DE10037856A1 - Ölbehälter und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Ölbehälter und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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Abstract
Es wird ein Ölbehälter vorgeschlagen, der zur Optimierung des Ölhaushaltes eines Verbrennungsmotors oder eines Getriebes, insbesondere eines Automatgetriebes, geeignet ist, dabei ein geringes Gewicht aufweist und derart herstellbar ist, daß Beeinträchtigungen der Zuverlässigkeit des Gesamtsystems praktisch ausgeschlossen sind, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung. Dazu soll der Ölbehälter derart ausgebildet sein, daß der Volumenstrom, der durch die wenigstens eine Einlauföffnung (8) in den Ölbehälter eintreten kann, stets größer ist als ein Volumenstrom, der durch die wenigstens eine Ablauföffnung (12) austreten kann, wobei der Ölbehälter mehrteilig unter Verwendung wenigstens von zwei Kunststoffgehäuseteilen (1, 2, 3) gebildet ist, von denen wenigstens zwei Kunststoffgehäuseteile untereinander durch Laserschweißen verbunden sind.
Description
Die Erfindung betrifft einen Ölbehälter für Motoren und Getriebe,
insbesondere Automatgetriebe für Kraftfahrzeuge.
Bei Kraftfahrzeugen ist es allgemein bekannt, den für die Schmierung und
Kühlung des Motors erforderlichen Ölkreislauf aus einem Ölsumpf zu
speisen, der sich in einer Ölwanne unter dem Motor befindet. Dabei wird
das Öl von einer Ölpumpe aus der Ölwanne gesaugt und mit Druck in ein
Ölkanalsystem des Motors eingespeist. Von den Schmier- und Spritzstellen
tropft und rinnt das Öl in die Ölwanne zurück. Die Oberfläche der
Ölwanne dient dabei zum Kühlen des Öls, bei erhöhtem Kühlungsbedarf wird
vorzugsweise in die Druckseite des Ölkreislaufs ein gesonderter Ölkühler
eingeschleift.
Das Umlaufvolumen des Ölkreislaufs sowie die zur ausreichenden Abkühlung
erforderliche Verweilzeit des Öls in der Ölwanne bestimmen dabei das
Ölvolumen.
Andererseits ist es erwünscht, das Ölvolumen so klein wie möglich zu
halten, damit das Öl nach einem Kaltstart möglichst schnell seine
Betriebstemperatur annimmt und die konstruktiv vorgesehenen Aufgaben
übernehmen kann. Weiterhin ist es zur Verbrauchsminderung erwünscht, das
Gewicht eines betriebsfähigen Motors, zu dem eben auch die Ölfüllung
gehört, möglichst gering zu halten. Anforderungen der Aerodynamik
erfordern zudem, die Motoren möglichst klein zu bauen, insbesondere
große Ölwannen zu vermeiden. Insbesondere bei großen Ölvolumina ist
ferner im Bereich der Ölwanne ein zusätzliches Bauvolumen vorzusehen, da
sich das Volumen des Ölvorrats durch die Aufheizung des Öls in Folge der
thermischen Ausdehnung erheblich vergrößert. Selbst bei maximaler
Betriebstemperatur darf dabei der Ölspiegel in der Ölwanne nicht soweit
ansteigen, daß die Gegengewichte der Kurbelwelle in den Ölvorrat
eintauchen. Ein solches Eintauchen würde zu einem Aufschäumen des Öls
führen und, wenn solcher Ölschaum von der Ölpumpe angesaugt wird, zu
einem Zusammenbrechen des Öldrucks und nachfolgend zu einem kapitalen
Motorschaden führen.
Zur Vermeidung dieser Probleme hat man insbesondere bei Hochleistungs
motoren in der Vergangenheit eine sog. Trockensumpfschmierung
vorgesehen, bei der lediglich eine sehr kleine Ölwanne unter dem Motor
vorgesehen ist, aus der zurück getropftes Öl durch eine Förderpumpe in
ein getrenntes Ölreservoir außerhalb des Motors gefördert wird. Die
notwendige Abkühlung des Öls sowie das Vorhalten einer ausreichend
großen Ölmenge sowie entsprechender Ausdehnungsraum bei Erwärmung des
Öls können in einem solchen getrennten Ölreservoir technisch einfach
vorgehalten werden. Ein solches Ölreservoir kann zugleich mit einem
Ölkühler kombiniert sein. Aus dem Ölreservoir wird das Öl durch eine
Druckpumpe in den Ölkreislauf des Motors eingespeist. Diese Lösung
erlaubt eine Minimierung des Bauvolumens des Motors sowie eine nahezu
optimale Auslegung des Ölkreislaufs. Nachteilig bei dieser Lösung ist
jedoch der zusätzliche Bauaufwand für ein getrenntes Ölreservoir, die
entsprechenden Leitungen und die zusätzliche Ölförderpumpe. Weiterhin
ist die Öldruckpumpe gesondert auszuführen und kann nicht, wie sonst bei
Fahrzeugen mit Naßsumpfschmierung, in den Kurbeltrieb integriert werden.
Dies führt im Ergebnis zu so erheblichen Mehrkosten, daß eine
Trockensumpfschmierung heute für in Großserie hergestellte Fahrzeuge
nicht mehr in Frage kommt.
Die vorgenannten Probleme, die sich bei Verbrennungsmotoren ergeben,
gelten sinngemäß auch für die nachgeschalteten Getriebe. Dabei ergeben
sich jedoch weitere Anforderungen zur Begrenzung des Ölvolumens, da die
Erwärmung des Öls auf Betriebstemperatur langsamer erfolgt, weil eine
innere Wärmequelle wie durch die Verbrennung beim Motor entfällt und
zudem noch stärkere Beschränkungen hinsichtlich des verfügbaren
Einbauraumes bestehen.
Dies gilt insbesondere bei Automatgetrieben, bei denen systembedingt ein
größerer Ölvorrat erforderlich ist. Dies liegt daran, daß bei einem
Automatgetriebe der Ölvorrat nicht lediglich zur Schmierung der Lager
und Zahnradpaarungen erforderlich ist, sondern das Öl zudem zur
hydrodynamischen Übertragung der Motorleistung auf das Getriebe über
einen hydrodynamischen Drehmomentwandler dient und zudem als Hydraulik
flüssigkeit für die Steuerung des Getriebes herangezogen wird. Dabei ist
insbesondere zu erwähnen der Einsatz als Hydraulikflüssigkeit zur
Herstellung der kraftschlüssigen Übertragung der Lamellen- und
Bandbremsen, über die die Gänge beim Automatgetriebe geschaltet werden.
Da üblicherweise bei einem vollautomatischen Getriebe insbesondere zum
Einsatz in Pkw oder geländegängigen Nutzfahrzeugen eine Schaltung unter
Last erfolgt, d. h., ohne Unterbrechung des Kraftflusses, ist durch das
Getriebeöl zudem die Verlustwärme aufzunehmen und abzuführen, die durch
den Schlupf der Lamellen- und Bandbremsen durch die Drehzahldifferenz
beim Schalten entsteht. Aus diesem Grund werden für solche
Automatgetriebe spezielle Öle verwendet, sog. ATF-Öle (Automatic
Transmission Fluid).
Zu den Eigenschaften solcher ATF-Öle gehört allerdings auch eine
verhältnismäßig große Wärmeausdehnung und eine extreme Neigung zur
Schaumbildung. In Zusammenhang mit den vorstehend beschriebenen
Betriebsbedingungen ergibt sich nicht nur die Notwendigkeit eines
besonders großen Betriebstemperaturbereiches für das ATF-Öl, sondern in
Verbindung mit der relativ hohen Wärmeausdehnung die Notwendigkeit
zusätzlichen Bauraumes. Dabei ist die Ölwannengestaltung so vorzunehmen,
daß unter keinen Betriebsumständen der ATF-Pegel so weit steigt, daß die
Zahnräder des Getriebes in den Ölvorrat eintauchen. Die laufenden
Zahnräder würden dabei in kürzester Zeit zu einem so starken Aufschäumen
des ATF-Öls führen, daß eine Funktion des Getriebes nicht mehr
gewährleistet wäre und schwere Getriebeschäden zu erwarten sind.
Große Ölvolumina in Ölwannen bringen allerdings den Nachteil mit sich,
daß Betriebsstörungen dadurch auftreten können, daß der Ölvorrat in der
Ölwanne durch Fahrzeugbewegungen hin- und herschwappt und möglicherweise
der Saugstutzen der Ölpumpe kurzzeitig aus dem Ölvorrat austauchen kann,
was zu einem Zusammenbruch des Öldrucks mit entsprechenden Schäden
führt. Hiergegen ist es aus dem Bereich des Einsatzes von Verbrennungs
motoren in Booten und Schiffen bekannt, die Ölwanne so auszugestalten,
daß Trennwände gebildet werden, die den Ölwannenraum in mehrere Bereiche
unterteilen, wobei die Bereiche in Strömungsverbindung zueinander
stehen. Die Trennwände verhindern, daß durch Wellenbildung oder
periodische Bewegungen des Antriebs eine so starke Ölverlagerung
auftritt, daß die Ölpumpe freiliegt. Nachteilig bei einer solchen Lösung
ist jedoch der sehr hohe Aufwand für die Herstellung der Ölwannen, der
für einen Massenmarkt wie Pkws nicht zu einem konkurrenzfähigen
Preisniveau führen kann. Weiterhin führen solche Zwischenwandungen bei
den im allgemeinen sehr flach ausgeführten Getriebeölwannen nicht zu
wesentlicher Verbesserung.
Aus EP 0 995 535 A2 und aus DE 198 60 357 A1 ist ein Laserschweiß
verfahren für Automatikgetriebe-Ölfilter bekannt, bei dem zwei
Filterhalbschalen aus Kunststoff für Automatikgetriebe-Ölfilter
aufeinandergelegt werden und über ihren gemeinsamen Rand durch
Laserlicht verschweißt werden, wobei eine Filterhalbschale aus
laserlichtdurchlässigem Kunststoff und die andere Filterhalbschale aus
laserlichtundurchlässigem Kunststoff besteht. Dabei wird der Laserstrahl
durch die laserlichtdurchlässige Filterhalbschale entlang der
Berührungsstelle mit der anderen Filterhalbschale geführt. Durch die
Lichtabsorption des laserlichtundurchlässigen Kunststoffmaterials
erfolgt ein Miteinanderverschmelzen der beiden Filterhalbschalen im
Schweißbereich. Dazu wird die Verwendung eines Neodym-YAG-Impulslaser
vorgeschlagen.
Weiterhin ist beschrieben, daß die Filterhalbschalen aus einem gleichen
Kunststoff bestehen sollen.
In DE 195 10 493 A1 ist beschrieben, daß aus DE-OS 36 21 030 bekannt
ist, Kunststoffolien durch Einwirkung von Laserstrahlen miteinander zu
verschweißen. Dazu werden die Kunststoffolien plan aufeinander gelegt.
Nachfolgend wird ein fokussierter Laserstrahl auf die Folien gerichtet,
wodurch die Folien in dem bestrahlten Bereich derart erwärmt werden, daß
sie in einen schmelzflüssigen Zustand gelangen und miteinander
verschmelzen.
Aus EP 0 159 169 A2 soll ein Verfahren zum Verschweißen von Platten aus
Kunststoff mittels Laserstrahlen bekannt sein. Dabei soll der
Laserstrahl durch eine erste Platte dringen, die aus einem Kunststoff
ohne Additive bestehen soll, so daß die Platte für den Laserstrahl
weitgehend transparent ist. Diese befindet sich auf einer zweiten
Platte, die mit einem Additiv versehen ist, so daß der Laserstrahl im
Kunststoff absorbiert wird. Der Laserstrahl wird durch die erste Platte
auf die zweite Platte gerichtet, so daß die einander angrenzenden
Kontaktflächen der beiden Platten aufschmelzen und sich bei der
anschließenden Abkühlung miteinander verbinden sollen.
DE 195 10 493 A1 beschreibt hierzu als nachteilig, daß die erste Platte
kein Additiv enthalten darf und in einem ungefärbten milchig-weißen
Zustand vorliegt, während die zweite Platte in einem schwarzen Farbstoff
eingefärbt sein kann. Die sich daraus ergebende Ungleichmäßigkeit eines
auf diese Art und Weise hergestellten Bauteils wird als derartig
nachteilig beschrieben, daß ein solches Verfahren nicht in Frage komme.
Dazu wird in DE 195 10 493 A1 ein Verfahren zur Herstellung von
Schaltergehäusen vorgeschlagen, bei dem eine Einfärbung der beiden
Kunststoffteile dahingehend erfolgen soll, daß ein erstes Werkstückteil
eine Transmission im Bereich von lediglich etwa 60% aufweisen soll, um
eine möglichst gleichmäßige farbliche Erscheinung eines Schaltergehäuse
bauteils zu erhalten.
In DE 198 60 357 A1 ist beschrieben, daß es bekannt ist, Filter zum
Einbau in Automatikgetriebe dadurch herzustellen, daß Gehäusehalbschalen
durch Reibschweißverfahren miteinander verbunden werden, z. B.
verschiedene Vibrationsreibschweißverfahren oder Ultraschall
verschweißung. Als nachteilig ist dabei bekannt, daß bei diesen Reib
schweißverfahren aufgrund der Relativbewegung zwischen den Fügepartnern
ein Abrieb entsteht, der als Verschmutzung an den fertigen Werkstücken
anhaftet. Die entsprechende Betriebe und Automobilhersteller haben daher
zahlreiche Verfahren und Vorschriften erarbeitet, nach denen
solchermaßen hergestellte Bauteile während und nach der Herstellung
gereinigt werden müssen, um die Restverschmutzung auf ein statistisch
tolerierbares Maß zu begrenzen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Ölbehälter der
eingangs erwähnten Art bereitzustellen, der zur Optimierung des
Ölhaushaltes eines Verbrennungsmotors oder eines Getriebes, insbesondere
eines Automatgetriebes, geeignet ist, dabei ein geringes Gewicht
aufweist und derart herstellbar ist, daß Beeinträchtigungen der
Zuverlässigkeit des Gesamtsystems praktisch ausgeschlossen sind.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Ölbehälter der
eingangs erwähnten Art zur selbsttätigen Aufnahme und Abgabe eines
Ölvolumens mit einem Speicherraum zur Aufnahme eines Ölvolumens,
wenigstens einer Einlauföffnung und wenigstens einer Ablauföffnung,
wobei die wenigstens eine Einlauföffnung und die wenigstens eine
Ablauföffnung derart ausgebildet sind, daß der Volumenstrom, der durch
die wenigstens eine Einlauföffnung in den Ölbehälter eintreten kann,
stets größer ist als der Volumenstrom, der durch die wenigstens eine
Ablauföffnung austreten kann, wobei der Ölbehälter mehrteilig unter
Verwendung von wenigstens zwei Kunststoffgehäuseteilen gebildet ist, von
denen wenigstens zwei Kunststoffgehäuseteile untereinander durch
Laserschweißen verbunden sind.
Durch einen erfindungsgemäßen Ölbehälter ist es möglich, trotz der
eingangs geschilderten Problematik, insbesondere bei Automatgetrieben,
ein kleines Bauvolumen, insbesondere eine kleine Ölwanne, zu erhalten,
bei so geringen Material- und Herstellungskosten, daß die Kosten für
einen erfindungsgemäßen Ölbehälter annähernd durch die Ersparnisse
aufgrund des kleineren Getriebegehäuses und der kleineren Ölwanne
kompensiert werden.
Dies ist möglich durch die Ausbildung aus Kunststoffgehäuseteilen, die
z. B. im Spritzgußverfahren äußerst preisgünstig auch in komplexer
Geometrie herstellbar sind, so daß der erfindungsgemäße Ölbehälter an
irgendeiner Stelle im Getriebegehäuse untergebracht werden kann, wo
z. B. neben Getriebewellen ein gewisser Bauraum vorhanden ist.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung von Einlauföffnung und
Ablauföffnung kann z. B. ATF-Öl bei Überschreiten einer bestimmten
Öltemperatur oder durch Herabtropfen von Schmierstellen in den
erfindungsgemäßen Ölbehälter gelangen, wobei durch die Ausbildung im
Ergebnis sichergestellt ist, daß der Behälter stets gefüllt ist und
somit die Ölwanne um das Behältervolumen entlastet wird. Durch die
Ablauföffnung ist sichergestellt, daß sich der Behälter langsam wieder
entleert, z. B. bei Stillstand des Getriebes, so daß bei Inbetriebnahme
das gesamte Ölvolumen für die Ölpumpen zur Verfügung steht.
Durch die mehrteilige Aufteilung ist die Erzielung hochkomplexer
Geometrien möglich, die eine Anordnung des Ölbehälters auch in
verwinkelten Gehäuseecken ermöglicht. Durch die erfindungsgemäße
Laserverschweißung kann ein solcher Behälter besonders kostengünstig und
betriebssicher hergestellt werden, da durch die Laserverschweißung eine
nahezu perfekte Abdichtung zwischen den Gehäuseteilen sichergestellt
werden kann, was zum Erhalt des auslegungsgemäßen Speichervolumens
zweckmäßig ist. Weiterhin wird durch die Laserverschweißung das
Entstehen von Abrieb bei der Herstellung verhindert, kostenaufwendige
Reinigungsmaßnahmen, die insbesondere bei komplexen Geometrien stets
eine Restverschmutzung bedingen, sowie die damit verbundene
Qualitätssicherung können von vornherein entfallen.
Dadurch, daß während der Verarbeitung keine Abriebpartikel entstehen,
die insbesondere bei Verwendung der meisten wirtschaftlich interessanten
Kunststoffsorten zudem aufgrund elektrostatischer Anziehung stark an den
Kunststoffteilen anhaften und somit durch Reinigungsbemühungen nicht
vollständig entfernt werden können, ist auch sichergestellt, daß solcher
Abrieb nicht während des Betriebs durch den Ölstrom in die empfindliche
elektrohydraulische Steuerung des Automatgetriebes gelangen und dort auf
die Dauer Funktionsstörungen hervorrufen. Weiterhin ist auch
sichergestellt, daß solcher Abrieb nicht über den Ölkreislauf zu den
Lamellen- oder Bandkupplungen eines Automatgetriebes gelangen und dort
zu einer Herabsetzung der Reibwerte führen kann.
Bei Versuchen hat sich herausgestellt, daß es besonders zweckmäßig ist,
wenn wenigstens eines der Kunststoffgehäuseteile aus einem
unpigmentierten glasfaserverstärkten Polyamid hergestellt ist.
Einerseits ist dadurch eine besonders günstige Voraussetzung für das
Laserverschweißen gegeben, da ein solches Gehäusebauteil nur einen
geringfügigen Teil des Laserlichtes absorbiert, so daß die Energie des
Laserstrahls an der vorgesehenen Schweißnaht weitgehend zur Verfügung
steht. Andererseits lassen sich so hinreichend maßhaltige und gegen ATF-
Öl sowie gegen Mineralöl und die möglicherweise in Motorenöl enthaltenen
Reste von Benzin oder Dieselkraftstoff beständige und maßhaltige
Ölbehälter herstellen.
Für eine besonders einfache und sichere Erstellung der Schweißnaht ist
es weiterhin besonders zweckmäßig, wenn wenigstens eines der
Kunststoffgehäuseteile aus einem insbesondere mit Ruß pigmentierten
glasfaserverstärkten Polyamid hergestellt ist. Durch die Pigmentierung
mit Ruß ist sichergestellt, daß der Laserstrahl in den Randbereichen
eines solchen Bauteils zu einem sehr hohen Grad absorbiert wird, so daß
durch entsprechende Energieaufnahme eine schnelle und sichere
Aufschmelzung des bestrahlten Bereiches sichergestellt ist.
Für eine hinreichende Beständigkeit des Ölbehälters auch bei erhöhter
Betriebstemperatur bei dennoch guter Transparenz gegenüber dem
Laserstrahl ist es zweckmäßig, wenn wenigstens eines der
Kunststoffgehäuseteile einen Glasfaseranteil von wenigstens etwa 10
Gew.-% aufweist. Dabei ist es für die Formbeständigkeit auch bei
erhöhten Temperaturen besonders zweckmäßig, wenn der Glasfaseranteil
eines weiteren Kunststoffgehäuseteils wenigstens etwa 20 Gew.-%,
vorzugsweise etwa 30 Gew.-% beträgt.
Für eine besonders sichere Ausbildung der Laserschweißnaht auch bei
komplizierten Gehäusekonturen hat sich als zweckmäßig herausgestellt,
wenn wenigstens zwei der Kunststoffgehäuseteile einen unterschiedlichen
Gehalt an Verstärkungsfasern aufweisen.
Für die Formbeständigkeit des Ölbehälters auch bei überhöhten
Öltemperaturen ist es vorteilhaft, wenn wenigstens eines der
Kunststoffgehäuseteile ferner einen Anteil an Mineralfüllung von
wenigstens etwa
15 Gew.-%, vorzugsweise etwa 20 Gew.-% aufweist.
Für den Einsatzbereich bei Automatgetrieben hat es sich als besonders
zweckmäßig herausgestellt, wenn das Aufnahmevolumen des Ölbehälters
wenigstens etwa 300 ml beträgt, vorzugsweise etwa 330 ml. Hierdurch ist
einerseits eine hinreichende Entlastung des Ölvolumens in der Ölwanne
gegeben, andererseits kann ein Ölbehälter solchen Volumens noch ohne
Vergrößerung des Getriebegehäuses integriert werden.
Eine Funktion als dynamischer Ölspeicher hat sich als besonders
zweckmäßig herausgestellt wenn der Ölbehälter so ausgebildet ist, daß
eine vollständige Füllung des Ölbehälters mit Wasser innerhalb einer
Zeit von etwa wenigstens 210 Sekunden, vorzugsweise nicht mehr als 240
Sekunden, insbesondere von etwa 220 bis 230 Sekunden aus dem Ölbehälter
in seiner Betriebslage austritt.
Für eine effiziente Füllung des Ölbehälters insbesondere durch Tropföl
von Schmierstellen ist es zweckmäßig, wenn die wenigstens eine
Einlauföffnung in der Betriebslage des Ölbehälters von einer
Auffangmulde umgeben ist.
Bei Versuchen an existierenden Automatgetrieben hat es sich als
besonders zweckmäßig herausgestellt, wenn die Auffangmulde wenigstens
etwa 1,6 mm tief ist, und in wenigstens zwei Richtungen von Rampen
begrenzt ist, deren obere Ränder etwa 4,3 mm über der Einlauföffnung
liegen, insbesondere wenn die Auffangmulde etwa 55 mm breit ist und/oder
die Auffangmulde wenigstens etwa 10% breiter ist als die zumindest eine
Einlauföffnung.
Für die Verwendung eines erfindungsgemäßen Ölbehälters in einem
Automatgetriebe hat es sich als besonders zweckmäßig herausgestellt,
wenn der Querschnitt der wenigstens einen Einlauföffnung zumindest
170 mm2 beträgt und/oder der Querschnitt der Ablauföffnung zusammen
nicht mehr als 3 mm2 betragen. Insgesamt haben Versuche ergeben, daß
besonders effizienter Einsatz erreicht werden kann, wenn das Verhältnis
der Querschnitte von Ablauföffnungen und Einlauföffnungen wenigstens
1 : 10 beträgt.
Um sicherzustellen, daß der erfindungsgemäße Ölbehälter erst gefüllt
wird, wenn eine Erhöhung des Ölvolumens aufgrund thermischer Ausdehnung
dies erfordert, ist es besonders zweckmäßig, wenn die Einlauföffnung
durch einen Bimetallverschluß abgedeckt ist, der die Einlauföffnung erst
bei Überschreiten einer vorbestimmten Temperatur freigibt.
Um sicherzustellen, daß der Bimetallverschluß entsprechend der
tatsächlich vorhandenen Öltemperatur reagiert, ist es besonders
zweckmäßig, wenn der Bimetallverschluß innerhalb der Auffangmulde
angeordnet ist.
In einer besonders kostengünstig herzustellenden Ausführungsform ist der
Ölbehälter mehrteilig unter Verwendung wenigstens von drei
Kunststoffgehäuseteilen gebildet, die untereinander durch Laserschweißen
verbunden sind, und von denen wenigstens zwei unpigmentiert oder
laserlichtdurchlässig eingefärbt sind.
Für die Herstellung eines erfindungsgemäßen Ölbehälters besonders
geeignet ist ein Verfahren zur Herstellung eines mehrteiligen
Ölbehälters unter Verwendung von wenigstens zwei
Kunststoffgehäuseteilen, wobei wenigstens ein Kunststoffgehäuseteil aus
einem unpigmentierten oder laserlichtdurchlässig eingefärbten
faserverstärkten Thermoplast, vorzugsweise durch Spritzgießen gebildet
ist, und wenigstens ein weiteres Kunststoffgehäuseteil aus einem mit Ruß
pigmentierten oder laserlichtundurchlässig eingefärbten faserverstärkten
Kunststoff vorzugsweise durch Spritzgießen gebildet ist, wobei die
wenigstens zwei Kunststoffgehäuseteile entlang ihrer Verbindungsfläche
mit Druck zusammengefügt und der Trennbereich der wenigstens zwei
Kunststoffgehäuseteile mit einem Laser bestrahlt werden, so daß der
Randbereich des mit Ruß pigmentierten oder laserlichtundurchlässig
eingefärbten Kunststoffgehäuseteils aufschmilzt und der Schmelze
ausreichend Energie zugeführt wird, daß durch den Kontakt mit der
Schmelze deren Bereich des unpigmentierten oder laserlichtdurchlässig
eingefärbten Kunststoffgehäuseteils aufgeschmolzen wird und die
aufgeschmolzenen Randbereiche sich zur Ausbildung einer fugenlosen
Schweißnaht verbinden.
Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in den beigefügten
Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Ölbehälters von schräg oben;
Fig. 2 eine weitere perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen
Ölbehälters, ebenfalls von schräg oben;
Fig. 3 eine weitere perspektivische Draufsicht auf den
erfindungsgemäßen Ölbehälter gemäß Fig. 1 und 2; und
Fig. 4 eine perspektivische Untersicht des erfindungsgemäßen
Ölbehälters gemäß den Fig. 1 bis 3.
Der erfindungsgemäße Ölbehälter, der in den Figuren dargestellt ist, ist
insbesondere für die Verwendung in einem Automatgetriebe für einen PKW
vorgesehen und dient der vorübergehenden Aufnahme eines Volumens von
ATF-Öl, wobei das Fassungsvermögen des Ölbehälters etwa 330 ml beträgt.
Der Ölbehälter ist mehrteilig aus Kunststoffgehäuseteilen gebildet,
nämlich einem Mittelteil 1, einem großen Gehäusedeckel 2 und einem
kleinen Gehäusedeckel 3. Bei dem beschriebenen Beispiel sind die
Gehäusedeckel 2 und 3 durch Spritzgießen aus einem unpigmentierten
thermoplastischen Kunststoff gebildet, nämlich PA 6-GF mit einem
Glasfaseranteil von etwa 10 Gew.-%, vorzugsweise mit einer zusätzlichen
Mineralfüllung von 20 Gew.-%. Die Deckel 2 und 3 sind im wesentlichen
eben ausgebildet und weisen zweckmäßig eine nicht im einzelnen
dargestellte Nut auf, die sich entlang des Randes befindet und zur
Aufnahme der Gehäusekanten des Mittelteils 1 angepaßt ist.
Der große Gehäusedeckel 2 weist zusätzlich noch einen außerhalb der
umlaufenden Nut angeordneten überstehenden Abschnitt 4 auf, der eine in
dem Mittelteil 1 gebildete Mulde 5 des fertigen Ölbehälters abschließt.
Das Mittelteil 1 ist ebenfalls vorzugsweise durch Spritzgießen aus einem
faserverstärkten thermoplastischen Kunststoff gebildet, vorzugsweise
einem PA 66-GF mit einem Glasfaseranteil von 20, vorzugsweise 30 Gew.-%.
Selbstverständlich können auch andere geeignete Faserverstärkungen für
die Kunststoffgehäuseteile eingesetzt werden.
Weiterhin ist das Material, aus dem das Mittelteil 1 gebildet ist,
zusätzlich mit einer Mineralfüllung von etwa 20 Gew.-% versehen. Das
Mittelteil 1 ist zweckmäßigerweise laserlichtundurchlässig pigmentiert,
z. B. durch Ruß.
An dem Mittelteil 1 ist zweckmäßig ein oder zwei Befestigungsflansche 6
angespritzt, an denen der Ölbehälter beispielsweise in einem
Automatgetriebe befestigt werden kann. Erfolgt dies beispielsweise durch
Schrauben, und werden mit diesen Schrauben weitere Bauteile des
Getriebes gehalten, kann es zweckmäßig sein, in die Befestigungsflansche
6 metallene Buchsen 7 mit einzuspritzen, um ein unzulässiges Setzen der
Schraubverbindung durch die Relaxation des Kunststoffmaterials zu
vermeiden.
Der beschriebene Ölbehälter wird dadurch hergestellt, daß die beiden
Deckel 2 und 3 auf den Rand des Mittelteils 1 aufgesetzt werden und ein
gewisser Anpreßdruck aufgebracht wird, um einen sicheren Kontakt der
Deckel 2 und 3 mit dem Mittelteil 1 sicherzustellen. Nachfolgend wird
durch die unpigmentierten Deckel 2 und 3 mittels eines Laserstrahls der
Randbereich des Mittelteils 1 erhitzt und aufgeschmolzen und der
Schmelze so viel Energie zugeführt, daß durch den Kontakt der Deckel mit
der Schmelze die Deckel im Bereich der Nut ebenfalls aufgeschmolzen
werden, und die aufgeschmolzenen Randbereiche von Deckel 2 und 3 und
Mittelteil 1 sich zur Ausbildung einer fugenlosen Schweißnaht verbinden.
Die Schweißnaht ist mit äußerst geringen Ausschußquoten dicht gegenüber
Flüssigkeiten, und bei dem Schweißvorgang entsteht kein Abtrieb oder
Schweißaustrieb, der als Verunreinigung des Ölbehälters durch Reinigen
beseitigt werden müßte. Dies ist insbesondere ein großer Vorteil
dadurch, daß der Ölbehälter im wesentlichen geschlossen ist und bei
Verwendung eines anderen Schweißverfahrens nur mit großem Aufwand und
erheblichen Rückständen von Abrieb zu reinigen wäre.
Durch das erfindungsgemäße Schweißverfahren kann auch eine komplizierte
Kontur des Gehäuses einfach und sicher und ohne die Notwendigkeit einer
Nachbehandlung verschweißt werden, wobei das Verfahren nicht auf die
Herstellung einer ebenen Schweißnaht beschränkt ist, wie das bei dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel aus anderen Gründen vorgenommen wurde.
Der so hergestellte Ölbehälter ist gegen die üblicherweise verwendeten
Mineralöle sowie möglicherweise in Motorenöl als Rückstände vorhandenes
Benzin oder Dieselkraftstoff beständig. Aufgrund des hohen
Glasfaseranteils des Mittelteils 1 und der zusätzlichen Mineralfüllung
weist der erfindungsgemäße Ölbehälter auch eine große Formbeständigkeit
bei erhöhten Temperaturen auf.
Der in den Figuren dargestellte beispielsweise Ölbehälter soll in einem
Automatgetriebe während des Betriebs einen Teil des Ölvolumens
aufnehmen, um ein Ansteigen des Ölspiegels in der Ölwanne durch
thermische Ausdehnung soweit zu vermeiden, daß Zahnräder des Getriebes
nicht in den Ölsumpf eintauchen und zu einer unerwünschten und die
Betriebssicherheit gefährdenden Schaumbildung führt. Dazu kann der
Ölbehälter an beliebiger Stelle im Getriebe angeordnet werden,
vorzugsweise oberhalb des Ölspiegels des Ölsumpfes und unter Ausnutzung
von vorhandenen Bauraumecken.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn der Ölbehälter im Abtropfbereich von
Schmierstellen oder dem Rücklauf des vorzugsweise thermostatisch
zugeschalteten Ölkühlers liegt. Dazu tritt das ATF-Öl durch eine als
Schlitz 8 ausgebildete Einlauföffnung in den Behälter ein, wobei
natürlich auch mehrere Einlauföffnungen vorgesehen werden können. Als
zweckmäßiger Querschnitt für den Schlitz 8 hat sich eine Fläche von
wenigstens 170 mm2 bewährt, um ein ausreichend zügiges Füllen des
Behälters sicherzustellen und andererseits zu vermeiden, daß ein Teil
des in dem Behälter befindlichen Ölvolumens durch die Bewegungen des
Kraftfahrzeuges aus dem Behälter herausspritzt oder -schwappt. Um eine
ausreichend zügige Füllung des Ölbehälters sicherzustellen, ist um den
Schlitz 8 herum eine Auffangmulde 5 vorgesehen, die nach Art eines
Trichters das auf die Oberseite 9 des Ölbehälters auftreffende Öl
sammeln kann. Dabei ist die Auffangmulde 5 durch zwei zu dem Schlitz 8
hin geneigte Rampen 10 gebildet und zu den Seiten durch einen
Befestigungsflansch 6 sowie den überstehenden Abschnitt 4 des großen
Gehäusedeckels 2 abgeschlossen. Als geeignete Dimensionierungen hatten
sich dabei herausgestellt, daß die Auffangmulde 5 zweckmäßig etwa 10%
breiter ist als der Schlitz 8, z. B. etwa 55 mm. Auch bei Überstehen der
Rampen 10 über den Schlitz 8 um etwa 4,3 mm hat es sich als ausreichend
erwiesen, wenn die Mulde im Bereich des Schlitzes etwa 1,6 mm tief ist.
Um die Funktion als dynamischen Zwischenspeicher zutreffend zu erfüllen
ist es zweckmäßig, wenn eine auf der Unterseite 11 des Ölbehälters
angeordnete Ablauföffnung 12 einen Querschnitt aufweist, der nicht mehr
als ein Zehntel des Querschnittes der Einlauföffnung beträgt, zweckmäßig
nicht mehr als 3 mm2. Je nach Einbaulage des Ölbehälters kann die
Ablauföffnung 12 auch durch mehrere Ablauföffnungen gesetzt sein.
Bei Experimenten hat es sich als besonders zweckmäßig herausgestellt,
wenn die Dimensionierung so erfolgt, daß eine vollständige Füllung des
Ölbehälters mit Wasser innerhalb von etwa wenigstens 210 Sekunden,
vorzugsweise nicht mehr als 240 Sekunden, insbesondere von etwa 220 bis
230 Sekunden, beispielsweise etwa 226 Sekunden, aus dem Ölbehälter
austritt, wenn sich dieser in seiner Betriebslage befindet.
Je nach Anwendungsbereich des Ölbehälters, der in der Regel zur Aufnahme
eines Überschußvolumens durch thermische Ausdehnung des Öls dienen soll,
kann es je nach Anordnung des Ölbehälters im Getriebe auch zweckmäßig
sein, beispielsweise einen in den Zeichnungen nicht dargestellten
Bimetallverschluß an der Einlauföffnung vorzusehen, der sicherstellt,
daß die Einlauföffnung erst ab einer bestimmten Öltemperatur durch
entsprechende Verbiegung des Bimetallstreifens freigegeben wird, damit
erst dann Volumen in den Ölbehälter einläuft. Dazu wäre ein solcher
Bimetallverschluß zweckmäßig innerhalb der Auffangmulde angeordnet, die
insbesondere für eine solche Anwendung zweckmäßig etwas tiefer
ausgestaltet wird, so daß der Bimetallverschluß stets von
herabtropfendem oder vorbeiströmendem Öl benetzt wird und entsprechend
der tatsächlichen Öltemperatur die Einlauföffnung freigibt.
Wird der Motor oder das Getriebe, in das ein erfindungsgemäßer
Ölbehälter eingebaut ist, abgeschaltet, tritt das in dem Behälter
befindliche Ölvolumen durch die Ablauföffnung 12 langsam aus und gelangt
zurück in die Ölwanne, so daß nach Abkühlung des Aggregats und
entsprechender Volumenverminderung ein ausreichend hoher Ölstand in der
Ölwanne vorhanden ist, damit bei Inbetriebsetzung des Aggregats ein
ausreichend tiefes Eintauchen des Ansaugstutzens einer oder mehrerer
Ölpumpen, und damit ein rascher Aufbau des erforderlichen Öldrucks,
gewährleistet ist.
Claims (21)
1. Ölbehälter zur selbsttätigen Aufnahme und Abgabe eines Ölvolumens
mit einem Speicherraum zur Aufnahme eines Ölvolumens, wenigstens
einer Einlauföffnung (8) und wenigstens einer Ablauföffnung (12),
wobei die wenigstens eine Einlauföffnung (8) und die wenigstens
eine Ablauföffnung (12) derart ausgebildet sind, daß der
Volumenstrom, der durch die wenigstens eine Einlauföffnung (8) in
den Ölbehälter eintreten kann, stets größer ist als der
Volumenstrom, der durch die wenigstens eine Ablauföffnung (12)
austreten kann, wobei der Ölbehälter mehrteilig unter Verwendung
wenigstens von zwei Kunststoffgehäuseteilen (1, 2, 3) gebildet
ist, von denen wenigstens zwei Kunststoffgehäuseteile
untereinander durch Laserschweißen verbunden sind.
2. Ölbehälter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
wenigstens eines der Kunststoffgehäuseteile (1, 2, 3) aus einem
unpigmentierten glasfaserverstärkten Polyamid hergestellt ist.
3. Ölbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
wenigstens eines der Kunststoffgehäuseteile (1, 2, 3) aus einem
insbesondere mit Ruß pigmentierten glasfaserverstärkten Polyamid
hergestellt ist.
4. Ölbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
wenigstens eines der Kunststoffgehäuseteile (1, 2, 3) einen
Glasfaseranteil von wenigstens etwa 10 Gew.-% aufweist.
5. Ölbehälter nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Glasfaseranteil eines weiteren Kunststoffgehäuseteils (1, 2,
3) wenigstens etwa 20 Gew.-%, vorzugsweise etwa 30 Gew.-%,
beträgt.
6. Ölbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
wenigstens zwei der Kunststoffgehäuseteile (1, 2, 3) einen
unterschiedlichen Gehalt an Verstärkungsfasern aufweisen.
7. Ölbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
wenigstens eines der Kunststoffgehäuseteile (1, 2, 3) ferner einen
Anteil an Mineralfüllung von wenigstens etwa 15 Gew.-%,
vorzugsweise etwa 20 Gew.-%, aufweist.
8. Ölbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Aufnahmevolumen wenigstens etwa 300 ml beträgt.
9. Ölbehälter nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Aufnahmevolumen wenigstens etwa 330 ml beträgt.
10. Ölbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
eine vollständige Füllung des Ölbehälters mit Wasser innerhalb
einer Zeit von etwa wenigstens 210 Sekunden, vorzugsweise nicht
mehr als 240 Sekunden, insbesondere von etwa 220 bis 230 Sekunden,
aus dem Ölbehälter in seiner Betriebslage austritt.
11. Ölbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die wenigstens eine Einlauföffnung (8) in der Betriebslage des
Ölbehälters von einer Auffangmulde (5) umgeben ist.
12. Ölbehälter nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Auffangmulde (5) wenigstens etwa 1,6 mm tief ist und in
wenigstens zwei Richtungen von Rampen (10) begrenzt ist, deren
obere Ränder etwa 4, 3 mm über der Einlauföffnung (8) liegen.
13. Ölbehälter nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Auffangmulde (5) wenigstens etwa 55 mm breit ist.
14. Ölbehälter nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Auffangmulde (5) wenigstens etwa 10% breiter ist, als die
zumindest eine Einlauföffnung (8).
15. Ölbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die der Querschnitt der wenigstens einen Einlauföffnung (8)
zumindest 170 mm2 beträgt.
16. Ölbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Querschnitt der Ablauföffnungen (12) zusammen nicht mehr als
3 mm2 betragen.
17. Ölbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Verhältnis der Querschnitte von Ablauföffnungen (12) und
Einlauföffnungen (8) wenigstens 1 : 10 beträgt.
18. Ölbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die wenigstens eine Einlauföffnung (8) durch einen
Bimetallverschluß abgedeckt ist, der die Einlauföffnung (8) bei
Überschreiten einer vorbestimmten Temperatur freigibt.
19. Ölbehälter nach Anspruch 11 und 18,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Bimetallverschluß innerhalb der Auffangmulde (5) angeordnet
ist.
20. Ölbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Ölbehälter mehrteilig unter Verwendung wenigstens von drei
Kunststoffgehäuseteilen (1, 2, 3) gebildet ist, die untereinander
durch Laserschweißen verbunden sind, und von denen wenigstens zwei
unpigmentiert oder laserlichtdurchlässig eingefärbt sind.
21. Verfahren zur Herstellung eines mehrteiligen Ölbehälters unter
Verwendung von wenigstens zwei Kunststoffgehäuseteilen, wobei
wenigstens ein Kunststoffgehäuseteil aus einem unpigmentierten
oder laserlichtdurchlässig eingefärbten faserverstärkten
Thermoplast, vorzugsweise durch Spritzgießen, gebildet ist, und
wenigstens ein weiteres Kunststoffgehäuseteil aus einem mit Ruß
pigmentierten oder laserlichtundurchlässig eingefärbten
faserverstärkten Kunststoff, vorzugsweise durch Spritzgießen,
gebildet ist, wobei die wenigstens zwei Kunststoffgehäuseteile
entlang ihrer Verbindungsfläche mit Druck zusammengefügt und der
Trennbereich der wenigstens zwei Kunststoffgehäuseteile mit einem
Laser bestrahlt werden, so daß der Randbereich des mit Ruß
pigmentierten oder laserlichtundurchlässig eingefärbten
Kunststoffgehäuseteils aufschmilzt und der Schmelze ausreichend
Energie zugeführt wird, daß durch den Kontakt mit der Schmelze
deren Bereich des unpigmentierten oder laserlichtdurchlässig
eingefärbten Kunststoffgehäuseteils aufgeschmolzen wird und die
aufgeschmolzenen Randbereiche sich zur Ausbildung einer fugenlosen
Schweißnaht verbinden.
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