-
TECHNISCHES GEBIET
-
Das technische Gebiet dieser Offenbarung betrifft allgemein ein Verfahren zum Herstellen eines schwingungsgedämpften, nicht eisenhaltigen Leichtmetalllegierungsteils, das einen Hohlraum und einen Polymereinsatz zur Schwingungsdämpfung aufweist, der in dem Hohlraum angeordnet ist. Das schwingungsgedämpfte Leichtmetalllegierungsteil ist vorzugsweise ein Gehäuse, eine Halterung oder ein beliebiges anderes Teil, das in einem Fahrzeugchassis enthalten ist und zu einer Schwingungsausbreitung und zu einer Geräuschübertragung neigt.
-
HINTERGRUND
-
Das Chassis eines Fahrzeugs weist einen Strukturrahmen und einen Antriebsstrang auf, der durch den Rahmen getragen wird. Der Antriebsstrang umfasst eine Vielzahl von Komponenten, die Leistung erzeugen und übertragen, um einem Bediener zu ermöglichen, das Fahrzeug zu fahren. Einige der Komponenten, die den Antriebsstrang bilden, umfassen beispielsweise eine Brennkraftmaschine, ein Getriebe, ein Differential und zusätzlich in dem Fall eines Hybridelektrofahrzeugs einen Gleichrichter/Wechselrichter und einen Elektromotor. Viele dieser Komponenten umfassen Teile wie beispielsweise Gehäuse oder Abdeckungen, die heute aus Leichtmetalllegierungen anstelle von schwereren Stahllegierungen hergestellt werden, um die Gewichtsverringerung und die Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs zu fördern. Die speziellen Leichtmetalllegierungen, die derzeit verwendet werden, sind Aluminiumlegierungen und Magnesiumlegierungen.
-
Der normale Betrieb des Fahrzeugs verwendet viele verschiedene mechanische Bewegungen und Wechselwirkungen in dem Fahrzeugchassis, um Fahr- und Lenkfähigkeiten zu schaffen. Kupplungen und Zahnräder werden routinemäßig eingerückt und ausgerückt, die Hubbewegung von Kolben in Zylindern des Kraftmaschinenblocks wird beschleunigt und verlangsamt, und Kurbelwellen, Nockenwellen und Achsen werden mit unterschiedlichen Drehzahlen gedreht, um lediglich einige der mechanischen Bewegungen und Wechselwirkungen zu nennen, die sich regelmäßig während der Verwendung des Fahrzeugs ereignen. Jedes dieser mechanischen Ereignisse kann die Ausstrahlung von Schwingungen durch das Fahrzeugchassis bewirken oder verschlimmern. Diese Schwingungen können manchmal gefühlt und dann, wenn sie in einen speziellen Frequenzbereich fallen, von dem Bediener des Fahrzeugs und auch von beliebigen anderen Insassen gehört werden, die in dem Fahrgastraum anwesend sein können.
-
Ähnliche Schwingungs- und Geräuschprobleme wurden an anderen Orten eines Fahrzeugs identifiziert – am häufigsten im Bremssystem. Ein Ansatz, der in Betracht gezogen wurde, um die Auswirkungen von durch das Bremsen ausgelösten Schwingungen abzumildern, ist es, einen metallischen oder keramischen Einsatz in einem Bremsrotor aus Gusseisen anzuordnen, wo intensive Reibungswechselwirkungen mit selektiv betätigten Bremsbelägen erfahren werden. Der metallische oder keramische Einsatz wird in einem Backenabschnitt des Bremsrotors angeordnet, so dass ein relativer Grenzflächen-Reibungskontakt zwischen einer Außenfläche des Einsatzes und einer Innenfläche des Backenabschnitts während des Bremsens auftreten kann. Diese relative Bewegung wandelt mechanische Schwingungsenergie mittels der Reibung in thermische Energie um, um die Unterdrückung der Schwingungsausbreitung und der Geräuscherzeugung zu unterstützen. Der Bremsrotor aus Gusseisen und der metallische oder keramische Einsatz sind speziell konstruiert, um der konstanten Reibungsspannung, die durch die Bremsbeläge in der Nähe ausgeübt wird, und den relativ hohen Oberflächentemperaturen, die oft erzeugt werden, standzuhalten. Dieser Typ der selektiven Reibungsspannung und schnellen Wärmeerzeugung wird jedoch nicht durch die nicht eisenhaltigen Leichtmetalllegierungsteile erfahren, die in dem Antriebsstrang und in dem tragenden Rahmen des Fahrzeugs vorhanden sind.
-
Was benötigt wird, ist ein einfaches und dennoch effektives Herstellungsverfahren zum Einfügen eines Einsatzes zur Schwingungsdämpfung in beliebige der nicht eisenhaltigen Leichtmetalllegierungsteile, die in einem Fahrzeugchassis installiert sind. Die Rolle des Einsatzes zur Schwingungsdämpfung ist es, das tatsächliche und/oder wahrgenommene Unbehagen abzumildern, das mit den Schwingungen und dem Geräusch verbunden ist, die von dem Chassis während des Fahrzeugbetriebs ausgehen. Es ist möglicherweise ein weiterer Bereich von Herstellungsmöglichkeiten und weniger strengen Materialbeschränkungen für den Einsatz zur Schwingungsdämpfung im Vergleich zu den Schwingungsdämpfungsmaßnahmen verfügbar, die einem Scheibenbremsen-Rotorbremssystem zugeordnet sind.
-
Aus der
DE 11 2009 000 948 T5 ist ein Verfahren zum Herstellen eines schwingungsgedämpften, nicht eisenhaltigen Leichtmetalllegierungsteils bekannt, das dann, wenn es in einem Chassis eines Fahrzeugs installiert ist, während des Betriebs des Fahrzeugs zu einer Schwingungsausbreitung und einer Geräuschübertragung neigt. Ein Hohlraum wird in einem ausgewählten Dämpfungsbereich des Leichtmetalllegierungsteils gebildet, wobei der Hohlraum durch eine Innenfläche begrenzt ist, die entweder durch eine innen freiliegende Volumenoberfläche des Leichtmetalllegierungsteils oder durch eine Beschichtung geschaffen wird, welche die innen freiliegende Volumenoberfläche überlagert. Ein Polymereinsatz wird in den Hohlraum eingefügt, wobei der Polymereinsatz derart bemessen und geformt ist, dass eine Außenfläche des Polymereinsatzes eine relative Reibungs-Berührungsbewegung mit der Innenfläche des Hohlraums erfahren kann, wenn Schwingungen in dem ausgewählten Dämpfungsbereich auf das Leichtmetalllegierungsteil übertragen werden, wobei die Außenfläche des Polymereinsatzes einen Abschnitt, der an der Innenfläche des Hohlraums anliegt, und einen Abschnitt umfasst, der von der Innenfläche durch eine Lücke getrennt ist.
-
In der
WO 2010/008715 A2 ist ein ähnliches Verfahren beschrieben, bei dem jedoch ein Einsatz zur Schwingungsdämpfung innerhalb eines Körperabschnitts vollständig in eine Graphit- oder Keramikschicht eingebettet ist.
-
Ferner beschreibt die
DE 11 2006 002 538 T5 ebenfalls ein Verfahren zum Herstellen eines schwingungsgedämpften Leichtmetalllegierungsteils, bei dem jedoch Stahl- oder Aluminiumeinsätze zur Schwingungsdämpfung in einer Komponente eines Antriebsgehäuses verwendet werden.
-
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen eines schwingungsgedämpften, nicht eisenhaltigen Leichtmetalllegierungsteils zu schaffen, bei dem die Schwingungsdämpfung durch Auswahl und Ausgestaltung der verwendeten Materialien flexibel beeinflussbar ist.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 6.
-
Das Chassis eines mit Benzinkraftstoff versorgten Fahrzeugs, eines mit Dieselkraftstoff versorgten Fahrzeugs, eines Hybrid-Benzin-Elektrofahrzeugs oder eines vollelektrischen Fahrzeugs umfasst einen Strukturrahmen, der einen Antriebsstrang trägt. Der Antriebsstrang umfasst einen Satz von Komponenten, die gemeinsam eine Leistung erzeugen und übertragen, damit das Fahrzeug wie beabsichtigt gefahren werden kann. Einige der Komponenten, die einen Teil des Antriebsstrangs bilden, umfassen eine Brennkraftmaschine, ein Handschaltgetriebe oder ein Automatikgetriebe, ein Verteilergetriebe, ein Differential, einen Gleichrichter/Wechselrichter und einen Elektromotor. Jede dieser Komponenten kann aus einem oder mehreren nicht eisenhaltigen Leichtmetalllegierungsteilen konstruiert sein oder durch diese getragen werden. Eine nicht abschließende Liste der Teile, die am wahrscheinlichsten aus solchen Leichtmetalllegierungen gebildet werden, umfasst die Gehäuse, die das Innenleben der Komponenten umschließen, und die Halterungen, welche die Komponenten in dem Rahmen tragen. Die nicht eisenhaltigen Leichtmetalllegierungen, die derzeit durch die Automobilindustrie als ein Ersatz für Stahl verwendet werden, sind Aluminiumlegierungen und in einem geringeren Umfang Magnesiumlegierungen.
-
Ein Verfahren zum Herstellen eines schwingungsgedämpften, nicht eisenhaltigen Leichtmetalllegierungsteils umfasst, dass ein Polymereinsatz in einen Hohlraum eingefügt wird, der in dem Teil gebildet wird. Der Hohlraum wird in der Struktur des Leichtmetalllegierungsteils in einem ausgewählten Dämpfungsbereich gebildet, entweder während das Teil hergestellt wird oder zu einer späteren Zeit nach der Herstellung. Der ausgewählte Dämpfungsbereich ist ein vordefinierter Abschnitt des Leichtmetalllegierungsteils, in dem Schwingungen entstehen, in dem Schwingungen durch den Polymereinsatz optimal gedämpft werden können und/oder in den der Polymereinsatz am leichtesten eingefügt werden kann. Was den ausgewählten Dämpfungsbereich genau festlegt, kann durch Erfahrung oder durch die Interpretation relevanter empirischer Daten, experimenteller Daten und/oder durch eine Computermodellierung ermittelt werden. Das Vorhandensein des Polymereinsatzes in dem Hohlraum dämpft die Schwingungsausbreitung in dem ausgewählten Dämpfungsbereich, indem eine relative Reibungs-Berührungsbewegung zwischen dem Polymereinsatz und dem Leichtmetalllegierungsteil an einer Grenzfläche in dem Hohlraum bewirkt wird.
-
Die Größe und die Form des Hohlraums kann variiert werden, solange die strukturelle Integrität und/oder die Funktionalität des Leichtmetalllegierungsteils nicht beeinträchtigt wird. Der Hohlraum kann beispielsweise ein einfacher, im Wesentlichen einheitlicher Schlitz ohne irgendwelche Biegungen oder ohne irgendeine Krümmung sein, oder er kann alternativ eine komplexe geometrische Form annehmen, welche die Kontur des Leichtmetalllegierungsteils in dem ausgewählten Dämpfungsbereich nachahmt. Der Hohlraum ist durch eine Innenfläche in der Volumenstruktur des Teils begrenzt. Eine innen freiliegende Volumenoberfläche des Leichtmetalllegierungsteils oder eine nicht benetzbare Beschichtung, die über eine solche Oberfläche aufgetragen wird, kann die Innenfläche bilden. Die nicht benetzbare Beschichtung kann aufgetragen werden, um mögliche Verbindungs- oder Anhaftungswechselwirkungen mit dem Polymereinsatz zu verringern und/oder um das Einfügen des Einsatzes in den Hohlraum zu unterstützen, wie nachstehend weiter erläutert wird. Eine typische Formulierung der nicht benetzbaren Beschichtung sind Graphitpartikel oder Keramikpartikel oder beides, die in einem Bindemittel verteilt sind und durch dieses zusammengehalten werden.
-
Verschiedene unterschiedliche Techniken können verwendet werden, um den Hohlraum in dem ausgewählten Dämpfungsbereich zu bilden. Gemäß einer Ausführungsform kann der Hohlraum integral gebildet werden, während das Leichtmetalllegierungsteil hergestellt wird. Ein Prozess wie beispielsweise der Sandguss oder die Sintertechnik kann leicht maßgeschneidert werden, um das Leichtmetalllegierungsteil zusammen mit dem Hohlraum in einer nahezu beliebigen gewünschten Größe und Form herzustellen. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der Hohlraum in dem Leichtmetalllegierungsteil gebildet werden, nachdem das Teil hergestellt wurde. Verschiedene unterschiedliche Prozesse können verwendet werden, um den Hohlraum auf diese Weise zu gestalten, und sie umfassen die Funkenerosion, das Laserschneiden, das Wasserstrahlschneiden, das Fräsen, das Anschneiden, das chemische Ätzen oder eine beliebige andere geeignete Technik. Die Entscheidung darüber, ob der Hohlraum während oder nach der Herstellung des Leichtmetalllegierungsteils gebildet werden soll, ist üblicherweise eine Frage der Herstellungsmöglichkeiten, der Produktionswirtschaftlichkeit und der Herstellungslogistik. Die nicht benetzbare Beschichtung wird aufgetragen, wenn sie verwendet wird, bevor der Polymereinsatz in den Hohlraum eingefügt wird.
-
Der Polymereinsatz sitzt derart in dem Hohlraum, dass eine relative Reibungs-Berührungsbewegung zwischen einer Außenfläche des Polymereinsatzes und der Innenfläche des Hohlraums auftritt, wenn Schwingungen oder Oszillationskräfte auf den ausgewählten Dämpfungsbereich übertragen werden. Ein Abschnitt der Außenfläche des Polymereinsatzes liegt an der Innenfläche des Hohlraums an, und ein anderer Abschnitt ist von der Innenfläche durch eine kleine Lücke getrennt. Der Abschnitt, der an der Innenfläche anliegt, ist für die Umwandlung von mechanischer Schwingungsenergie in thermische Energie mittels des Grenzflächen-Reibungseingriffs mit der Innenfläche des Hohlraums verantwortlich. Der Abschnitt, der von der Innenfläche getrennt ist, versieht den Polymereinsatz mit einem Grad an Flexibilität und Raum für eine unabhängige, lokalisierte Bewegung. Dieser Typ der unabhängigen Bewegung ermöglicht, dass der Einsatz mechanischer Schwingungsenergie dissipiert, die durch den Abschnitt hindurch aufgenommen wird, der an der Innenfläche anliegt, und er trägt dementsprechend zu der gesamten Schwingungsdämpfungswirkung des Polymereinsatzes bei.
-
Der Polymereinsatz kann entweder aus einem thermoplastischen oder einem duroplastischen Polymer konstruiert sein, das schrumpft, wenn es durch Abkühlen und/oder Aushärten aus einem flüssigen Zustand verfestigt wird. Einige bevorzugte thermoplastische Polymere, die solch eine Schrumpfungsfähigkeit zeigen, umfassen ein aliphatisches Polyamid, wie beispielsweise Polyhexamethyladipamid (Nylon 6,6) oder Polycaprolactam (Nylon 6), ein aromatisches Polyamid, wie beispielsweise das Reaktionsprodukt von p-Phenylendiamin und Terephthaloylchlorid, ein Polycarbonat, wie beispielsweise das Reaktionsprodukt von Bisphenol A und Phosgen, ein Polyacryl, wie beispielsweise Poly(methylmethacrylat), ein Polyolefin, wie beispielsweise Polypropylen oder Polyethylen, und einen Polyester, wie beispielsweise Polyethylenterephthalat oder Polybutylentherephthalat. Einige bevorzugte duroplastische Polymere, welche die notwendige Schrumpfungsfähigkeit zeigen, umfassen ein Epoxydharz, wie beispielsweise das Reaktionsprodukt aus Bisphenol A und Epichlorhydrin, ein Phenol, wie beispielsweise das Reaktionsprodukt von Phenol und Formaldehyd, und einen Polyester, wie beispielsweise das Reaktionsprodukt von Ethylenglykol und Maleinsäure. Der nicht ausgehärtete duroplastische Polymer kann ausgehärtet werden, indem er zum Fördern der Polymerisation und der Vernetzung aufgeheizt wird, indem er UV-Licht bei Vorhandensein eines Fotoinitiators ausgesetzt wird, durch eine chemische Reaktion (d. h. durch Mischen eines Polyamin-Härtungsmittels mit dem Epoxydharz) oder durch Bestrahlung.
-
Der Polymereinsatz kann auf verschiedene Weisen in den Hohlraum eingefügt werden, was von der Größe und der geometrischen Komplexität des Hohlraums abhängt. Eine Möglichkeit umfasst, dass der Polymereinsatz separat geformt wird und dass der Einsatz anschließend in den Hohlraum gleitet oder in diesen manövriert wird. Diese Technik funktioniert am besten, wenn der Hohlraum leicht zugänglich ist und wenn an diesem komplexe Kurven, Biegungen oder Querschnittsprofile fehlen. Die erfindungsgemäße Möglichkeit zum Einfügen des Einsatzes umfasst, dass flüssiges Polymermaterial, das aus dem gewünschten thermoplastischen oder nicht ausgehärteten duroplastischen Polymer besteht, in den Hohlraum eingespritzt wird und dass das flüssige Polymermaterial anschließend zu dem Polymereinsatz verfestigt und geschrumpft wird. Diese Technik ist am nützlichsten, wenn der Hohlraum eine geometrische Form verkörpert, durch die das Voranschreiten des vorgeformten Polymereinsatzes nicht praktisch oder sogar nicht realisierbar ist (obwohl diese Technik ebenso für einen Hohlraum mit einer sehr einfachen Form verwendet werden kann). Die optionale nicht benetzbare Beschichtung kann in dem Hohlraum vor der Injektion des flüssigen Polymermaterials aufgetragen werden, wenn Probleme damit entstehen, dass das sich verfestigende flüssige Polymermaterial möglicherweise an der blanken, innen freiliegenden Volumenoberfläche des Leichtmetalllegierungsteils anhaftet oder sich mit dieser verbindet. Nachdem der Polymereinsatz eingefügt ist, kann der Hohlraum nicht abgedeckt belassen oder abgedichtet werden. Der Hohlraum kann mit einem entsprechenden Verbindungsstück aus der Leichtmetalllegierung abgedichtet werden, beispielsweise durch einen Schweiß- oder Lötvorgang, wenn eine Dichtung gewünscht ist.
-
Der Polymereinsatz weist aus einer Vielzahl von Gründen einen Füllstoff auf. Der Füllstoff wird verwendet, um die Steifigkeit oder das Formprofil des Polymereinsatzes zu steuern und um die Schrumpfungsrate des flüssigen Polymermaterials zu steuern, wenn dieses verfestigt. Mehr Füllstoff, der in dem Polymereinsatz enthalten ist, bewirkt im Allgemeinen eine Zunahme der Steifigkeit und eine langsamere Schrumpfungsrate und eine geringere Gesamtschrumpfung des flüssigen Polymermaterials. Eine Schrumpfungsrate, die von ungefähr 50 mm/m (Millimeter der Schrumpfung pro linearem Meter) bis ungefähr 2 mm/m reicht, kann für das sich verfestigende flüssige Polymermaterial erreicht werden, was von der Menge, der Zusammensetzung und der strukturellen Form des Füllstoffs abhängt. Wie viel von dem Füllstoff genau durch den Polymereinsatz aufgenommen wird, hängt von vielen Faktoren ab. In den meisten Fällen enthält der Polymereinsatz jedoch einen beliebigen Anteil von ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 50 Gew.-% des Füllstoffs.
-
Die Füllstoffe können gleichmäßig oder lokal in dem Polymereinsatz aufgenommen werden, und sie können durch Partikel mit sphärischer Form, planarer Form oder Faserform und auch durch ein Faserblatt verkörpert werden, das aus einer unidirektionalen Faser oder aus einem bidirektional gewebten Gefüge besteht. Ein beliebiges einzelnes Material oder eine Kombination von Materialien, die relativ wärmebeständig und korrosionsbeständig sind, können als Füllstoff verwendet werden. Einige Beispiele von üblichen und weithin anwendbaren Füllstoffmaterialien sind Kalziumcarbonat, Siliziumdioxid, Glas, Talk, Tonerde, Nanotonerde, natürlicher oder synthetischer Kohlenstoff, aromatische Polyamide (d. h. Kevlar) und Wollastonit. Die verschiedenen Füllstoffmaterialien und ihre unterschiedlichen strukturellen Formen, die den gesamten Füllstoff oder einen Teil des Füllstoffs bilden, weisen unterschiedliche physikalische Eigenschaften auf; dadurch können sie die Schrumpfungsrichtung des sich verfestigenden flüssigen Polymers in dem Hohlraum zusätzlich zur Verlangsamung der Schrumpfungsrate beeinflussen. Der Unterschied in den Aspektverhältnissen (Verhältnis der langen Abmessung gegenüber der kurzen Abmessung) der Partikel-Füllstoffmaterialien beeinflusst beispielsweise, ob das flüssige Polymermaterial während der Verfestigung isotrop (im Allgemeinen bei sphärischen Partikeln) oder anisotrop (bei planaren Partikeln, bei Fasern) schrumpft. Die Faserblatt-Füllstoffmaterialien können das Schrumpfungsverhalten des sich verfestigenden flüssigen Polymermaterials ebenso auf ähnliche Weise zusätzlich dazu beeinflussen, dass sie das grobe Formprofil für den Polymereinsatz festlegen.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform des schwingungsgedämpften Leichtmetalllegierungsteils ist ein Getriebegehäuse, das einen Abschnitt einer Eingangswelle, einen Abschnitt einer Ausgangswelle und einen Getriebezug umschließt, der entweder manuell oder automatisch betrieben wird, um eine Drehzahl und ein Drehmoment von der Eingangswelle selektiv auf die Ausgangswelle zu übertragen. Viele andere mechanische Elemente können ebenso in dem schwingungsgedämpften Getriebegehäuse zusammen mit dem Getriebezug umschlossen sein, einschließlich von Kupplungsscheiben, Synchronisationseinrichtungen, eines Schwungrads, eines Drehmomentwandlers und von Lagern, um lediglich einige Beispiele zu nennen. Es sollte angemerkt werden, dass Fachleute die allgemeine Funktion eines Getriebes, die vielen Möglichkeiten der Getriebekonstruktion, die derzeit verfügbar sind, die vielen speziellen mechanischen Elemente, die oft verwendet werden, um das mechanische Innenleben des Getriebes zu montieren, und die Art und Weise gut kennen, wie diese mechanischen Elemente miteinander Wechselwirken, um die gesamte Funktion des Getriebes effektiv zu unterstützen. Eine tiefer gehende Diskussion des komplexen und untereinander verbundenen mechanischen Innenlebens, das durch das Getriebegehäuse umschlossen wird, ist daher hier nicht notwendig.
-
Das schwingungsgedämpfte Getriebegehäuse umfasst eine tragende Wand, die entweder aus einer Aluminiumlegierung oder aus einer Magnesiumlegierung besteht. Die tragende Wand weist eine Innenfläche und eine Außenfläche auf. Ein Hohlraum, der die Kontur der tragenden Wand nachahmt, ist in einem ausgewählten Dämpfungsbereich zwischen der Innenfläche und der Außenfläche gebildet. In dem Hohlraum ist ein Polymereinsatz enthalten, der einen Füllstoff aufnimmt, um dazu beizutragen, dass eine gewünschte Größe, eine gewünschte Steifigkeit und ein gewünschtes Formprofil erreicht und aufrechterhalten werden. Ein Abschnitt oder mehrere Abschnitte einer Außenfläche des Polymereinsatzes liegen an der Innenfläche des Hohlraums an und können eine relative Reibungs-Berührungsbewegung an dieser Grenzfläche erfahren, wenn Schwingungen auf den ausgewählten Dämpfungsbereich des Getriebegehäuses übertragen werden. Die Innenfläche des Hohlraums wird vorzugsweise mit einer nicht benetzbaren Beschichtung versehen.
-
Das ständige Einrücken und Ausrücken der einzelnen kämmenden Zahnräder in dem Getriebezug und die anderen verschiedenen mechanischen Wechselwirkungen (d. h. diejenigen, denen das Schwungrad, die Kupplungsscheiben usw. ausgesetzt sind), die während des Getriebebetriebs auftreten, können bewirken, dass Schwingungen auf das schwingungsgedämpfte Getriebegehäuse übertragen werden. Die Schwingungen können auch von anderen Quellen in dem Fahrzeugantriebsstrang auf das schwingungsgedämpfte Getriebegehäuse übertragen werden. Das Vorhandensein des Polymereinsatzes in dem Hohlraum unterbricht jedoch die Ausbreitung dieser Schwingungen und dissipiert eine erhebliche Menge von deren mechanischer Energie in thermische Energie. Die relative Reibungs-Berührungsbewegung, die zwischen der Außenfläche des Polymereinsatzes und der Innenfläche des Hohlraums auftritt, wenn das Getriebegehäuse den Schwingungen ausgesetzt ist, ist hauptsächlich für die Umwandlung der mechanischen Schwingungsenergie in Wärme verantwortlich. Die unabhängige Bewegung des Abschnitts des Polymereinsatzes, der mit der Innenfläche des Hohlraums nicht in Kontakt steht, trägt auch zu der Dämpfungswirkung des Polymereinsatzes bei. Die gesamte Dämpfungswirkung, die durch das schwingungsgedämpfte Getriebegehäuse erreichbar ist, hat zur Folge, dass es viel weniger wahrscheinlich ist, dass der Fahrzeugbediener die Schwingungen fühlt oder ein Geräusch hört, das durch diese Schwingungen erzeugt wird.
-
Selbstverständlich können viele andere Komponenten, die in dem Fahrzeugchassis zusätzlich zu dem Getriebe vorhanden sind, auf ähnliche Weise ein schwingungsgedämpftes Leichtmetalllegierungsgehäuse aufweisen. Diese anderen Komponenten umfassen den Gleichrichter/Wechselrichter und/oder den Elektromotor. Andere Leichtmetalllegierungsteile, wie beispielsweise eine Halterung, können ebenso auf eine ähnliche Weise schwingungsgedämpft werden. Die Verwendung eines oder mehrerer schwingungsgedämpfter Leichtmetalllegierungsteile in dem Fahrzeugchassis trägt dazu bei, die Schwingungsausbreitung und die mögliche Geräuscherzeugung entlang des Antriebsstrangs für einen zusätzlichen Fahrkomfort im Fahrgastraum zu verringern.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist, als eine beispielhafte Ausführungsform eines Leichtmetalllegierungsteils, das in einem Fahrzeugchassis zu finden ist, eine Querschnittsansicht eines schwingungsgedämpften Getriebegehäuses, das einen Polymereinsatz aufweist, der in einen Hohlraum eingefügt wurde, der in einem ausgewählten Dämpfungsbereich in einer tragenden Wand des Gehäuses gebildet ist.
-
2 ist eine Draufsicht entlang der Längsachse des Getriebegehäuses, das in 1 dargestellt ist.
-
3 ist eine vergrößerte Ansicht des Hohlraums und des Polymereinsatzes, der in dem Hohlraum enthalten ist, wie sie durch den Kreis 3 in 2 identifiziert wird.
-
4 ist eine vergrößerte, idealisierte Ansicht des Hohlraums entlang der Linie 4 von 1, vor einer Injektion eines flüssigen Polymermaterials, das verfestigt wird und schrumpft, um zu dem Polymereinsatz zu werden, gemäß einer Ausführungsform des offenbarten Herstellungsverfahrens.
-
5 ist eine vergrößerte, idealisierte Ansicht des in 3 gezeigten Hohlraums nach der Injektion des flüssigen Polymermaterials, aber vor der Verfestigung und dem Schrumpfen.
-
6 ist eine vergrößerte, idealisierte Ansicht des in 3 gezeigten Hohlraums, nachdem das eingespritzte flüssige Polymermaterial verfestigt ist und zu dem Polymereinsatz geschrumpft ist.
-
7 ist eine Graphik, welche die Auswirkung von Schwingungen vergleicht, die beobachtet wird, nachdem eine Oszillationskraft auf einen massiven Aluminiumlegierungs-Probenblock und einen ähnlich bemessenen Aluminiumlegierungs-Probenblock ausgeübt wird, der einen Hohlraum mit einer Dicke von 1,0 mm aufweist, in dem sich ein Polymereinsatz befindet.
-
8 ist eine Graphik, welche die Auswirkung von Schwingungen vergleicht, die beobachtet wird, nachdem eine Oszillationskraft auf einen massiven Aluminiumlegierungs-Probenblock und einen ähnlich bemessenen Aluminiumlegierungs-Probenblock ausgeübt wird, der einen Hohlraum mit einer Dicke von 1,2 mm aufweist, in dem sich ein Polymereinsatz befindet.
-
9 ist eine Graphik, welche die Auswirkung von Schwingungen vergleicht, die beobachtet wird, nachdem eine Oszillationskraft auf einen massiven Aluminiumlegierungs-Probenblock und einen ähnlich bemessenen Aluminiumlegierungs-Probenblock ausgeübt wird, der einen Hohlraum mit einer Dicke von 1,5 mm aufweist, in dem sich ein Polymereinsatz befindet.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Ein schwingungsgedämpftes Getriebegehäuse 10 ist in 1–3 als eine beispielhafte Ausführungsform eines Leichtmetalllegierungsteils gezeigt, das in einem Chassis eines Fahrzeugs gefunden werden kann. Das schwingungsgedämpfte Getriebegehäuse 10 ist die umschließende Struktur eines Getriebes; es umschließt unter anderem einen Abschnitt einer Eingangswelle, einen Abschnitt einer Ausgangswelle und einen Getriebezug. Das Getriebe ist ein Teil eines Antriebsstrangs, der durch einen Strukturrahmen getragen wird. Die Gesamtfunktion des Getriebes ist es, eine Drehzahl und ein Drehmoment entweder als Handschaltgetriebe oder als Automatikgetriebe von den Leistungserzeugungskomponenten des Antriebsstrangs (der Kraftmaschine oder der Batterie) bei einem gewünschten Übersetzungsverhältnis, das mit einer ausgewählten Getriebeposition (Vorwärts, Neutral, Rückwärts) konsistent ist, auf die Antriebsräder zu übertragen. Das schwingungsgedämpfte Getriebegehäuse 10 schützt den Getriebezug und die anderen umschlossenen mechanischen Getriebeelemente vor Schmutz und liefert, wenn dies anwendbar ist, einen Behälter für ein schmierendes Getriebefluid.
-
Das schwingungsgedämpfte Getriebegehäuse 10 umfasst eine tragende Wand 12, die aus einer Leichtmetalllegierung besteht. Die tragende Wand 12 weist eine Innenfläche 14 und eine Außenfläche 16 auf. In der tragenden Wand 12 ist zwischen der Innenfläche 14 und der Außenfläche 16 in einem ausgewählten Dämpfungsbereich 18 ein Hohlraum 20 definiert. Der ausgewählte Dämpfungsbereich 18 kann ein beliebiger vordefinierter Abschnitt der tragenden Wand 12 sein, bei dem die relevante Erfahrung eines Fachmanns, empirische Daten und/oder experimentelle Daten darauf hindeuten, dass Schwingungen wahrscheinlich von diesen ausgehen oder ausgebreitet werden. Große, zugängliche Bereiche der tragenden Wand 12 ohne sehr verwickelte und komplexe geometrische Konturen sind die bevorzugtesten Orte für den Dämpfungsbereich 18. Diese Bereiche bieten mehr Raum für den Hohlraum 20, der gebildet werden soll, und ermöglichen einen größeren Konstruktionsspielraum bezüglich der Form des Hohlraums 20. Die Leichtmetalllegierung, aus der die tragende Wand 12 besteht, kann eine Aluminiumlegierung oder eine Magnesiumlegierung sein, wie beispielsweise die Aluminiumlegierung A360, A380, A383 und A413 oder die Magnesiumlegierung AZ91D, AZ81, AM60B, AM50A und AS41B.
-
Die Größe und die Form des Hohlraums 20 in dem ausgewählten Dämpfungsbereich 18 können variieren, solange die strukturelle Integrität und/oder die Funktionalität der tragenden Wand 12 nicht beeinträchtigt werden. Wie am besten in 3 gezeigt ist, kann der Hohlraum 20 beispielsweise die Kontur der benachbarten Innen- und Außenflächen 14, 16 der tragenden Wand 12 nachahmen. Die Dicke CT des Hohlraums 20 – wie sie in einer Richtung konsistent mit einer Dickenmessung der tragenden Wand 12 von der Innenfläche 14 zu der Außenfläche 16 gemessen wird – reicht vorzugsweise von ungefähr 0,3 mm bis ungefähr 5,0 mm bei einer gegebenen Dicke WT der tragenden Wand von ungefähr 5 mm bis ungefähr 20 mm. Die zwei anderen Abmessungen des Hohlraums 20 (Breite W und Tiefe D) sind weniger kritisch für die strukturelle und funktionale Integrität der tragenden Wand 12. Im Allgemeinen überspannen die Breite W und die Tiefe D des Hohlraums 20 jedoch jeweils vorzugsweise ungefähr 15 mm bis ungefähr 150 mm in ihrer jeweiligen Abmessung in der tragenden Wand 12.
-
Der Hohlraum 20 wird durch eine Innenfläche 22 begrenzt, die bei dieser speziellen Ausführungsform durch eine nicht benetzbare Beschichtung 24 geliefert wird, die über eine innen freiliegende Volumenoberfläche 26 der tragenden Wand 12 aufgetragen wird. Die nicht benetzbare Beschichtung 24 liefert eine Grenzfläche, die weniger zu Verbindungswechselwirkungen neigt als die innen freiliegende Volumenoberfläche 26, und sie unterstützt die Herstellung des reibungsgedämpften Getriebegehäuses 10, wie nachstehend weiter erläutert wird. Die nicht benetzbare Beschichtung 24 weist vorzugsweise Graphitpartikel, Keramikpartikel oder beides auf, die in einem Bindemittel verteilt sind. Eine typische Dicke der nicht benetzbaren Beschichtung 24 beträgt vorzugsweise nicht mehr als ungefähr 10% der Hohlraumdicke CT. Selbstverständlich muss die nicht benetzbare Beschichtung 24 jedoch nicht in dem Hohlraum 20 vorhanden sein. Die innen freiliegende Volumenoberfläche 26 der tragenden Wand 12 könnte die Innenfläche 22 des Hohlraums 20 liefern, ohne die Effizienz der Schwingungsdämpfung drastisch zu verringern.
-
Eine spezielle Zusammensetzung der nicht benetzbaren Beschichtung 24 kann Flocken-, Faser- und/oder Pulverpartikel aus natürlichem oder synthetischem Graphit umfassen, die in einem Epoxydharz oder in einem Phosphorsäure-Bindungsmittel verteilt sind. Die Graphitpartikel (Flocken, Fasern, Pulver) können mit ungefähr 30 Gew.-% bis ungefähr 95 Gew.-% basierend auf dem Gesamtgewicht der nicht benetzbaren Beschichtung 24 vorhanden sein. Eine andere spezielle Zusammensetzung der nicht benetzbaren Beschichtung 24 kann Keramikpartikel umfassen, wie beispielsweise solche aus Siliziumdioxid, Aluminiumoxid, Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, Bornitrid, Cordierit (Magnesium-Eisen-Aluminiumsilikat), Mullit (Aluminiumsilikat), Zirkonia (Zirkonoxid), Phyllosilikaten oder aus einem beliebigen anderen bekannten keramischen Material. Die Keramikpartikel können in einem Epoxydharz, einem Phosphorsäure-Bindungsmittel, einem Kalziumaluminatzement, in Holzmehl, in einer Tonerde oder in einem Lignosulfonat-Bindemittel verteilt sein, wie beispielsweise Kalzium-Lignosulfonat. Eine solche Beschichtungszusammensetzung ist bei Vesuvius Canada Refractories (Welland, Ontario) unter dem Markennamen IronKote kommerziell verfügbar. Die IronKote-Beschichtungszusammensetzung besteht aus Aluminiumoxidpartikeln (ungefähr 47,5%) und Silikatpartikeln (ungefähr 39,8%), die in einem Lignosulfonat-Bindemittel verteilt sind.
-
Der Polymereinsatz 28 sitzt in dem Hohlraum 20 und trägt zu einer Schwingungsdämpfungswirkung für das Getriebegehäuse 10 bei. Spezieller erfährt eine Außenfläche 30 des Polymereinsatzes 28 eine relative Reibungs-Berührungsbewegung mit der Innenfläche 22 des Hohlraums 20, wenn Schwingungen oder Oszillationskräfte durch die tragende Wand 12 in den ausgewählten Dämpfungsbereich 18 ausstrahlen. Diese Reibungswechselwirkungen wandeln mechanische Schwingungsenergie in dissipierende thermische Energie um, was wiederum die Ausbreitung der Schwingungen abschwächt oder im Wesentlichen unterdrückt. Die Außenfläche 30 des Polymereinsatzes 28 weist einen Abschnitt 32, der an der Innenfläche 22 des Hohlraums 20 anliegt, und einen Abschnitt 34 auf, der von der Innenfläche 22 durch eine kleine Lücke 36 getrennt ist. Der Abschnitt 32, der an der Innenfläche 22 anliegt, ist für die Umwandlung von mechanischer Schwingungsenergie in thermische Energie mittels des Reibungskontakts verantwortlich. Der Abschnitt 34, der von der Innenfläche 22 getrennt ist, versieht den Polymereinsatz 28 mit einem Grad an Flexibilität und Raum für eine unabhängige lokalisierte Bewegung, durch die ein Teil der mechanischen Schwingungsenergie absorbiert werden kann. Diese Abschnitte 32, 34 der Außenfläche 30 des Polymereinsatzes 28 können durch die geometrische Form des Hohlraums 20, durch die Technik, mit welcher der Polymereinsatz 28 in den Hohlraum 20 eingefügt wird, und durch die Zusammensetzung des Polymereinsatzes 28 geformt und hervorgehoben werden.
-
Der Polymereinsatz 28 kann entweder aus einem thermoplastischen Polymer oder aus einem duroplastischen Polymer konstruiert sein, der schrumpft, wenn er aus einem flüssigen Zustand verfestigt wird. Einige bevorzugte thermoplastische Polymere, die eine solche Schrumpfungsfähigkeit zeigen, umfassen ein aliphatisches Polyamid, wie beispielsweise Polyhexamethylenadipamid (Nylon 6,6) oder Polycaprolactam (Nylon 6), ein Polycarbonat, wie beispielsweise das Reaktionsprodukt von Bisphenol A und Phosgen, ein aromatisches Polyamid, wie beispielsweise das Reaktionsprodukt von p-Phenylendiamin und Terephthaloylchlorid, ein Polyacryl, wie beispielsweise Poly(methylmethacrylat), ein Polyolefin, wie beispielsweise Polypropylen oder Polyethylen, und einen Polyester, wie beispielsweise Polyethylenterephthalat oder Polybutylenterephthalat. Diese und andere thermoplastische Polymere können aus einem geschmolzenen Zustand verfestigt werden, indem sie auf eine Temperatur unterhalb ihrer Schmelztemperatur abgekühlt werden. Einige bevorzugte duroplastische Polymere, welche die notwendige Schrumpfungsfähigkeit zeigen, umfassen ein Epoxydharz, wie beispielsweise das Reaktionsprodukt von Bisphenol A und Epichlorhydrin, ein Phenol, wie beispielsweise das Reaktionsprodukt aus Phenol und Formaldehyd, und einem Polyester, wie beispielsweise das Reaktionsprodukt von Ethylenglykol und Maleinsäure. Diese und andere duroplastische Polymere können durch Aushärten verfestigt werden, indem sie aufgeheizt werden, indem sie bei Vorhandensein eines Fotoinitiators UV-Licht ausgesetzt werden, durch Bestrahlung oder durch eine chemische Reaktion, die eine Polymerisation und/oder eine Vernetzung auslöst (d. h. indem ein Polyamin-Härtungsmittel zu dem Epoxydharz hinzugefügt wird).
-
Ein Füllstoff wird aus verschiedenen Gründen in den Polymereinsatz 28 aufgenommen. Das Vorhandensein des Füllstoffs wird verwendet, um die Größe, die Steifigkeit und/oder das Formprofil des Polymereinsatzes 28 zu steuern. Der Füllstoff kann gleichmäßig oder lokal in den Polymereinsatz 28 aufgenommen werden, und er kann durch sphärische Partikel, planare Partikel, Faserpartikel, einen unidirektionalen Fasereinsatz und/oder einen bidirektionalen gewebten Gefügeeinsatz verkörpert werden. Ein beliebiges einzelnes Material oder eine Kombination von Materialien, die relativ wärmebeständig und korrosionsbeständig sind, können als Füllstoff verwendet werden. Einige Beispiele von üblichen und weithin anwendbaren Füllstoffmaterialien sind Kalziumcarbonat, Siliziumdioxid, Glas, Talk, Tonerde, Nanotonerde, Kohlenstoff, aromatische Polyamide (d. h. Kevlar) und Wollastonit. Die verschiedenen Füllmaterialien und ihre unterschiedlichen strukturellen Formen weisen verschiedene physikalische Eigenschaften auf und können daher dem Polymereinsatz 28 gemäß dem allgemeinen Wissen von Fachleuten unterschiedliche strukturelle Eigenschaften verleihen. Die genaue Menge des Füllstoffs, die durch den Polymereinsatz 28 aufgenommen wird, ist nicht speziell begrenzt, reicht aber üblicherweise von ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 50 Gew.-% des Gesamtgewichts des Polymereinsatzes 28.
-
Ein bevorzugtes Verfahren zum Herstellen des schwingungsgedämpften Getriebegehäuses 10 ist schematisch in 4–6 dargestellt und umfasst, dass ein flüssiges thermoplastisches oder nicht ausgehärtetes duroplastisches Polymermaterial 38 in den Hohlraum 20 eingespritzt wird und dass das flüssige Polymermaterial 38 anschließend verfestigt und geschrumpft wird, um den Polymereinsatz 28 zu bilden. Diese Technik ist am nützlichsten, wenn der Hohlraum 20 eine geometrische Form verkörpert, durch die das Eindringen und Voranschreiten des Polymereinsatzes 28, wenn dieser außerhalb des Hohlraums 20 separat gebildet wird, nicht praktisch oder sogar nicht realisierbar wäre. Nachdem der Polymereinsatz 28 eingefügt ist, kann der Hohlraum 20 unbedeckt belassen werden, oder er kann alternativ mit einem entsprechenden Verbindungsstück aus der Leichtmetalllegierung mittels Schweißen oder Löten abgedichtet werden, wenn dies unter den Gegebenheiten gewünscht ist. Diese spezielle Technik des Einfügens des Polymereinsatzes 28 kann auch in den Fällen verwendet werden, in denen der Hohlraum 20 eine sehr einfache Form verkörpert, die für einen gleitenden Eintritt und Austritt des Einsatzes 28 zugänglich ist.
-
Der Hohlraum 20, wie er in 4 gezeigt ist, wird in dem ausgewählten Dämpfungsbereich 18 entweder während der Herstellung der tragenden Wand 12 gebildet, oder nachdem die tragende Wand 12 hergestellt wurde. Der Hohlraum 20 kann integral und gleichzeitig mit der tragenden Wand 12 während eines Sandgusses, eines Prozesses der Sintertechnik oder eines beliebigen anderen Typs eines geeigneten Leichtmetalllegierungs-Herstellungsprozesses gebildet werden, der Fachleuten bekannt ist. Der Hohlraum 20 könnte auch gebildet werden, nachdem die tragende Wand 12 hergestellt ist. Techniken, die angewendet werden können, um den Hohlraum 20 auf eine solche Weise zu bilden, umfassen die Funkenerosion, das Laserschneiden, das Wasserstrahlschneiden, das Fräsen, das Anschneiden, das chemische Ätzen oder eine beliebige andere geeignete Technik. Die Entscheidung darüber, ob der Hohlraum 20 während oder nach der Herstellung der tragenden Wand 12 gebildet werden soll, ist allgemein eine Frage der Herstellungsmöglichkeiten, der Produktionswirtschaftlichkeit und der Herstellungslogistik.
-
Die nicht benetzbare Beschichtung 24 wird anschließend, wenn sie verwendet wird, durch eine mit Druck beaufschlagte Walzenbeschichtung, Sprühung oder Tauchbeschichtung über die innen freiliegende Volumenoberfläche 26 der tragenden Wand 12 aufgetragen. Die nicht benetzbare Beschichtung 24 wird typischerweise aufgetragen, wenn ein Problem damit besteht, dass das flüssige Polymermaterial 38 möglicherweise während der Verfestigung an der innen frei liegenden Volumenoberfläche 26 anhaftet oder sich mit dieser verbindet. Solche Oberflächen-Oberflächen-Wechselwirkungen sind im Allgemeinen nicht wünschenswert, da sie die relative Reibungs-Berührungsbewegung verhindern würden, die zwischen der Außenfläche 30 des Einsatzes 28 und der Innenfläche 22 des Hohlraums 20 erfolgen soll. Für die nicht benetzbare Beschichtung 24 ist es im Vergleich zu der innen freiliegenden Volumenoberfläche 26 der tragenden Wand 12 weniger wahrscheinlich, dass sie Anhaftungs- oder Verbindungswechselwirkungen mit dem flüssigen Polymermaterial 38 während der Verfestigung oder mit der Außenfläche 30 des Polymereinsatzes 28 während der dauerhaften Verwendung erfährt, und zwar aufgrund der Trockenschmierungseigenschaften ihrer an der Oberfläche gebundenen Graphit- und/oder Keramikpartikel.
-
Das flüssige Polymermaterial 38 wird anschließend, wie es in 5 gezeigt ist, in den Hohlraum 20 unter Bedingungen eingespritzt, die ermöglichen, dass dessen thermoplastische oder nicht ausgehärtete duroplastische Polymerkomponente fließt. Für ein thermoplastisches Polymer liegt die Temperatur des flüssigen Polymermaterials 38 im Allgemeinen oberhalb der Schmelztemperatur des speziellen thermoplastischen Polymers, das verwendet wird. Das Aufheizen und Schmelzen des thermoplastischen Polymers in das flüssige Polymermaterial 38 kann durch einen beliebigen geeigneten Ansatz erreicht werden, wie beispielsweise dadurch, dass es in einer Spritzgussmaschine Wärme ausgesetzt wird. Für ein nicht ausgehärtetes duroplastisches Polymer kann die Temperatur andererseits ein Kernpunkt sein oder auch nicht, was davon abhängt, ob das spezielle duroplastische Polymer durch Aufheizen oder durch einen anderen Mechanismus ausgehärtet wird. Ein durch Wärme ausgehärtetes duroplastisches Polymer wird im Allgemeinen bei einer Temperatur unterhalb der Temperatur eingespritzt, bei der eine Polymerisation/Vernetzung ausgelöst wird, während ein durch eine Reaktion ausgehärtetes duroplastisches Polymer unmittelbar dann eingespritzt werden kann, nachdem das nicht ausgehärtete duroplastische Polymer mit einem geeigneten Härtungsmittel oder Vernetzungsmittel bei einer Temperatur gemischt wird, welche die gewünschte Viskosität und Aushärtungsrate liefert. Die speziellen Lagerungs-, Handhabungs- und Vorbereitungsprozeduren, die zum Herstellen des fließbaren, flüssigen Polymermaterials 38 aus den vielen unterschiedlichen Kandidaten von thermoplastischen und nicht ausgehärteten duroplastischen Polymeren erforderlich sind, sind Fachleuten im Allgemeinen bekannt und müssen somit hier nicht weiter ausgeführt werden.
-
Das flüssige Polymermaterial 38 umfasst den Füllstoff, wenn es in dem Hohlraum 20 vorhanden ist. Der Füllstoff wird verwendet, um die Steifigkeit und das Formprofil des Polymereinsatzes 28 zu beeinflussen, und auch, um die Schrumpfungsrate des flüssigen Polymermaterials 38, wenn dieses zu dem Polymereinsatz 28 aushärtet, durch Abkühlen und/oder Aushärten zu steuern. Eine Zunahme in der Menge des Füllstoffs geht im Allgemeinen einher (1) mit einer Zunahme in der Steifigkeit des Polymereinsatzes 28 und (2) mit einer stetigen Abnahme in der Schrumpfungsrate und der Gesamtschrumpfung des flüssigen Polymermaterials 38. Der Füllstoff kann getrennt von dem flüssigen Polymermaterial 38 in dem Hohlraum 20 angeordnet werden, oder er kann alternativ für eine gleichzeitige Injektion mit dem flüssigen Polymermaterial 38 gemischt werden, was von seiner Struktur abhängt. Die eher strukturell einheitlichen Faserblatt-Füllstoffe (der unidirektionale Fasereinsatz, der bidirektional gewebte Gefügeeinsatz) werden vorzugsweise getrennt von dem flüssigen Polymermaterial 38 in dem Hohlraum 20 angeordnet, während die Partikelfüllstoffe (mit sphärischen Partikeln, planaren Partikeln, Faserpartikeln) vorzugsweise vor der Injektion in den Hohlraum 20 mit dem flüssigen Polymermaterial 38 gemischt werden.
-
Das flüssige Polymermaterial 38 wird anschließend in dem Hohlraum 20 verfestigt, um den Polymereinsatz 28 zu bilden, wie es in 6 gezeigt ist. Die Verfestigung des flüssigen Polymermaterials 38 kann linear oder nichtlinear voranschreiten und wird durch ein Schrumpfen des sich verfestigenden flüssigen Polymermaterials 38 mit einer etwas steuerbaren Schrumpfungsrate begleitet. Der Unterschied zwischen einem thermoplastischen Polymer und einem nicht ausgehärteten duroplastischen Polymer ist wiederum ein relevanter Faktor dafür, wie das flüssige Polymermaterial 38 verfestigt. Wenn es aus einem thermoplastischen Polymer besteht, verfestigt und schrumpft das flüssige Polymermaterial 38 progressiv, wenn es unter die Schmelztemperatur abgekühlt wird, die zuvor überschritten wurde, um die Injektion in den Hohlraum 20 zu unterstützen. Es ist üblicherweise eine einfache Zeitspanne bei Umgebungstemperatur ausreichend, um das thermoplastische Polymer in dem erforderlichen Umfang abzukühlen. Wenn es jedoch aus einem nicht ausgehärteten duroplastischen Polymer besteht, verfestigt und schrumpft das flüssige Polymermaterial 38 typischerweise während des Aushärtens, was durch die Zufuhr von Wärme, eines Härtungsmittels oder eines Vernetzungsmittels, eines Fotoinitiators und von UV-Lichtenergie, durch Bestrahlung oder durch das Verstreichen von Zeit erleichtert werden kann, so dass eine ausreichende Polymerisation und Vernetzung zwischen den Monomer- und/oder Oligomer-Bestandteilen erfolgen kann.
-
Die Schrumpfung des sich verfestigenden flüssigen Polymermaterials 38 vermeidet nicht nur eine enge Passung zwischen dem Polymereinsatz 28 und dem Hohlraum 20, um zuzulassen, dass eine relative Reibungs-Berührungsbewegung auftritt, sondern sie trägt auch zu der endgültigen Struktur des Polymereinsatzes 28 bei. Dies liegt daran, dass das sich verfestigende flüssige Polymermaterial 38 oft aus der Konformität mit der Form des Hohlraums 20 heraus schrumpft. Die Abmessungsdifferenzen in der Dicke CT, der Breite W und der Tiefe D des Hohlraums 20 neigen dazu, innere Spannungen zu verursachen, die bewirken, dass sich der Polymereinsatz 28 verbiegt, wenn er gebildet wird. Eine solche Verbiegung trägt zu der Bildung des Abschnitts 32, der an der Innenfläche 22 anliegt, und des Abschnitts 34 bei, der von der Innenfläche durch eine Lücke 36 getrennt ist (wie es in 3 gezeigt ist). Diese Abschnitte 32, 34 können auch durch den Füllstoff und auch durch die geometrische Form des Hohlraums 20 ebenso entwickelt, unterstützt und/oder aufrechterhalten werden.
-
Die Schrumpfungsrate des flüssigen Polymermaterials 38 liegt während der Verfestigung im Allgemeinen in dem Bereich von ungefähr 50 mm/m bis ungefähr 2 mm/m, und zwar unabhängig von dessen thermoplastischer/duroplastischer Polymerzusammensetzung. Die Auswahl der Polymerzusammensetzung für den Polymereinsatz 28 und die selektive Verwendung des Füllstoffs ermöglichen, dass die Schrumpfungsrate – und dadurch die Größe, das Formprofil und die Steifigkeit des Polymereinsatzes 28 – innerhalb dieses Bereiches variiert wird, wie es erforderlich ist, um die Konstruktions- und/oder Leistungsanforderungen zu erfüllen. Eine Verringerung in der Schrumpfungsrate kann durch eine Erhöhung des Füllstoffgehalts erreicht werden. Die physikalischen Eigenschaften des Füllstoffs können ferner bestimmen, wie die Schrumpfung auftritt. Das Aspektverhältnis der Partikel-Füllstoffmaterialien kann beispielsweise ausgewählt werden, um zu beeinflussen, ob das flüssige Polymermaterial 38 während der Verfestigung isotrop (bei sphärischen Partikeln) oder anisotrop (bei planaren Partikeln oder Faserpartikeln) schrumpft. Als ein anderes Beispiel kann die Form der Faserblatt-Füllstoffmaterialien (des unidirektionalen Fasereinsatzes oder des bidirektional gewebten Gefügeeinsatzes) verwendet werden, um die grobe Form des Polymereinsatzes 28 festzulegen und auch das Schrumpfungsverhalten zu beeinflussen. Darüber hinaus können die Anzahl und die relative Positionen der Abschnitte 32, die an der Innenfläche 22 anliegen, durch die vorläufige Form des Faserblatt-Füllstoffs, der in das flüssige Polymermaterial 38 eingebunden ist, durch die Menge des Partikelfüllstoffs, der in das flüssige Polymermaterial 38 eingebunden ist, und/oder durch die geometrische Komplexität des Hohlraums 20 beeinflusst werden.
-
Das Verfahren zum Herstellen des schwingungsgedämpften Getriebegehäuses 10, das gerade beschrieben wurde, ist natürlich nur eine bevorzugte Ausführungsform. Der Polymereinsatz 28 könnte alternativ separat hergestellt werden und anschließend in den Hohlraum 20 gleiten oder in diesen manövriert werden, um das schwingungsgedämpfte Getriebegehäuse 10 herzustellen. Diese Technik funktioniert am besten, wenn der Hohlraum 20 leicht zugänglich ist und an diesem scharfe Kurven, enge Biegungen oder komplexe Querschnittsprofile fehlen. Die Herstellungsverfahren, die vorstehend beschrieben sind, sind ebenso nicht auf ein Getriebegehäuse beschränkt; sie könnten leicht bei einem beliebigen anderen Typ eines Leichtmetalllegierungsgehäuses ausgeübt werden, das in dem Antriebsstrang zu finden ist, einschließlich eines Gleichrichter/Wechselrichter-Gehäuses, eines Elektromotorgehäuses und eines Differentialgehäuses. Andere Leichtmetalllegierungsteile, wie beispielsweise tragende Halterungen, können ebenso durch dieselben Verfahren hergestellt werden.
-
BEISPIEL
-
Dieses Beispiel zeigt die Schwingungsdämpfungswirkung, die erreicht werden kann, wenn ein Polymereinsatz in einen Hohlraum eingefügt wird, der in einem Leichtmetalllegierungsteil gebildet ist. Bei diesem Beispiel wurden drei rechteckige Aluminiumlegierungs-Probenblöcke jeweils mit einem geraden, rechteckigen Hohlraum vorbereitet. Die Hohlräume hatten dieselbe Breite und Tiefe, aber unterschiedliche Dicken. Der erste, der zweite und der dritte Aluminiumlegierungs-Probenblock hatten eine Hohlraumdicke von 1,0 mm, 1,2 mm bzw. 1,5 mm. Jeder der Hohlräume wurde durch Funkenerosion gebildet. Drei Polymereinsätze, die zu 30 Gew.-% aus mit Glasfasern gefülltem Polybutylenterephthalat bestanden und getrennt von den Probenblöcken geformt wurden, wurden anschließend in die Hohlräume jedes Blocks eingeschoben. Die Polymereinsätze wurden derart geformt, dass sie eine Dicke hatten, die leicht geringer als die Dicke des Hohlraums war, in den sie eingefügt wurden. Ein vierter, massiver und rechteckiger Aluminiumlegierungs-Probenblock ähnlicher Größe wurde ebenso vorbereitet, um als eine Referenzprobe zu dienen. Der vierte Aluminiumlegierungsblock hatte keinen Hohlraum und keinen darin sitzenden Polymereinsatz.
-
Die vier Aluminiumlegierungs-Probenblöcke wurden jeweils durch einen Stoß-Beschleunigungsmesser einer Oszillationskraft ausgesetzt. Die erfahrenen Schwingungen wurden durch herkömmliche Frequenzantwortverfahren in den vier Probenblöcken gemessen. Es wurde eine Graphik anhand dieser Messwerte erzeugt, welche die Schwingungsamplitude (y-Achse) gegen die Frequenz (x-Achse) für jeden Probenblock aufträgt, der den Polymereinsatz umfasste, und auch für den Referenz-Probenblock. 7 zeigt die gemessenen Schwingungen, die sich durch den ersten Probenblock 70 ausbreiteten (Hohlraumbreite = 1,0 mm), im Vergleich zu dem vierten Referenz-Probenblock 50. 8 zeigt die gemessenen Schwingungen, die sich durch den zweiten Probenblock 80 ausbreiteten (Hohlraumbreite = 1,2 mm), im Vergleich zu dem vierten Referenz-Probenblock 50. Und 9 zeigt die gemessenen Schwingungen, die sich durch den dritten Probenblock 90 ausbreiteten (Hohlraumbreite = 1,5 mm), im Vergleich zu dem vierten Referenz-Probenblock 50. Wie zu erkennen ist, erfuhren die drei Probenblöcke, die einen Polymereinsatz aufwiesen, der sich in einem integral gebildeten Hohlraum befand, eine viel geringere Schwingungsausbreitung als der massive Referenz-Probenblock.
-
Die vorstehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen und das spezielle Beispiel sind nur darstellender Natur und sollen den Umfang der Ansprüche, die nachfolgen, nicht einschränken.
