36 an
einer oberen Fläche 92 des inneren
Leitblechs 76. In dieser Ausführungsform ist die relevante
Querschnittsfläche,
da der Erweiterungsabschnitt 39 zylindrisch ist, kreisförmig mit
einem Durchmesser D2 und wird berechnet als π/4·(D2)2.
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Während in
dieser Ausführungsform
die Öffnungen 90 alle
eine im Wesentlichen identische Größe besitzen und um die Mitte
C des inneren Leitblechs 76 herum zentriert sind, könnten die Öffnungen 90 verschiedene
Größen innerhalb
des oben erläuterten
Bereiches besitzen und die Mittelöffnung 90A muss nicht
mit der Mitte des Leitblechs C ausgerichtet sein.
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Wie
oben erläutert,
ist die Trockensumpf-Ölbehälteranordnung 14 besonders
geeignet für
Hochleistungsanwendungen wie z. B. Rennfahrzeuge und kann Komponenten
von Standardfahrzeuganwendungen verwenden und damit die Wirtschaftlichkeit des
Maßstabes
zur Herstellung solcher Komponenten maximieren und ist für ein Fahrzeug
geeignet, das typischerweise unter Standardfahrbedingungen verwendet
werden kann, gelegentlich aber einer Hochleistungsverwendung unterworfen
ist.
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Während die
besten Arten, die Erfindung auszuführen, im Detail beschrieben
wurden, wird der Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich die Erfindung
bezieht, verschiedene alternative Ausgestaltungen und Ausführungsformen
erkennen, um die Erfindung innerhalb des Schutzumfangs der beiliegenden Ansprüche praktisch
umzusetzen.