DE102021119974A1

DE102021119974A1 - Motorölwanne aus verbundstoff und herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102021119974A1
Application number: DE102021119974.3A
Authority: DE
Inventors: James E. Hostetler; Sanjeev M. Hallale; Apurva SHARAN
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 2020-08-18
Filing date: 2021-08-02
Publication date: 2022-02-24
Also published as: US20220056822A1; US11639673B2

Abstract

Eine Ölwanne aus Verbundstoff für einen Arbeitsfahrzeugmotor und ein Verfahren zum Formen der Motorölwanne aus Verbundstoff beinhalten das Formen eines Blechs zu einer ersten Wanne und das offene Formen eines faserverstärkten Polymerharzes auf die erste Wanne, wodurch eine zweite Wanne gebildet wird. Die erste Wanne weist eine erste Bodenwand und erste Umfangswände auf, die sich von Kanten der ersten Bodenwand erstrecken, um eine Auffangwanne zu definieren, wobei die ersten Umfangswände in einem ersten Umfangsflansch enden. Die zweite Wanne weist eine zweite Bodenwand und zweite Umfangswände auf, die an die erste Bodenwand und die ersten Umfangswände angrenzen, wobei die zweiten Umfangswände in einem zweiten Umfangsflansch enden. Die erste Wanne definiert eine dünne Metallstruktur mit einer Innenfläche, die sich über die erste Bodenwand, die ersten Umfangswände und den ersten Umfangsflansch erstreckt; die zweite Wanne verstärkt die erste Wanne, ohne an die Innenfläche anzustoßen.

Description

Diese Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Motorölwanne für Arbeitsfahrzeuge und ein Verfahren zum Formen der Motorölwanne.
Verschiedene Arbeitsfahrzeuge, die in der Land-, Bau- und Forstwirtschaft eingesetzt werden, können Ölwannen aufweisen, um gebrauchtes Motoröl zu sammeln, das anschließend rezirkuliert wird. Bei der Konstruktion und Herstellung von Motorölwannen sind die geeignete Festigkeit, Stoßfestigkeit und Leistung, sowie minimale Kosten auch für kleinvolumige Serien wichtig.
Die Offenbarung stellt eine geschichtete Motorölwanne aus Verbundstoff für ein Arbeitsfahrzeug und ein Verfahren zum Formen derselben bereit.
In einem Aspekt stellt die Offenbarung ein Verfahren zum Bilden einer Ölwanne aus Verbundstoff für einen Motor eines Arbeitsfahrzeugs bereit. Das Verfahren beinhaltet das Formen eines Blechs zu einer ersten Wanne und das offene Formen eines faserverstärkten Polymerharzes auf der ersten Wanne. In dem Formungsschritt weist die erste Wanne eine erste Bodenwand und erste Umfangswände auf, die sich von Kanten der ersten Bodenwand erstrecken, um eine Auffangwanne zum Aufnehmen von Motoröl zu definieren, wobei die ersten Umfangswände in einem ersten Umfangsflansch enden, der sich nach außen erstreckt. In dem Schritt des offenen Formens bildet das faserverstärkte Polymerharz eine zweite Wanne mit einer zweiten Bodenwand, die an die erste Bodenwand anstößt, mit zweiten Umfangswänden, die sich von Rändern der zweiten Bodenwand und an die ersten Umfangswände anstoßend erstrecken, wobei die zweiten Umfangswände in einem zweiten, an den ersten Umfangsflansch anstoßenden Umfangsflansch enden. Die erste Wanne definiert eine dünnwandige Metallstruktur mit einer Innenfläche, die sich über die erste Bodenwand, die ersten Umfangswände und den ersten Umfangsflansch erstreckt, wobei die zweite Wanne die erste Wanne verstärkt, ohne an der Innenfläche anzuliegen.
In einem weiteren Aspekt stellt die Offenbarung eine Motorölwanne aus Verbundstoff bereit. Die Motorölwanne aus Verbundstoff beinhaltet eine erste Wanne und eine zweite Wanne. Die erste Wanne wird von einem Blech mit einer ersten Bodenwand und einer ersten Vielzahl von Umfangswänden gebildet, die sich im Allgemeinen von der ersten Bodenwand nach oben erstrecken, wobei die erste Vielzahl von Umfangswänden eine erste Vorderwand, eine erste Rückwand und erste Seitenwände beinhaltet, wobei die erste Vielzahl von Umfangswänden in einem ersten Umfangsflansch endet, der sich von einer Oberseite der ersten Vorderwand, der ersten Rückwand und/oder der ersten Seitenwände nach außen erstreckt, wobei die erste Wanne Folgendes beinhaltet: eine Ölwanne zum Aufnehmen von Öl, die durch eine Innenfläche definiert ist, die sich angrenzend entlang der ersten Bodenwand und der ersten Vielzahl von Umfangswänden erstreckt, und eine Außenfläche, die der Innenfläche gegenüberliegt. Die zweite Wanne wird von einem faserverstärkten Polymerharz mit einer zweiten Bodenwand und einer zweiten Vielzahl von Umfangswänden gebildet, die sich im Allgemeinen von der zweiten Bodenwand nach oben erstrecken, wobei die zweite Vielzahl von Umfangswänden eine zweite Vorderwand, eine zweite Rückwand und zweite Seitenwände beinhaltet, wobei die zweite Vielzahl von Umfangswänden in einem zweiten Umfangsflansch endet, der sich von einer Oberseite der zweiten Vorderwand, der zweiten Rückwand und/oder der zweiten Seitenwände nach außen erstreckt, wobei die zweite Wanne an der Außenfläche der ersten Wanne anliegt und mit dieser verbunden ist. Die zweite Wanne ist so montiert, dass sie zumindest teilweise die Außenfläche der ersten Wanne abdeckt. Die zweite Wanne ist dicker als die erste Wanne, um die erste Wanne strukturell zu verstärken, ohne an der Innenfläche der ersten Wanne anzuliegen.
Die Details einer oder mehrerer Ausführungsformen werden in den beigefügten Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt. Andere Eigenschaften und Vorteile werden aus der Beschreibung und den Zeichnungen sowie aus den Ansprüchen ersichtlich.

1 ist eine Seitenansicht eines beispielhaften Arbeitsfahrzeugs in Form eines landwirtschaftlichen Mähdreschers, bei dem gemäß dieser Offenbarung eine Motorölwanne aus Verbundstoff verwendet werden kann;
2 ist eine isometrische Ansicht einer Motorölwanne aus Verbundstoff des beispielhaften Arbeitsfahrzeugs von 1;
3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 3-3 von 2;
4 ist eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht des Abschnitts 4-4 von 3;
5 ist eine Explosionsquerschnittsansicht eines ersten beispielhaften Prozesses zum Formen der Motorölwanne aus Verbundstoff von 2; und
6 ist eine Explosionsquerschnittsansicht eines zweiten beispielhaften Prozesses zum Formen der Motorölwanne aus Verbundstoff von 2.

Gleiche Referenzsymbole in den unterschiedlichen Zeichnungen bezeichnen gleiche Elemente.
Nachfolgend werden eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen der offenbarten Motorölwanne beschrieben, wie in den begleitenden Figuren der vorstehend kurz beschriebenen Zeichnungen dargestellt. Verschiedene Abwandlungen der beispielhaften Ausführungsformen können von Fachleuten auf dem Gebiet in Betracht gezogen werden.
Wie hierin verwendet, bezeichnen Listen mit Elementen, die durch konjunktive Ausdrücke (z. B. „und“) getrennt sind und denen auch der Ausdruck „eines oder mehrere von“ oder „mindestens eines von“ vorangestellt ist, Konfigurationen oder Anordnungen, die möglicherweise einzelne Elemente der Liste oder eine Kombination davon beinhalten. Zum Beispiel bezeichnet „mindestens eines von A, B und C“ oder „eines oder mehrere von A, B und C“ die Möglichkeiten von nur A, nur B, nur C oder einer beliebigen Kombination von zwei oder mehr von A, B und C (z. B. A und B; B und C; A und C; oder A, B und C).
Außerdem können in der Detaillierung der Offenbarung Richtungs- und Ausrichtungsbegriffe, wie etwa „stromabwärts“, „stromaufwärts“, „vorgelagert“, „nachgelagert“, „längs“, „radial“, „axial“, „umlaufend“, „seitlich“ und „quer“, verwendet werden. Derartige Begriffe werden zumindest teilweise in Bezug auf eine Radachse, Motorkomponenten und/oder Federungskomponenten definiert. Wie hier verwendet, gibt der Begriff „längs“ eine Ausrichtung entlang der Länge der Vorrichtung an; der Begriff „seitlich“ gibt eine Ausrichtung entlang einer Breite der Vorrichtung und orthogonal zur Längsausrichtung an; und der Begriff „quer“ gibt eine Ausrichtung entlang der Höhe der Vorrichtung und orthogonal zur Längs- und Seitenausrichtung an. Diese Ausrichtungen können in Bezug auf ein Arbeitsfahrzeug oder eine Fahrtrichtung des Arbeitsfahrzeugs erfolgen, an dem die Komponenten befestigt werden. Wie hierin verwendet, sind die Begriffe „vorne“, „vorwärts“, „hinten“ und „rückwärts“ lediglich beispielhafte relative Begriffe in Bezug auf eine primäre Fahrtrichtung einer abgebildeten Konfiguration eines Arbeitsfahrzeugs. In anderen Beispielen können die durch diese Begriffe referenzierten Komponenten gemäß der vorliegenden Offenbarung umgekehrt werden.
Arbeitsfahrzeuge, wie etwa landwirtschaftliche Mähdrescher oder Erntemaschinen, beinhalten typischerweise eine Ölwanne unter einem Motor zum Sammeln von Motoröl für nachfolgendes Filtern und Rezirkulieren. Während des Gebrauchs kann die Motorölwanne externen Kräften ausgesetzt sein, einschließlich Wärme, Vibration, Stoßbelastungen (zum Beispiel durch Gestein und andere Ablagerungen) und Kompressionsbelastungen durch Schrauben oder andere Befestigungsvorrichtungen. Die Motorölwanne erfährt auch interne Faktoren wie Leckage in Rissen und Fugen, Versickern von Öl aus der Auffangwanne in das Wannenmaterial selbst und dergleichen. Dementsprechend müssen Motorölwannen eine Vielzahl von Konstruktions- und Leistungsanforderungen erfüllen. Wie nachfolgend beschrieben, stellt diese Offenbarung eine geschichtete Motorölwanne aus Verbundstoff und ein Verfahren zum Formen der Motorölwanne bereit, die in der Lage ist, solche Kräfte aufzunehmen, während die Integrität der Wanne und das Volumen des Öls beibehalten werden.
Im Allgemeinen kann es für Arbeitsfahrzeuge, wie etwa landwirtschaftliche Mähdrescher, von Vorteil sein, für bestimmte Aufgaben oder Arbeitsumgebungen ausgelegt zu sein. Bestimmte Arbeitsfahrzeuge oder deren Motoren sind für Spezialanwendungen (z.B. bestimmte Größen oder Arbeiten für landwirtschaftliche Mähdrescher) konzipiert und dürfen nur in kleinen Stückzahlen oder im Direktauftrag hergestellt werden. In dieser Situation können die Produktionskosten für das Arbeitsfahrzeug, den Motor oder Komponenten davon (z. B. eine Ölwanne für den Motor) nicht auf eine große Anzahl von Einheiten verteilt werden, wie dies bei üblicheren Arbeitsfahrzeugen und generischen Komponenten der Fall ist. Darüber hinaus sind eine eigene Montagelinie und Werkzeuge für diese spezialisierten Komponenten möglicherweise nicht erwünscht, da die Produktion nur intermittierend erfolgt. Infolgedessen gibt es für Hersteller keinen Anreiz, Bauteile herzustellen, die aufgrund der hohen Kosten pro Fertigungs-, Vorbereitungs- und Werkzeugeinheit speziell an bestimmte Anwendungen angepasst sind.
Somit besteht ein fortlaufender Bedarf an der Bereitstellung einer Motorölwanne mit robuster Leistung, einschließlich verbesserter Ölrückhaltung, die auf kleine Produktionsanwendungen bei niedrigen Herstellungskosten und einfacher Montage zugeschnitten ist. Wie nachfolgend beschrieben, dienen Ausführungsformen der offenbarten Motorölwanne dazu, die Leistung zu optimieren, und sind gleichzeitig vorteilhaft für kleine Serien ausgelegt. Im Allgemeinen stellt diese Offenbarung eine Motorölwanne aus Verbundstoff und ein Verfahren zum Formen der Motorölwanne aus Verbundstoff zur Verwendung in einem Arbeitsfahrzeug bereit. Die Motorölwanne aus Verbundstoff ist in Bezug auf Lagerlasten auf dem Fahrzeugrahmen nicht strukturell, erfordert jedoch eine geeignete Festigkeit und Stoßfestigkeit zur Verwendung in schweren Arbeitsfahrzeugen unter widrigen Bedingungen (z. B. Vibration, Wärme, lange Laufzeiten, Autobahngeschwindigkeiten, Aufprall großer Schmutzablagerungen und dergleichen).
Die Offenbarung betrifft eine Ölwanne für einen Motor eines Arbeitsfahrzeugs, die aus einer mehrschichtigen Hybrid- oder Verbundstruktur gebildet wird. Eine erste Innenschicht wird aus relativ dünnem Metall gebildet und fungiert als Ölwanne, die eine flüssigkeitsundurchlässige Oberfläche und Verschleißfestigkeit bietet. Eine zweite Außenschicht wird aus einem offen geformten Polymer gebildet und dient dazu, Strukturfestigkeit, Stoßfestigkeit und Schalldämpfung zu gewährleisten. Die Außenschicht kann ein oleophiles Material sein. Die Außenschicht liegt an einer Außenfläche der Innenschicht an. Kompressionsbegrenzer können in einem Befestigungsflansch bereitgestellt werden, um Schraubenklemmlasten aufzunehmen. Die Anordnung beider Schichten und der damit verbundene Montageprozess stellen eine leichte nichtstrukturelle Ölwanne mit niedrigen Herstellungskosten (einschließlich Materialkosten und Werkzeugkosten) bereit.
In bestimmten Ausführungsformen stellt die Offenbarung eine Motorölwanne aus Verbundstoff bereit, die zwei Schichten, eine erste Wanne und eine zweite Wanne, umfasst. Jede Schicht kann eine vollständig geformte Wanne in Form der Motorölwanne aus Verbundstoff sein. Die erste und die zweite Wanne stellen jeweils individuelle Funktionen und Vorteile für die Verwendung der Motorölwanne aus Verbundstoff bereit. Die erste Wanne bildet an einer Innenfläche eine Ölwanne. Die erste Wanne wird aus einem metallischen Material gebildet (z. B. Aluminium, Aluminiumlegierungen, andere duktile Metalle und dergleichen), das für die Aufbewahrung von Öl mit minimalen oder ohne Leckagen geeignet ist. Das metallische Material der ersten Wanne ist relativ dünn, um ein geringes Gewicht und eine kleine Form zu gewährleisten. Die zweite Wanne wird aus einem Polymermaterial gebildet (z. B. einem faserverstärkten Polymer, anderen Glasfasern und dergleichen), das vorteilhaft ist, um Strukturfestigkeit (z. B. Steifigkeit), geringes Gewicht, Geräusch- und Vibrationsisolierung bereitzustellen und Schäden durch Durchstoßen (z. B. durch Steine und anderes Geröll auf einem Feld oder auf einer Straße) zu verhindern oder zu reduzieren. Die zweite Wanne liegt nicht an der Innenfläche der ersten Wanne an und berührt daher kein Öl, wodurch Polymermaterialien, die andernfalls nicht zum Aufbewahren von Öl verwendet würden, wie etwa oleophile Materialien, möglich sind. Die zweite Wanne ist geeignet, um Aufprallschäden an der ersten Wanne und der Motorölwanne aus Verbundstoff im Allgemeinen zu verhindern.
In einem weiteren Aspekt stellt die offenbarte Anordnung einer Motorölwanne aus Verbundstoff, die von zwei geschichteten Wannen gebildet wird, Vorteile gegenüber herkömmlichen Ölwannen und den separaten einzelnen Schichten bereit. Die Motorölwanne aus Verbundstoff bietet eine durchgehende Innenfläche, die die Ölwanne definiert, und weist daher keine Fugen oder Diskontinuitäten auf, die Leckstellen oder Nähte bilden können. Durch die Auswahl und Anordnung von dünnem Metall und Polymermaterial ergibt sich eine Ölwanne mit geringem Gewicht, geringen Materialkosten, geringen Herstellungskosten und minimalen Werkzeugkosten auch bei kleinen Stückzahlen.
In noch einem weiteren Aspekt stellt die Motorölwanne aus Verbundstoff einen verstärkten Befestigungsflansch zur starren Befestigung an einem Motorblock bereit. Der Montageflansch kann aufgrund von Kompression von einer Montageschraube und/oder anderen Faktoren (z. B. Arbeitsfahrzeugbewegung, Belastungen des Fahrzeugrahmens und dergleichen) erhebliche Spannungen erfahren, wenn er an einem Motorblock montiert ist. Kompressions- und andere Kräfte können die mechanische Festigkeit des dünnen metallischen und Polymermaterials überwinden, die die Motorölwanne aus Verbundstoff bilden. Dementsprechend ist der Montageflansch mit Kompressionsbegrenzern von größerer Druckfestigkeit versehen, um Schraubenöffnungen des Flansches zu verstärken.
Die Offenbarung stellt auch eine zweischichtige Anordnung einer Ölwanne bereit, die für bestimmte nichtstrukturelle Anwendungen in Arbeitsfahrzeugen vorteilhaft ist. Derartige Ölwannenanordnungen lassen sich ohne weiteres in geringen Stückzahlen mit geringen Werkzeugkosten herstellen. Die Motorölwanne aus Verbundstoff ist an einer Form befestigt, die Holz oder ein anderes kostengünstiges, einfach zu gestaltendes und herzustellendes Material sein kann. Beide Ölwannenschichten (d. h. eine erste Wanne aus Metall und eine zweite Wanne aus Polymermaterial) können mit Handwerkzeugen oder relativ einfachen Prozessen geformt werden. Dies kann kostengünstige Formen für eine der Wannen beinhalten, wobei diese Wanne als Form für die andere Wanne verwendet werden kann, sei es als positive Form als innere Wanne, wonach die äußere Wanne gebildet wird, oder als negative Form als äußere Wanne, wonach die innere Wanne gebildet wird. Die äußere Wanne kann in verschiedenen offenen Formverfahren hergestellt werden, beispielsweise mit Hand- oder Sprühauflagetechniken.
Verbesserungen der Ölwanne, wie sie oben erwähnt wurden, korrelieren direkt mit verbesserter Ölrückhaltung und Lebensdauer der Ölwanne, sowie geringeren Herstellungs- und Werkzeugkosten. Diese Offenbarung stellt eine Motorölwanne aus Verbundstoff und ein Verfahren zum Formen einer Ölwanne zur Verwendung in Arbeitsfahrzeugen bereit, die diese und andere Aspekte in Bezug auf herkömmliche Anordnungen und Verfahren berücksichtigt. Die Motorlagerbaugruppe ist in der Lage, die erforderlichen Lastunterstützungs- und Verteilungseigenschaften zu erreichen, während sie eine gewünschte Ölwanne, einen Motor, einen Antriebsstrang und ein Aufhängungssystem in einem geeigneten Formfaktor beinhaltet. Die Systeme und Komponenten des beispielhaften landwirtschaftlichen Mähdreschers bieten die genannten Vorteile sowie die erforderliche Arbeitsleistung auf dem Feld.
Im Folgenden werden eine oder mehrere beispielhafte Implementierungen der offenbarten geschichteten Motorölwanne aus Verbundstoff und ein Verfahren zum Formen der Motorölwanne aus Verbundstoff beschrieben. Während sich die hierin enthaltene Erläuterung manchmal auf die beispielhafte Anwendung einer Motorölwanne aus Verbundstoff eines landwirtschaftlichen Mähdreschers konzentrieren kann, kann die offenbarte Motorölwanne aus Verbundstoff auch für andere Arten von Arbeitsfahrzeugen anwendbar sein, einschließlich selbstfahrender oder gezogener Arbeitsfahrzeuge mit geringer Tragfähigkeit, sowie verschiedener anderer landwirtschaftlicher Maschinen (z. B. knickgelenkte Traktoren, Nutztraktoren), verschiedener Baumaschinen und forstwirtschaftlicher Maschinen (z. B. Frontlader, Baggerlader, Bagger, Forstschlepper und so weiter).
Bezugnehmend auf 1 kann das offenbarte Arbeitsfahrzeug 10 in einigen Ausführungsformen ein landwirtschaftlicher Mähdrescher sein, obwohl die hierin beschriebene Ölwanne auf eine Vielzahl von Maschinen anwendbar sein kann. Wie gezeigt, kann davon ausgegangen werden, dass das Arbeitsfahrzeug 10 einen strukturellen Hauptrahmen oder ein Fahrgestell 12, eine Bedienerkabine 14, einen Motor 16 mit einem Motorblock 18 und einer Motorölwanne aus Verbundstoff 20 und ein Steuersystem 22 beinhaltet. Die Motorölwanne aus Verbundstoff 20 ist an einem Boden des Motors 16 montiert (z. B. unter dem Motorblock 18), um Motoröl zu sammeln und zurückzuhalten, das anschließend gefiltert und durch den Motor 16 rezirkuliert wird. Das Fahrgestell 12 wird von Bodeneingriffsrädern 24 getragen, von denen zumindest die Vorderräder lenkbar sind.
Der Motor 16 stellt eine Leistungsquelle bereit, um das Arbeitsfahrzeug 10 über die Räder 24 anzutreiben, entweder direkt als mechanische Leistung (z. B. durch ein Getriebe) oder nach der Umwandlung in elektrische oder hydraulische Leistung. In einem Beispiel ist der Motor 16 ein Verbrennungsmotor, wie beispielsweise ein Dieselmotor, der von einem Motorsteuermodul (nicht gezeigt) eines Steuersystems 22 gesteuert wird. Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben, wird der Motor 16 teilweise durch den Motorblock 18 gebildet, der ein starres unbewegliches Teil zum Aufnehmen der Zylinder, Kolben, Kurbelwelle, Ventile und anderer Arbeitskomponenten des Motors 16 und eine integrierte Komponente ist, an der diese anderen Arbeitskomponenten des Motors 16 montiert sein können. Es ist anzumerken, dass die Verwendung eines Verbrennungsmotors lediglich ein Beispiel darstellt und die Antriebsquelle ein Hybrid-Gas-Elektromotor, ein Benzinmotor oder eine sonstige leistungserzeugende Vorrichtung sein kann. Zusätzlich zur Bereitstellung von Zugkraft zum Antreiben des Arbeitsfahrzeugs 10 kann der Motor 16 Leistung an verschiedene bordeigene Teilsysteme, einschließlich verschiedener elektrischer und hydraulischer Komponenten des Arbeitsfahrzeugs 10, bereitstellen. Wie oben vorgestellt, ist die Bedienerkabine 14 auf dem Fahrgestell 12 gestützt und dient dazu, einen Bediener (z. B. einen menschlichen Fahrer) aufzunehmen. Somit kann die Bedienerkabine 14 auch verschiedene Arten von Bedienerschnittstellen- und Steuermechanismen (z. B. verschiedene Steuerräder, Hebel, Schalter, Knöpfe, Bildschirme, Tastaturen usw.) unterbringen.
Wie oben angemerkt, stellt diese Offenbarung eine verbesserte Motorölwanne aus Verbundstoff 20 bereit, die zwei diskrete Schichten oder Wannen aus unterschiedlichen Materialien aufweist. Die Innenschicht oder Wanne dient in erster Linie dazu, das flüssige Öl leckagefrei zurückzuhalten, und die Außenschicht oder Wanne dient in erster Linie dazu, die Innenschicht oder Wanne abzustützen und zu schützen. Um Kosten und Gewicht zu minimieren, kann die innere Schicht oder Wanne dünnwandig sein, wie etwa eine Metallblech- oder Folienkonstruktion. Die äußere Schicht oder Wanne kann in der Größenordnung von mehreren ganzzahligen Werten relativ dicker sein als die innere Schicht oder Wanne, um eine strukturelle Unterstützung bereitzustellen, um das Gewicht des Öls zu tragen sowie eine Stoßfestigkeit bereitzustellen. Die äußere Schicht oder Wanne kann ein einzelnes, homogenes Material sein oder ein Verbundmaterial mit festigkeitsverstärkenden, in ein Kunststoffharz oder dergleichen eingebetteten verstärkenden Elementen.
Bezugnehmend auch auf 2-4 beinhaltet die Motorölwanne aus Verbundstoff 20 in einem veranschaulichten Beispiel eine erste Wanne 30 als eine Innenschicht, die aus einem relativ dünnen blechartigen Material, wie etwa einem dünnwandigen Metall, gebildet wird, das sich angemessen formen lässt. In einem Beispiel ist die erste Wanne 30 ein Blech aus Aluminiummetall mit einer Dicke von etwa 2 mm. In anderen Beispielen kann die erste Wanne 30 ein noch dünneres Material sein, wie etwa eine Folienbahn. Die erste Wanne 30 weist eine erste Bodenwand 32 und eine erste Vielzahl von Umfangswänden 34 auf, die sich im Allgemeinen von der ersten Bodenwand 32 nach oben erstrecken. Die erste Vielzahl von Umfangswänden 34 beinhaltet eine erste Vorderwand 36, eine erste Rückwand 38 und erste Seitenwände 40. Eine oder mehrere erste Umfangswand/-wände 34 endet/en in einem ersten Umfangsflansch 42, der sich von einer Oberseite der ersten Umfangswand/-wände 34 nach außen erstreckt. Die erste Wanne 30 stellt eine Innenfläche 44 bereit, die sich angrenzend entlang der ersten Bodenwand 32 und der ersten Vielzahl von Umfangswänden 34 erstreckt. Eine Außenfläche 46 der ersten Wanne 30 liegt der Innenfläche 44 gegenüber. Die erste Wanne 30 definiert eine erste Dicke 48 (siehe 4), die in der ersten Bodenwand 32 und in der ersten Vielzahl von Umfangswänden 34 im Allgemeinen konsistent ist. Die Innenfläche 44 erstreckt sich durchgehend ohne Unterbrechung, mit Ausnahme einer Ablassöffnung 50 in der ersten Bodenwand 34, so dass die Innenfläche 44 der ersten Wanne 30 die einzige Wannenfläche ist, die eine Ölwanne 52 zum Zurückhalten eines Volumens an flüssigem Öl definiert.
Die Motorölwanne aus Verbundmaterial 20 beinhaltet auch eine zweite Wanne 60 als Außenschicht, die aus einem relativ dickeren Polymermaterial gebildet ist. Die zweite Wanne 60 wird in diesem Beispiel aus einem faserverstärkten Polymer-(FRP-)Harz gebildet. Die zweite Wanne 60 weist eine zweite Bodenwand 62 und eine zweite Vielzahl von Umfangswänden 64 auf, die sich im Allgemeinen von der ersten Bodenwand 62 nach oben erstrecken. Die zweite Bodenwand 62 und die zweite Vielzahl von Umfangswänden 64 stoßen jeweils an die erste Bodenwand 32 und die erste Vielzahl von Umfangswänden 34 der ersten Wanne an, sodass die zweite Wanne 60 nicht an der Innenfläche 44 der ersten Wanne 30 anliegt. Die zweite Vielzahl von Umfangswänden 64 beinhaltet eine zweite Vorderwand 66, eine zweite Rückwand 68 und zweite Seitenwände 70. Eine oder mehrere zweite Umfangswand/-wände 64 endet/en in einem zweiten Umfangsflansch 72, der sich von einer Oberseite der zweiten Umfangswand/-wände 64 nach außen erstreckt. Der zweite Umfangsflansch 72 stößt an den ersten Umfangsflansch 42 an. Die zweite Wanne 60 stellt eine zweite Innenfläche 74 bereit, die sich angrenzend entlang der zweiten Bodenwand 62 und der zweiten Vielzahl von Umfangswänden 64 erstreckt und an der Außenfläche 46 der ersten Wanne anliegt. Mit dieser Anordnung kann das Material der zweiten Wanne 60 oleophil sein. Da die zweite Wanne 60 die Ölwanne 52 nicht definiert, wird das oleophile Material während des Gebrauchs kein Öl berühren oder absorbieren, und dementsprechend wird weder die Leistung der Motorölwanne aus Verbundstoff 20 noch die des Motors 16 verringert. Die zweite Wanne 60 definiert eine zweite Dicke 78 (siehe 4), die im Allgemeinen in der zweiten Bodenwand 62 und der zweiten Vielzahl von Umfangswänden 64 konsistent ist. Die zweite Dicke 78 ist größer als die erste Dicke 48, beispielsweise um den Faktor drei oder mehr, wie in 4 gezeigt. Die zweite Dicke 78 kann zum Beispiel um einen Faktor zehn oder mehr deutlich größer als die erste Dicke 48 sein, insbesondere wenn die erste Wanne 30 aus einer Folie geformt wird. Darüber hinaus ist die zweite Wanne 60 im Vergleich zur ersten Wanne 30 relativ starrer und steifer und weniger formbar. Es versteht sich, dass der zweite Umfangsflansch 72 eine größere Dicke als die zweite Dicke 78 der anderen Abschnitte der zweiten Wanne 60 aufweisen kann, wodurch dem zweiten Umfangsflansch 72 eine geeignete Festigkeit und Steifigkeit beim Montieren der Motorölwanne aus Verbundstoff 20 an dem Motor 16 bereitgestellt wird.
Der erste und der zweite Umfangsflansch 42, 72 bilden einen Montageflansch 80 zum Montieren der Motorölwanne aus Verbundstoff 20 an dem Motor 16. Eine Vielzahl von Schraubenöffnungen 82 ist in dem Montageflansch 80 zum Aufnehmen von Befestigungselementen, wie etwa Schrauben (nicht dargestellt) zum Befestigen des Montageflansches 80 an dem Motorblock 18, ausgebildet. Ein Kompressionsbegrenzer 84 ist in jeder der Vielzahl von Bolzenöffnungen 82 installiert und erstreckt sich sowohl durch den ersten als auch durch den zweiten Umfangsflansch 42, 72. Der Kompressionsbegrenzer 84 kann eine ringförmige Form (z. B. zylindrisch oder kegelstumpfförmig) haben und besteht aus einem Material mit einer relativ größeren Druckfestigkeit als der des Materials der zweiten Wanne 60, um Kompressionsbelastungen aufzunehmen, die durch die Schrauben und entsprechenden Muttern (nicht gezeigt) aufgebracht werden. Der erste Umfangsflansch 42 definiert einen Außenrand 86 an einem distalen Ende davon, der sich nach unten in Richtung der ersten Bodenwand 32 erstreckt. Der Außenrand 86 bildet die äußere Ausdehnung des Montageflansches 80 und hilft beim Gießvorgang, die zweite Schale 60 zu formen. Die Vielzahl der Bolzenöffnungen 82 ist in einer gleichmäßig beabstandeten Reihe um den Befestigungsflansch 80 veranschaulicht, kann aber andere Anordnungen aufweisen, die nicht in Reihen ausgerichtet sind.
Die Ablassöffnung 50 der Motorölwanne aus Verbundstoff 20 erstreckt sich sowohl durch die erste Bodenwand 32 als auch durch die zweite Bodenwand 62. Ein Ablassstopfen 90 ist abnehmbar in der Ablassöffnung 50 montiert, um das Ablassen der Motorölwanne aus Verbundstoff 20 zu ermöglichen. Im veranschaulichten Beispiel weist die Ablassöffnung 50 einen Ablasseinsatz 92 auf, der dauerhaft an der ersten und zweiten Bodenwand 32, 62 befestigt ist, um den Ablassstopfen 90 formschlüssig aufzunehmen. Der Ablasseinsatz 92 und der Ablassstopfen 90 weisen passende Gewinde auf, obwohl andere passende und/oder komplementäre Strukturen implementiert werden können. Der Ablasseinsatz 92 ist dauerhaft an der ersten Bodenwand 32 der ersten Wanne 30 befestigt, um jegliche Ölleckage zu verhindern, zum Beispiel durch Schweißen, Kleben oder dergleichen. Wie in 3 gezeigt, kann die zweite Bodenwand 62 der zweiten Wanne 60 einen Ablassbereich 94 aufweisen, der relativ dicker als der Rest der zweiten Wanne 60 ist, um strukturelle Verstärkung bereitzustellen und die erforderlichen Gewinde zum Anbringen des Ablassstopfens 90 aufzunehmen. In anderen Beispielen kann der Ablasseinsatz 92 weggelassen werden und stattdessen kann der Ablassstopfen 90 direkt mit der ersten und zweiten Bodenwand 32, 62 an der Ablassöffnung 50 formschlüssig in Eingriff treten.
Die Motorölwanne aus Verbundstoff 20 kann durch verschiedene Prozesse geformt werden. In einem ersten beispielhaften Prozess, dargestellt in 5 wird ein Blech 98 einschließlich des ersten Umfangsflansches 42 und des Außenrandes 86, durch Pressen und/oder Stanzen des Blechs gegen und um eine Form 100 zur ersten Wanne 30 geformt. Die Form 100 ist eine positive Form in der gewünschten Form der Ölwanne 52, beispielsweise in Form eines rechteckigen Prismas mit einem Flansch, der sich davon in der gewünschten Form des ersten Umfangsflansches 42 erstreckt. Die Form 100 kann aus Holz oder verschiedenen anderen starren Materialien bestehen. Optional kann eine Antihaftbeschichtung auf die Form 100 oder eine Seite des Blechs aufgebracht werden, um ein einfaches Entfernen nach dem Formen der ersten Wanne 30 mit der Form 100 zu ermöglichen. Sobald das Blech 98 gepresst ist, weist die erste Wanne 30 die Innenfläche 44 auf, die in Richtung der Form 100 ausgerichtet ist und die Ölwanne 52 definiert, und die Außenfläche 46, die der Innenfläche 44 gegenüberliegt, die von der Form 100 weg ausgerichtet ist. Dieser Pressschritt beinhaltet das Bilden des Außenrandes 86 des ersten Umfangsflansches 42, der sich von der Ölwanne 52 weg erstreckt. Die Montageöffnungen 82 werden in dem ersten Umfangsflansch 42 durch Bohren, Stanzen oder dergleichen ausgebildet. Die Ablassöffnung 50 wird in ähnlicher Weise in dem Blech 98 an der Bodenwand 32 durch Schneiden, Bohren, Stanzen oder dergleichen ausgebildet. In anderen Beispielen kann die Ablassöffnung 50 in der Bodenwand 32 ausgebildet werden, nachdem die zweite Wanne 60 geformt oder ausgebildet wurde, bevor das Blech 98 gegen die Form 100 gedrückt wird. Die erste Wanne 30 verbleibt auf der Form 100, um die zweite Wanne 60 zu bilden, aber in alternativen Beispielen kann die erste Wanne 30 aus der Form 100 entfernt werden. Der Ablasseinsatz 92 wird mit der ersten Wanne 30 verschweißt, bevor die zweite Wanne 60 gebildet wird, und kann mit dem Blech verschweißt werden, noch bevor das Blech gegen die Form 100 gedrückt wird.
Fortfahrend mit dem ersten beispielhaften Prozess, um das offene Formen der zweiten Wanne 60 vorzubereiten, beinhaltet der erste beispielhafte Prozess das Bereitstellen von Führungsstiften 102, die sich von dem ersten Umfangsflansch 42 der ersten Wanne 30 an den Bolzenöffnungen 82 erstrecken. Die Führungsstifte 102 sind vorübergehend und abnehmbar mit Presspassung, Klebstoff und/oder ähnlichen Mitteln montiert. In ähnlicher Weise kann ein Führungsstift (nicht dargestellt) vorübergehend und abnehmbar in der Ablassöffnung 50 der ersten Wanne 30 oder im Ablasseinsatz 92 angebracht werden. Anschließend wird die zweite Wanne 60 offen auf die Außenfläche 46 der ersten Wanne 30 aufgegossen, während sie auf der Form 100 verbleibt, sodass die Form 100 die offenen Formschritte unterstützen kann. Insbesondere wird die zweite Wanne 60 durch Aufbringen eines FRP 104 in einem offenen Formprozess gebildet, der das Aufbringen eines fluiden Polymerharzes auf die Außenfläche 46 der ersten Wanne 30, das Platzieren einer Verstärkungsfaser auf dem fluiden Polymerharz und das Pressen sowohl des fluiden Polymerharzes als auch der Verstärkungsfaser gegen eine Außenfläche der ersten Wanne 30 beinhaltet. Das flüssige Polymerharz und die Verstärkungsfaser können von Hand platziert oder mit einer Sprühpistole durch sogenannte Hand- oder Sprühauflagetechniken aufgetragen werden. Der zweite Umfangsflansch 72 und der Ablassbereich 94 der zweiten Wanne 60 werden durch denselben Formprozess zur gleichen Zeit gebildet. Wenn der Ablasseinsatz 92 installiert wird, bevor die zweite Wanne 60 geformt wird, kann das FRP 104 direkt auf den Ablasseinsatz 92 aufgegossen werden. In einem Beispiel wird die zweite Wanne 60 direkt auf der Außenfläche 46 der ersten Wanne 30 ohne dazwischenliegende Struktur oder Bindemittel gebildet, sodass der Schritt des offenen Formens die zweite Wanne mit der ersten Wanne verbindet. Der Kompressionsbegrenzer 84 wird sowohl durch den ersten Umfangsflansch 42 als auch durch den zweiten Umfangsflansch 72 in die Schraubenöffnungen 82 in dem Montageflansch 80 eingeführt. In bestimmten Beispielen wird eine zusätzliche FRP-Schicht 106 hinzugefügt, um eine gewünschte Dicke an dem zweiten Umfangsflansch 72, dem Ablassbereich 94 und/oder anderen Abschnitten der zweiten Wanne 60 zu erreichen. Schließlich wird die Motorölwanne aus Verbundstoff 20 als Hybridstruktur aus zwei Schichten aus der Form 100 entfernt und der Ablassstopfen 90 in den Ablasseinsatz 92 eingebaut. Somit dient in diesem Beispiel die erste Wanne 30 als positive Form, auf der die zweite Wanne 60 geformt werden kann.
In einem zweiten beispielhaften Prozess, dargestellt in 6, ist der Prozess des Formens der Motorölwanne aus Verbundstoff 20 ähnlich, jedoch in einer im Allgemeinen umgekehrten Reihenfolge von äußeren zu inneren Teilen. Für den zweiten beispielhaften Prozess wird eine Form 110 bereitgestellt, die eine negative Form in der gewünschten Form der Außenseite der zweiten Wanne 60 ist, die den zweiten Umfangsflansch 72 mit Führungsstiften 112 beinhaltet, die sich von der Form 110 an den Stellen der Bolzenöffnungen 82 erstrecken. Die Führungsstifte 112 können einstückig mit der Form 110 ausgebildet oder eine separate Struktur sein, die dauerhaft oder abnehmbar an der Form 110 montiert ist. In ähnlicher Weise ist ein Führungsstift 114 dauerhaft oder vorübergehend an der Form 110 an der Stelle der Ablassöffnung 50 angebracht. Die Form 110 kann auch mit einer Antihaftbeschichtung versehen sein, um das eventuelle Entfernen der Motorölwanne aus Verbundstoff 20 zu unterstützen. Die zweite Wanne 60 wird durch Aufbringen eines FRP 104 in einem offenen Formprozess in die Form 110 gebildet, einschließlich der Bildung des ersten Umfangsflansches 72. Insbesondere beinhaltet der offene Formprozess das Aufbringen eines fluiden Polymerharzes auf die Form 110, das Platzieren einer Verstärkungsfaser auf dem fluiden Polymerharz und das Pressen sowohl des fluiden Polymerharzes als auch der Verstärkungsfaser gegen die Form 110. Das flüssige Polymerharz und die Verstärkungsfaser können von Hand platziert oder mit einer Sprühpistole (d. h. einer Hand- oder Sprühauflagetechnik) aufgesprüht werden. Dieser offene Formprozess ähnelt im Wesentlichen dem offenen Formverfahren des ersten beispielhaften Prozesses. In bestimmten Beispielen wird eine zusätzliche FRP-Schicht 106 für den zweiten Umfangsflansch 72 hinzugefügt, um die gewünschte Dicke zu erreichen.
Fortfahrend mit dem zweiten beispielhaften Prozess wird das Blech einschließlich des ersten Umfangsflansches 42 und des Außenrandes 86 zur ersten Wanne 30 geformt, indem das Blech 98 gegen und in die Innenfläche 44 der zweiten Wanne 60 gedrückt wird. Auf diese Weise weist die erste Wanne 30 die Außenfläche 46 auf, die an der Innenfläche 44 der zweiten Wanne 60 montiert ist, und die Innenfläche 44 der ersten Wanne 30 definiert die Ölwanne 52. Die Ablassöffnung 50 ist in der ersten Wanne 30 ausgebildet und beinhaltet einen Ablassrand 88, der sich von der Ölwanne 52 weg erstreckt. Die Ablassöffnung 50 und die Bolzenöffnungen 82 der ersten Wanne 30 können gebildet werden, während das Blech 98 in die Innenfläche der zweiten Wanne 60 gedrückt wird oder nach diesem Schritt. Die Bolzenöffnungen 82 sind in dem ersten Umfangsflansch 42 der ersten Wanne 30 um die Kompressionsbegrenzer 84 ausgebildet. Jedes zusätzliche Material an den Bolzenöffnungen 82 wird in diesem Stadium oder nachfolgenden Stadien durch Schneiden, Bohren, Stanzen oder dergleichen entfernt. Der Ablasseinsatz 92 (3) wird dauerhaft an dem Blech 98 montiert (z. B. geschweißt), bevor es in die zweite Wanne 60 gedrückt wird, oder kann installiert werden, nachdem das Blech 98 gepresst wurde und nachdem die Motorölwanne aus Verbundstoff 20 aus der Form 110 entfernt wurde. Anschließend werden die Kompressionsbegrenzer 84 sowohl durch die erste Wanne 30 als auch durch die zweite Wanne 60 in die Bolzenöffnungen 82 im Montageflansch 80 eingesetzt. Schließlich wird die Motorölwanne aus Verbundstoff 20 als Hybridstruktur aus zwei Schichten aus der Form 100 entfernt und der Ablassstopfen 90 in den Ablasseinsatz 92 eingebaut. Somit dient in diesem Beispiel die zweite Wanne 60 als negative Form, in der die erste Wanne 30 geformt werden kann.
Eine Vielzahl von Materialien kann verwendet werden, um das faserverstärkte Polymer (FRP 104 und zusätzliche FRP 106-Schicht) der zweiten Wanne 60 zu bilden, einschließlich verschiedener Harze und Fasern. Aufgrund der besonderen Anordnung der ersten Wanne 30 zum Aufnehmen von Öl (z. B. zusammenhängende Form, die die Ölwanne 52 bildet, wobei die zweite Wanne 60 nicht an der Innenfläche 44 der ersten Wanne anliegt usw.) sind die erforderlichen Materialeigenschaften der ausgewählten FRP auf andere, nicht auf die Aufbewahrung von Öl abgestimmte Metriken zugeschnitten. Beispielsweise kann das Material der zweiten Wanne 60 ausgewählt werden, um geeignete Festigkeit, Steifigkeit, Vibrationsdämpfung, andere mechanische Eigenschaften und dergleichen bereitzustellen. Das Material kann oleophil sein (d. h. leicht Öle absorbieren). Insbesondere kann das FRP der zweiten Wanne 60 Nylon, Sheet Molding Compound (SMC), Bulk Molding Compound (BMC) oder dergleichen sein. In einigen Beispielen ist das FRP ein SMC mit einer Glasverstärkung von 10 bis 60 % nach Gewicht mit einer Glaslänge von 0,50 bis 1,00 Zoll und zufällig platzierten Fasern in bis zu 35 % nach Gewicht. In anderen Beispielen ist das FRP ein BMC, der als eine duroplastische Kunststoffharzmischung aus verschiedenen inerten Füllstoffen, Faserverstärkungen, Katalysatoren, Stabilisatoren und Pigmenten ausgebildet ist. BMC ist hochgefüllt und mit kurzen Fasern verstärkt. Die Glasverstärkung des BMC beträgt zwischen 10 und 30 % nach Gewicht, die Glaslänge typischerweise zwischen 0,03 und 0,50 Zoll. BMC-Verbundstoffe umfassen ungesättigte Polyester- oder Epoxyvinylester.
Die Motorölwanne 20 kann mehrere Merkmale beinhalten, um die erforderliche strukturelle Festigkeit bereitzustellen und/oder die Platzierung in dem Arbeitsfahrzeug 10 zu verbessern. Die erste und zweite Bodenwand 32, 62 und die erste und zweite Vielzahl von Umfangswänden 34, 64 der Motorölwanne aus Verbundstoff 20 können mit Rippen versehen sein, um zusätzliche Festigkeit bereitzustellen. Darüber hinaus sind die erste und zweite Bodenwand 32, 62 und die erste und zweite Vielzahl von Umfangswänden 34, 64 auf den Motorblock 18 und den Platz innerhalb des Arbeitsfahrzeugs 10 abgestimmt bemessen und geformt, und können entsprechend verschiedene Vertiefungen oder andere Merkmale beinhalten. Die Motorölwanne aus Verbundstoff 20 erstreckt sich zumindest teilweise über die Breite und Länge des Motorblocks 18. Auf diese Weise ist die Motorölwanne aus Verbundstoff 20 konfiguriert, um sich zumindest teilweise an den Motorblock 18 anzupassen. Wie am besten in 3 gezeigt, kann der Ablassstopfen 90 der Motorölwanne aus Verbundstoff 20 leicht entfernt werden (z. B. durch Gewinde), um die Ölwanne 20 abzulassen. Die verschiedenen Wände der Motorölwanne aus Verbundstoff 20 sind im Wesentlichen vertikal veranschaulicht, obwohl in alternativen Beispielen eine oder mehrere erste und zweite Umfangswand/-wände 34, 64 abgewinkelt oder gekrümmt sein können, während sie dennoch die Ölwanne 52 definieren.
Darüber hinaus kann der Montageflansch 80 geformt und konfiguriert sein, um eng mit verschiedenen entsprechenden Oberflächen des Motorblocks 18 und des Fahrgestells 12 zu passen. Wie in 2 gezeigt, ist der beispielhafte Montageflansch 80 im Wesentlichen planar, wobei die Vielzahl von Bolzenöffnungen 82 entlang derselben Ebene positioniert ist. Die planare Form des Montageflansches 80 ist einer entsprechenden planaren Fläche des Motorblocks 18 zugewandt und greift in diese ein. Zusätzlich kann der Montageflansch 80 mit oder ohne Dichtung (nicht dargestellt) zwischen der Motorölwanne aus Verbundstoff 20 und dem Motorblock 18 ausgebildet sein.
Das Vorstehende beschreibt eine oder mehrere beispielhafte geschichtete Motorölwannen aus Verbundstoff und Verfahren zum Formen der Ölwannen im Detail. Verschiedene andere Konfigurationen sind innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung möglich. Insbesondere können die Befestigungslöcher und Ablasslöcher in der ersten und zweiten Wanne durch verschiedene Mittel gebildet werden, wie etwa Entfernen von Material, nachdem die Motorölwanne aus Verbundstoff geformt wurde. Ebenso könnten die Führungsstifte durch andere Methoden von Bolzenöffnungen in der zweiten Wanne ersetzt werden, wie etwa Bohren nach dem Formen des zweiten Umfangsflansches. Die Kompressions- und Ablasseinsätze können zu verschiedenen Zeiten während der Herstellung installiert werden. Es können auch andere Formtechniken verwendet werden, wie etwa Vakuumbeutel- oder Vakuuminfusionstechniken. Das erstere Verfahren verwendet einen Vakuumbeutel, um überschüssiges Harz während des Formens abzuziehen. Das letztere Verfahren erzeugt in der Form ein Vakuum, während die Materialien trocken sind, wonach eine optimale Menge Harz unter Vakuumdruck infundiert wird. Beide Verfahren können das Harz gleichmäßig verteilen und das Faser-Harz-Verhältnis der Struktur verbessern, um ein stärkeres, leichteres Produkt bereitzustellen.
Aspekte der offenbarten Beispiele stellen Verbesserungen der Ölrückhaltung mit geeigneter Festigkeit und Leistung für Arbeitsfahrzeugumgebungen mit hoher Beanspruchung bereit. Das Verfahren zum Formen der Motorölwanne aus Verbundstoff ist für kleine Serien und kostengünstige Materialien vorteilhaft und erfordert keine eigene Montagelinie oder wesentliche Werkzeugvorbereitung. Das Verfahren kann leicht an verschiedene nicht-strukturelle Fahrzeuganwendungen angepasst werden, indem die Form einfach neu gestaltet wird.
Außerdem werden die folgenden Beispiele bereitgestellt, die zur Vereinfachung der Bezugnahme nummeriert sind.

1. Ein Verfahren zum Formen einer Ölwanne aus Verbundstoff für einen Motor eines Arbeitsfahrzeugs. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Verfahren: Formen eines Blechs zu einer ersten Wanne, wobei die erste Wanne eine erste Bodenwand und erste Umfangswände aufweist, die sich von Kanten der ersten Bodenwand erstrecken, um eine Auffangwanne zum Aufnehmen von Motoröl zu definieren, wobei die ersten Umfangswände in einem ersten Umfangsflansch enden, der sich nach außen erstreckt; und offenes Formen eines faserverstärkten Polymerharzes auf die erste Wanne, um eine zweite Wanne zu bilden, die eine zweite, an die erste Bodenwand anstoßende Bodenwand und zweite Umfangswände aufweist, die sich von Kanten der zweiten Bodenwand und an die ersten Umfangswände anstoßend erstrecken, wobei die zweiten Umfangswände in einem zweiten Umfangsflansch anliegend an dem ersten Umfangsflansch enden; wobei die erste Wanne eine dünnwandige Metallstruktur mit einer Innenfläche definiert, die sich über die erste Bodenwand, die ersten Umfangswände und den ersten Umfangsflansch erstreckt, und wobei die zweite Wanne die erste Wanne verstärkt, ohne an der Innenfläche anzuliegen.
2. Das Verfahren nach Beispiel 1, wobei das faserverstärkte Polymerharz oleophil ist.
3. Das Verfahren nach Beispiel 1, wobei der Schritt des offenen Formens ein Handauflageprozess ist, der folgende Schritte umfasst: Aufbringen eines flüssigen Polymerharzes auf die erste Wanne; Platzieren einer Verstärkungsfaser auf dem flüssigen Polymerharz; und Pressen sowohl des flüssigen Polymerharzes als auch der Verstärkungsfaser gegen eine Außenfläche der ersten Wanne.
4. Das Verfahren nach Beispiel 1, wobei der Schritt des offenen Formens ein Sprühauflageprozess ist, der die folgenden Schritte beinhaltet: Sprühen eines fluiden Polymerharzes auf die erste Wanne unter Verwendung einer Sprühpistole; Sprühen einer Verstärkungsfaser auf das fluide Polymerharz unter Verwendung der Sprühpistole; und Pressen sowohl des fluiden Polymerharzes als auch der Verstärkungsfaser gegen eine Außenfläche der ersten Wanne.
5. Das Verfahren nach Beispiel 1, wobei die zweite Wanne um einen Faktor von drei oder mehr dicker als die erste Wanne ist.
6. Das Verfahren nach Beispiel 1, wobei die dünnwandige Metallstruktur der ersten Wanne eine Außenfläche aufweist, die der Innenfläche gegenüberliegt, wobei die zweite Wanne an der Außenfläche anliegt.
7. Das Verfahren nach Beispiel 1, wobei die Innenfläche der ersten Wanne eine angrenzende Ölwanne mit einer Ablassöffnung in der ersten Bodenwand definiert.
8. Das Verfahren nach Beispiel 1, ferner umfassend: Hinzufügen einer Vielzahl von Öffnungen zu dem ersten und dem zweiten Umfangsflansch nach dem Formschritt.
9. Das Verfahren nach Beispiel 8, ferner umfassend: Installieren eines Kompressionsbegrenzers nach dem Hinzufügeschritt in einer oder mehreren Öffnung/en in dem ersten und zweiten Umfangsflansch, wobei sich der Kompressionsbegrenzer sowohl durch den ersten als auch durch den zweiten Umfangsflansch erstreckt.
10. Das Verfahren nach Beispiel 9, wobei der Kompressionsbegrenzer ein Flanschring mit einer relativ größeren Druckfestigkeit als das faserverstärkte Polymerharz ist.
11. Das Verfahren nach Beispiel 8, wobei die erste Wanne ferner eine Vielzahl von Rippen in den ersten Umfangswänden der ersten Wanne umfasst, wobei die Vielzahl von Rippen in einer alternierenden Anordnung mit der Vielzahl von Öffnungen bereitgestellt ist.
12. Das Verfahren nach Beispiel 1, wobei der Schritt des Formens des Blechs das Bilden eines Außenrandes an einem distalen Ende des ersten Umfangsflansches beinhaltet, wobei sich der Außenrand nach unten in Richtung der ersten Bodenwand der ersten Wanne erstreckt.
13. Das Verfahren nach Beispiel 1, wobei die zweite Wanne direkt auf einer Außenfläche der ersten Wanne ohne eine dazwischenliegende Struktur oder ein dazwischenliegendes Bindemittel geformt wird, sodass der Schritt des offenen Formens die zweite Wanne mit der ersten Wanne verbindet.
14. Das Verfahren nach Beispiel 1, wobei der Formungsschritt das Pressen des Blechs gegen eine Form beinhaltet; wobei das Verfahren ferner das Entfernen der Motorölwanne aus Verbundstoff aus der Form nach dem offenen Formungsschritt umfasst.
15. In weiteren Ausführungsformen wird eine Motorölwanne aus Verbundstoff bereitgestellt. Die Motorölwanne aus Verbundstoff beinhaltet eine erste Wanne, die aus einem Blech mit einer ersten Bodenwand und einer ersten Vielzahl von Umfangswänden gebildet wird, die sich im Allgemeinen von der ersten Bodenwand nach oben erstrecken, wobei die erste Vielzahl von Umfangswänden eine erste Vorderwand, eine erste Rückwand und erste Seitenwände beinhaltet, wobei die erste Vielzahl von Umfangswänden in einem ersten Umfangsflansch endet, der sich von einer Oberseite der ersten Vorderwand, der ersten Rückwand und/oder der ersten Seitenwände nach außen erstreckt, wobei die erste Wanne Folgendes beinhaltet: eine Ölwanne zum Aufnehmen von Öl, die durch eine Innenfläche, die sich angrenzend entlang der ersten Bodenwand und der ersten Vielzahl von Umfangswänden erstreckt, und eine Außenfläche gegenüber der Innenfläche definiert ist; und eine zweite Wanne, die aus einem faserverstärkten Polymerharz geformt ist, mit einer zweiten Bodenwand und einer zweiten Vielzahl von Umfangswänden, die sich allgemein von der zweiten Bodenwand nach oben erstrecken, wobei die zweite Vielzahl von Umfangswänden eine zweite Vorderwand, eine zweite Rückwand und zweite Seitenwände beinhaltet, wobei die zweite Vielzahl von Umfangswänden in einem zweiten Umfangsflansch endet, der sich von einer Oberseite einer oder mehrerer der zweiten Vorderwände nach außen erstreckt, wobei die zweite Rückwand und die zweiten Seitenwände aneinanderstoßen und mit der Außenfläche der ersten Wanne verbunden sind; wobei die zweite Wanne montiert ist, um zumindest teilweise die Außenfläche der ersten Wanne abzudecken; und wobei die zweite Wanne dicker als die erste Wanne ist, um die erste Wanne strukturell zu verstärken, ohne an die Innenfläche der ersten Wanne anzustoßen.

Die vorstehend erörterten Beispiele führen zu einer Vielzahl von Vorteilen der offenbarten geschichteten Motorölwanne aus Verbundstoff und einem Verfahren zum Formen der Motorölwanne aus Verbundstoff. Beispielsweise ist die Motorölwanne aus Verbundstoff ausreichend stabil für die extremen Bedingungen und langen Laufzeiten von schweren Arbeitsfahrzeugen bei relativ kostengünstiger Fertigung. Ferner können aufgrund der angrenzenden Anordnung der ersten Wanne oleophile Materialien für die zweite Wanne aus FRP verwendet werden.
Die hierin verwendete Terminologie dient ausschließlich der Beschreibung bestimmter exemplarischer Ausführungsformen und soll in keiner Weise einschränkend sein. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein/eine“ und „der/die/das“ auch die Pluralformen beinhalten, sofern der Kontext dies nicht klar ausschließt. Es versteht sich ferner, dass die Begriffe „umfasst“ und/oder „umfassend“ bei einer Verwendung in dieser Patentschrift das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, Ganzzahlen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder Komponenten angeben, jedoch nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung eines bzw. einer oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen.
Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung wurde zur Veranschaulichung und Beschreibung vorgelegt, soll aber nicht vollständig oder auf die Offenbarung in der offenbarten Form beschränkt sein. Viele Modifikationen und Variationen sind für Fachleute offensichtlich, ohne vom Umfang und Sinn der Offenbarung abzuweichen. Die hierin ausdrücklich genannten Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Offenbarung und ihre praktische Anwendung am besten zu erklären und es anderen Durchschnittsfachleuten auf diesem Gebiet ermöglichen, die Offenbarung zu verstehen und viele Alternativen, Änderungen und Abweichungen von den beschriebenen Beispielen zu erkennen. Dementsprechend liegen verschiedene Ausführungsformen und Implementierungen als die explizit beschriebenen im Geltungsbereich der folgenden Ansprüche.

Claims

Verfahren zum Formen einer Ölwanne aus Verbundstoff (20) für einen Motor (16) eines Arbeitsfahrzeugs, umfassend: Formen eines Blechs (98) zu einer ersten Wanne (30), wobei die erste Wanne (30) eine erste Bodenwand (32) und erste Umfangswände (34) aufweist, die sich von Kanten der ersten Bodenwand (32) erstrecken, um eine Auffangwanne (52) zum Aufnehmen von Motoröl zu definieren, wobei die ersten Umfangswände (34) in einem ersten Umfangsflansch (42) enden, der sich nach außen erstreckt; und offenes Formen eines faserverstärkten Polymerharzes (104) auf die erste Wanne (30), um eine zweite Wanne (60) zu bilden mit einer zweiten Bodenwand (62), die an die erste Bodenwand (32) anstößt und zweite Umfangswände (64) aufweist, die sich von Kanten der zweiten Bodenwand (62) und an die ersten Umfangswände (34) anstoßend erstrecken, wobei die zweiten Umfangswände (64) in einem zweiten Umfangsflansch (72) an den ersten Umfangsflansch (42) anstoßend enden; wobei die erste Wanne (30) eine dünnwandige Metallstruktur mit einer Innenfläche (44) definiert, die sich über die erste Bodenwand (32), die ersten Umfangswände (34) und den ersten Umfangsflansch (42) erstreckt, und wobei die zweite Wanne (60) die erste Wanne verstärkt, ohne an der Innenfläche (44) anzuliegen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das faserverstärkte Polymerharz (104) oleophil ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des offenen Formens ein Handauflageprozess ist, der die folgenden Schritte beinhaltet: Auftragen eines fluiden Polymerharzes (104) auf die erste Wanne (30); Platzieren einer Verstärkungsfaser (104) auf dem flüssigen Polymerharz (104); und Pressen sowohl des flüssigen Polymerharzes als auch der Verstärkungsfaser (104) gegen eine Außenfläche (46) der ersten Wanne (30).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des offenen Formens ein Sprühauflageprozess ist, der die folgenden Schritte beinhaltet: Sprühen eines flüssigen Polymerharzes (104) auf die erste Wanne mithilfe einer Sprühpistole; Sprühen einer Verstärkungsfaser (104) auf das flüssige Polymerharz (104) mithilfe der Sprühpistole; und Pressen sowohl des flüssigen Polymerharzes als auch der Verstärkungsfaser (104) gegen eine Außenfläche (46) der ersten Wanne (60).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite Wanne (60) um einen Faktor von drei oder mehr dicker als die erste Wanne (30) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die dünnwandige Metallstruktur der ersten Wanne (30) eine Außenfläche (46) gegenüber der Innenfläche (44) aufweist, wobei die zweite Wanne (60) an die Außenfläche (46) anstößt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Innenfläche (44) der ersten Wanne eine angrenzende Ölwanne (52) mit einer Ablassöffnung (50) in der ersten Bodenwand (32) definiert.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Hinzufügen einer Vielzahl von Öffnungen (82) zu dem ersten und zweiten Umfangsflansch (42, 72) nach dem Formschritt.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend: Installieren eines Kompressionsbegrenzers (84) in einer oder mehreren Öffnungen (82) in dem ersten und zweiten Umfangsflansch (42, 72) nach dem Hinzufügeschritt, wobei sich der Kompressionsbegrenzer (84) sowohl durch den ersten als auch durch zweiten Umfangsflansch (42, 72) erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Kompressionsbegrenzer (84) ein Flanschzylinder mit einer relativ größeren Druckfestigkeit als das faserverstärkte Polymerharz (104) ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die erste Wanne ferner eine Vielzahl von Rippen in den ersten Umfangswänden (34) der ersten Wanne (30) umfasst, wobei die Vielzahl von Rippen in einer alternierenden Anordnung mit der Vielzahl von Öffnungen (82) bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Formens des Blechs (98) das Formen eines Außenrandes (86) an einem distalen Ende des ersten Umfangsflansches (42) beinhaltet, wobei sich der Außenrand (86) nach unten in Richtung der ersten Bodenwand (32) der ersten Wanne (30) erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite Wanne (60) direkt auf einer Außenfläche (46) der ersten Wanne (30) ohne dazwischenliegende Struktur oder Bindemittel gebildet wird, so dass der Schritt des offenen Formens die zweite Wanne (60) mit der ersten Wanne (30) verbindet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Formungsschritt das Pressen des Blechs (98) gegen eine Form (100, 110) umfasst; wobei das Verfahren ferner das Entfernen der Ölwanne aus Verbundstoff (20) aus der Form (100, 110) nach dem offenen Formungsschritt umfasst.
Motorölwanne aus Verbundstoff, umfassend: eine erste Wanne (30), die von einem Blech (98) mit einer ersten Bodenwand (32) und einer ersten Vielzahl von Umfangswänden (34) gebildet wird, die sich allgemein von der ersten Bodenwand (32) nach oben erstrecken, wobei die erste Vielzahl von Umfangswänden (34) eine erste Vorderwand (36), eine erste Rückwand (38) und erste Seitenwände (40) umfasst, wobei die erste Vielzahl von Umfangswänden (34) in einem ersten Umfangsflansch (42) endet, der sich von einer Oberseite der ersten Vorderwand (36), der ersten Rückwand (38) und/oder der ersten Seitenwände (40) nach außen erstreckt, wobei die erste Wanne (30) Folgendes umfasst: eine Ölwanne (52) zum Aufnehmen von Öl, die durch eine Innenfläche (44) definiert ist, die sich angrenzend entlang der ersten Bodenwand (32) und der ersten Vielzahl von Umfangswänden (34) erstreckt, und eine Außenfläche (46) gegenüber der Innenfläche (44); und eine zweite Wanne (60) aus einem faserverstärkten Polymerharz (104) mit einer zweiten Bodenwand (62) und einer zweiten Vielzahl von Umfangswänden (64), die sich allgemein von der zweiten Bodenwand (62) nach oben erstrecken, wobei die zweite Vielzahl von Umfangswänden (64) eine zweite Vorderwand (66), eine zweite Rückwand (68) und zweite Seitenwände (70) umfasst, wobei die zweite Vielzahl von Umfangswänden (64) in einem zweiten Umfangsflansch (72) endet, der sich von einer Oberseite der zweiten Vorderwand (66), der zweiten Rückwand (68) und/oder der zweiten Seitenwände (70) nach außen erstreckt, wobei die zweite Wanne (60) an der Außenfläche (46) der ersten Wanne (30) anliegt und mit dieser verbunden ist; wobei die zweite Wanne (60) montiert ist, um zumindest teilweise die Außenfläche (46) der ersten Wanne (30) abzudecken; und wobei die zweite Wanne (60) dicker als die erste Wanne (30) ist, um die erste Wanne (30) strukturell zu verstärken, ohne an der Innenfläche (44) der ersten Wanne (30) anzuliegen.