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Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für eine Antriebskomponente eines Kraftfahrzeugs mit einer Gehäuseinnenwand, die im Betrieb mit Öl überströmt wird.
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Gehäuse für Antriebskomponenten von Kraftfahrzeugen, insbesondere Getriebegehäuse oder Zylinderkurbelgehäuse, sind allgemein bekannt. Es ist ferner bekannt, dass die Innenwände dieser Gehäuse – oder zumindest Teile der Innenwände – im Betrieb mit Öl überströmt werden. Das Öl wird in diesen Komponenten zum Schmieren von bewegten Teilen oder zum Kühlen eingesetzt.
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Die
JP 8200088 beschreibt eine Verrippungsstruktur auf der Innenwand eines Steuerkettenkastens. Dabei wird in Form zweier Rippen das herabfließende Öl zu einer Schmierstelle geleitet. Die beiden Rippen sind im oberen Bereich trichterförmig, im unteren Bereich parallel und in Strömungsrichtung des Öls angeordnet. D. h. in Strömungsrichtung des and der Wand herabfließenden Öls steht jeweils nur eine einzige Rippe zur Umlenkung zur Verfügung.
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Solche Verrippungsstrukturen mit einzelnen Rippen haben den Nachteil, dass die Rippenhöhe so groß sein muss, dass die Rippe vom herabfließenden Öl nicht überflossen wird – überfließendes Öl würde nicht in die gewünschte Richtung fließen.
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Hohe Rippen bzw. tiefe Rillen bewirken eine höhere Bauraumbeanspruchung und bewirken aufgrund der aufwendigeren Fertigung höhere Kosten.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Verrippungsstruktur für eine Gehäuseinnenwand vorzuschlagen, die sich durch eine geringere Bauraumbeanspruchung und einfachere Fertigbarkeit auszeichnet.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Gehäuse gemäß Anspruch 1.
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Erfindungsgemäß zeichnet sich eine Innenwand eines Gehäuses dadurch aus, dass sie für jeden Wandbereich, in dem ein herabfließendes Öl in seiner Richtung umgelenkt werden soll, eine Gruppe von Ölleitkanälen aufweist, die im Wesentlichen parallel zu einander angeordnet sind. Durch die Gruppe von Ölleitkanälen wird das diese Gruppe überströmende Öl zumindest teilweise an eine gewünschte Stelle umgelenkt, an der das Öl eine Kühl- und/oder Schmieraufgabe übernimmt.
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Die Ölleitkanäle der Gruppe können dabei sowohl die Form von Rippen, d. h. Erhebungen aus der Gehäuseinnenwand in Richtung des Bauteilinneren, als auch die Form von Rillen, d. h. Vertiefungen in der Gehäuseinnenwand, aufweisen.
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Je nach Bauhöhe eines Ölleitkanals, d. h. je nach Höhe der Rippe oder Tiefe der Rille, fließt ein Teil des in den Ölleitkanal strömenden Öls mit neuer Richtung in diesem Kanal weiter. Ein anderer Teil des Öls wird den Ölleitkanal im Wesentlichen unter Beibehaltung seiner bisherigen Richtung überfließen. Beispielsweise wird bei ausreichender Bauhöhe des Ölleitkanals das in ihn hineinfließende Öl vollständig in ihm in die gewünschte Richtung weiterfließen.
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Im Allgemeinen ergibt sich also an einem Ölleitkanal oder an einer Gruppe von Ölleitkanälen ein Anteil von umgelenktem Öl und ein entsprechender Anteil von nicht umgelenktem, d. h. im Wesentlichen in der ursprünglichen Richtung weiterfließendem, Öl.
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Wenn an einer Gruppe von Ölleitkanälen der gleiche Anteil an umgelenktem Öl realisiert werden soll wie, in alternativer Ausführung, an einem einzelnen Ölleitkanal, so ist dieses Ziel bei der Gruppe mit einer geringeren Bauhöhe der Ölleitkanäle als beim einzelnen Kanal realisierbar.
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Bei dem einzelnen Ölleitkanal muss der gesamte Anteil des umgelenkten Öls an dem einen Kanal realisiert werden. Bei der Gruppe kann der Anteil des überfließenden Öls am ersten Ölleitkanal noch verhältnismäßig groß sein, weil noch weitere parallel verlaufende Kanäle weitere Anteile vom überfließenden Öl umleiten. An einer Gruppe flacher Ölleitkanäle kann somit ein ungefähr gleicher Gesamt-Anteil an umgelenktem Öl resultieren wie an einem einzelnen Ölleitkanal mit großer Bauhöhe.
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Durch Anzahl, Bauhöhe, Form und Ausrichtung der Ölleitkanäle in einer Gruppe kann sehr genau festgelegt werden, welcher Anteil des in eine Gruppe von Ölleitkanälen einfließenden Öls in welche Richtung umgelenkt werden soll.
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Außerdem kann durch diese genannten Parameter Anzahl, Bauhöhe, Form auch der Grad der Fokussierung des Ölstroms festgelegt werden. So kann zum Beispiel das Öl über eine gesamte Breite einer Gehäusewand, zum Beispiel einer Stirnwand, gesammelt und zu einem verhältnismäßig kleinen Bereich oder Punkt geleitet werden.
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In einer ersten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Ölleitkanäle einer Gruppe gerade ausgeführt. Bei dieser Ausgestaltung wird das Öl direkt an der Einflussstelle in einen Ölleitkanal umgelenkt und nicht innerhalb des Kanals, wie dies bei einem gekrümmten Kanal der Fall wäre. Gerade Kanäle sind im Allgemeinen einfacher herstellbar als gekrümmte.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Richtung der hauptsächlich geraden und parallelen Ölleitkanäle auch von der Richtung zur Schmier oder Kühlstelle, in die das Öl umgelenkt werden soll, verschieden.
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Aufgrund der Tatsache, dass
- – in einer Gruppe mehrere Ölleitkanäle angeordnet sind und
- – Öl, welches in einen Ölleitkanal hineinfließt, nicht bis zu dessen Ende in diesem verbleiben muss, sondern
- – aus einem Ölleitkanal überfließendes Öl teilweise in einen weiteren Ölleitkanal einfließen kann,
ergibt sich eine resultierende neue Strömungsrichtung für den Teil des umgelenkten bis. Sie liegt im Allgemeinen zwischen der ursprünglichen Strömungsrichtung des Öls (keine Umlenkung) und der Richtung der Ölleitkanäle (vollständige Umlenkung).
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Anzahl, Form und Richtung der Ölleitkanäle werden insbesondere so gewählt, dass für den Anteil des umgelenkten Öls die resultierende neue Strömungsrichtung genau auf die Stelle zeigt, auf die das Öl zu Schmier- oder Kühlzwecken gelenkt werden soll.
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Aufgrund dieser Tatsachen ist es vorteilhaft, wenn die Richtung der parallelen Ölleitkanäle einer Gruppe mit der Richtung des einströmenden Öls einen größeren Winkel einschließt als der Winkel, der durch der Richtung zur Kühl- oder Schmierstelle und die Richtung des einströmenden Öls eingeschlossen wird. Dies gilt im Wesentlichen für jeden Punkt einer Gruppe von Ölleitkanälen.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Ölleitkanäle die Form von Rillen haben, d. h. sie sind in Form von Vertiefungen in die Gehäusewand eingelassen. Auf diese Weise wird keinerlei Bauraum im Innern der Komponente benötigt. Aufgrund der Tatsache, dass wie oben beschrieben die Tiefe der Ölleitkanäle durch die Mehrfachanordnung verhältnismäßig gering ausgeführt werden kann, wird die Wandstärke des Gehäuses im Bereich der Rillen nur unwesentlich verringert.
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Andererseits kann es in bestimmten Fällen von Vorteil sein, die Ölleitkanäle in Form von Rippen auszuführen. Dies ist zum Beispiel dann der Fall, wenn die Gehäusewand sehr dünn ist und die Rippen neben der Ölleitfunktion noch die Gehäusewand stabilisierende Funktion aufweisen.
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In Fällen, bei denen der Anteil des umgelenkten Öls sehr hoch sein soll, ist es vorteilhaft, wenn der Querschnitt des Ölleitkanals auf der der Einströmung des Öls abgewandten Seite eine Überhöhung aufweist. Durch solch eine Überhöhung kann ein zu starkes Überfließen bzw. ein unerwünscht vorzeitiges Austreten des in Öls aus einem Ölleitkanal verhindert werden. Der gleiche Effekt kann auch mit besonders tiefen Rillen oder besonders hohen Rippen erzielt werden – allerdings benötigt die erfindungsgemäße Überhöhung vergleichsweise weniger Bauraum.
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Die Überhöhung wird dabei so gestaltet, dass das Querschnittsende, an dem ein Ausfließen verhindert werden soll, entgegen der ursprünglichen Fließrichtung des Öls verlängert wird.
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In den meisten Fällen ist die ursprüngliche Fließrichtung des Öls gleich der Richtung der Schwerkraft, d. h. die Überhöhung wird in diesen Fällen im Wesentlichen entgegen der Schwerkraftrichtung ausgeführt.
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Im Übrigen können die Zahl der Ölleitkanäle sowie deren Querschnittsform und Länge entsprechend den gegebenen Rahmenbedingungen durch den Fachmann maßgeschneidert werden. Rahmenbedingungen, die diese Parameter beeinflussen, sind:
- – die Form und Größe der von Öl benetzen Gehäuseinnenfläche,
- – die Menge des pro Zeiteinheit die Fläche durchströmenden Öls (Öldurchflussrate),
- – die Menge des pro Zeiteinheit an der Kühl- oder Schmierstelle benötigten Öls (Nutzungsrate des Öls),
- – die Wandstärke des Gehäuses,
- – das Platzangebot im Innern des Gehäuses in der Nähe der Gehäusewand,
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Für den Fall, dass eine große Fläche für die Umleitung des Öls zur Verfügung steht, ist es in der Regel günstiger, eine hohe Zahl von Ölleitkanälen mit jeweils geringer Bauhöhe anzubringen.
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Grundsätzlich gilt die Regel, dass je mehr parallele Ölleitkanäle in einem Bereich vorliegen, desto geringer die Bauhöhe der Ölleitkanäle sein kann. Dies liegt daran, dass mit zunehmender Zahl an Ölleitkanälen der Teil des pro Ölleitkanals umgelenkten Öls immer kleiner werden kann und trotzdem ein ausreichender Gesamtanteil an umgelenktem Öl erzielt werden kann.
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Eine geringe Bauhöhe ist auch bei einer geringen Zahl von Ölleitkanälen möglich, sofern die Öldurchflussrate deutlich größer ist als die Nutzungsrate des Öls.
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Wenn flächenbedingt die Zahl der anbringbaren Ölleitkanäle gering ist, die Nutzungsrate des Öls jedoch vergleichsweise hoch, so sind tiefe Rillen oder hohe Rippen oder eine Kombination aus Rille und Rippe notwendig um den benötigten Anteil an Öl zu der Kühl- oder Schmierstelle zu leiten. Die Entscheidung ob Rillen- oder Rippenform oder Kombination aus beiden angewandt wird, richtet sich nach der zur Verfügung stehenden Wandstärke bzw. nach dem zur Verfügung stehenden Bauraum im Inneren des Gehäuses in Wandnähe.
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Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 einen Ausschnitt aus einer Gehäusewand einer Antriebskomponente eines Kraftfahrzeugs,
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2 die in einer Gruppe von Ölleitkanälen beschriebenen unterschiedlichen Richtungen,
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3 eine Querschnittsansicht von kombinierter Rille und Rippe.
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1 zeigt einen Ausschnitt einer Gehäuseinnenwand 1 einer Antriebskomponente eines Kraftfahrzeugs. Die Gehäuseinnenwand 1 wird von einem Öl überströmt. Die Ausrichtung der Gehäuseinnenwand 1 ist so wie im eingebauten Zustand der Antriebskomponente im Kraftfahrzeug. Das die Gehäuseinnenwand 1 überströmende Öl besitzt eine durch Pfeile angezeigte Einströmrichtung 2. Die Einströmrichtung 2 des Öls ist im gezeigten Beispiel gleich der Richtung der Schwerkraft. D. h. das Öl strömt von oben über die gesamte Breite in den dargestellten Ausschnitt der Gehäuseinnenwand 1 hinein.
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In der rechten unteren Ecke des dargestellten Ausschnitts befindet sich eine, durch einen Kreis angedeutete, Schmierstelle 3, zu der zumindest ein Teil des die Gehäuseinnenwand 1 überströmenden Öls gelangen soll.
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Im mittleren Teil der Gehäuseinnenwand 1 befinden sich 3 parallel verlaufende gerade Ölleitkanäle 4, 5, 6, welche die Form von Rillen aufweisen. Die Ölleitkanäle 4, 5, 6 sind nach rechts gegenüber der Horizontalen um ca. 25° geneigt. Die drei Ölleitkanäle 4, 5, 6 bilden eine Gruppe 7 von Ölleitkanälen. Eine die drei Ölleitkanäle einhüllende Fläche hat weitgehend die Form einer Raute (Darstellung mit gepunkteten Linien). Die einhüllende Fläche wird als der Bereich 8 der Gruppe 7 von Ölleitkanälen bezeichnet. Die maximale horizontale Ausdehnung des Bereichs 8, von der linken oberen Spitze bis zur rechten unteren Spitze, erstreckt sich fast über die gesamte Breite des Ausschnitts der Gehäuseinnenwand 1.
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Das von oben in den Bereich 8 der Gehäuseinnenwand 1 einfließende Öl gelangt im linken Teil des Bereichs 8 zu erst in den obersten Ölleitkanal 4. Ein gewisser Teil des in den Ölleitkanal 4 einfließenden Öls durchkreuzt diesen ohne seine Richtung 2 zu ändern. Ein anderer Teil des in den Ölleitkanal 4 einfließenden Öls folgt diesem bis zu seinem Ende und fließt dort, der Schwerkraft folgend, gleichgerichtet mit der Einströmrichtung 2 weiter und gelangt dann in den unterhalb des Ölleitkanals 4 liegenden nach rechts verschobenen Ölleitkanal 5.
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Außer dem Öl, welches dem Ölleitkanal 4 entstammt, fließt dem Ölleitkanal 5 zusätzlich auf dessen rechter Seite Öl zu, welches rechts am Ölleitkanal 4 vorbeigeflossen ist, d. h. welches zuvor noch nicht umgelenkt worden ist.
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Im Ölleitkanal 5 und anschließend ebenso im Ölleitkanal 6 wiederholt sich prinzipiell die Aufteilung in umgelenktes und nicht umgelenktes Öl in analoger Weise zum Ölleitkanal 4 bis schließlich ein gewünschter Anteil des Öls, das den Bereich 8 durchflossen hat, zu der Schmierstelle 3 gelangt.
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Die Zahl der Ölleitkanäle kann in anderen Ausführungsbeispielen theoretisch jede Zahl annehmen, die größer oder gleich zwei ist. In der Praxis liegt eine vorteilhafte Anzahl an Ölleitkanälen einer Gruppe im Bereich von zwei bis 10.
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2 veranschaulicht die Zusammenhänge, gemäß derer sich eine vorteilhafte Richtung der Ölleitkanäle ergibt.
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Diese Zusammenhänge sind für einen Punkt 9 dargelegt. Punkt 9 liegt innerhalb des Bereichs 8 der Gruppe von Ölleitkanälen. In Punkt 9 sind durch die jeweiligen Pfeile die folgenden Richtungen eingezeichnet:
- – die Einströmrichtung 2 des Öls,
- – eine Richtung 10 der parallel angeordneten Ölleitkanäle und
- – eine Richtung 11 zur Schmierstelle 3, die sich durch Verbinden des Punktes 9 mit dem Zentrum der Schmierstelle 3 ergibt.
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Die Richtung 10 der Ölleitkanäle schließt mit der Einströmrichtung 2 des Öls einen Winkel α von ca. 65° ein. Die Richtung 11 zur Schmierstelle 3 schließt mit der Einströmrichtung 2 des Öls einen Winkel γ von ca. 45° ein. Die Pfeile zeigen dabei die positive Winkelrichtung an.
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In anderen Ausführungsformen kann der Winkel α andere Werte annehmen. Der Winkel α bewegt sich dabei immer im Bereich zwischen dem Winkel γ und 90°.
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Der Winkel α ist größer als der Winkel γ. Dadurch kann, wenn mehrere parallele Ölleitkanäle vorliegen, die Bauhöhe der Ölleitkanäle vergleichsweise gering sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Winkel α in der Mitte zwischen dem Winkel γ und 90° liegt,
d. h.: α ≈ γ + 0,5·(90 – γ).
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Ein Winkel α im Bereich α > 90° ist nicht zielführend, weil damit keine resultierende neue Strömungsrichtung zur Kühl- oder Schmierstelle realisierbar ist.
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3 zeigt den Querschnitt eines Ölleitkanals in Form einer Rille 12 in der Gehäusewand 13 mit einer Überhöhung 14 auf der der Einströmung des Öls (erkennbar durch die Einströmrichtung 2 des Öls) abgewandten Seite. Eine derartige Rille 12 mit Überhöhung 14 kann auch als Kombination aus Rille und Rippe aufgefasst werden. Die auf diese Weise entstehende Rinne 15 ist platzsparend zur Hälfte in der Gehäusewand 13 und zur anderen Hälfte auf der Gehäuseinnenseite angebracht. Dadurch entsteht weder eine zu große Schwächung der Stärke der Gehäusewand 13 noch ein zu hoher Bauraumverbrauch im Inneren der Antriebskomponente.
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In anderen Ausführungsformen sind beliebige andere Querschnittsformen von Ölleitkanälen möglich, wie zum Beispiel
- – Rille ohne Überhöhung bzw. ohne zusätzliche Rippe,
- – Rippe mit oder ohne Überhöhung.
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Die Bauhöhe (Tiefe einer Rille bzw. Höhe einer Rippe) sowie die Breite, Form, Radien usw., können vom Fachmann entsprechend der Gegebenheiten optimiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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