DE102014207600B4

DE102014207600B4 - Verfahren zum Herstellen eines Getriebegehäuses sowie Getriebe mit einem Getriebegehäuse

Info

Publication number: DE102014207600B4
Application number: DE102014207600.5A
Authority: DE
Inventors: Lukas Durand; Michael Hombauer; Daniel Jung
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2014-04-23
Filing date: 2014-04-23
Publication date: 2021-02-11
Anticipated expiration: 2034-04-24
Also published as: DE102014207600A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Getriebegehäuses (1), das zumindest ein Getriebegehäuseteil (1a, 1b) aufweist, das aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial besteht, wobei• beim Herstellen des Getriebegehäuseteils (1a, 1b) mindestens eine Ausnehmung (2, 3) ausgespart wird, und• nach einem Aushärten des Getriebegehäuseteils (1a, 1b) ein Einsatzteil (2a, 3a) in die Ausnehmung (2, 3) eingepresst wird, dadurch gekennzeichnet, dass- beim Herstellen des Getriebegehäuseteils (1a, 1b) das Kunststoffmaterial, in dem eine Vielzahl an Wirrfasern verteilt sind, mittels eines Presswerkzeugs in die Form des Getriebegehäuseteils (1a, 1b) gepresst wird,- die Ausnehmung (2, 3) beim Verpressen des Getriebegehäuseteils (1a, 1b) als kreiszylindrische Ausnehmung ausgespart wird, und- als Einsatzteil (2a, 3a) ein aus einem metallischen Werkstoff bestehendes Einsatzteil verwendet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Getriebegehäuses gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Getriebe gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 14.
Getriebegehäuse für Fahrzeuge werden üblicherweise im Druckgussverfahren aus einem Metallwerkstoff (z.B. Leichtmetallwerkstoff) gegossen.
Aus der DE 4025505 A1 sowie der DE 10 2005 021 767 B4 sind Getriebegehäuse bekannt, die durch Spritzgießen aus mit kurzen Fasern verstärktem Kunststoffmaterial hergestellt werden. Bei dem in der DE 4025505 A1 beschriebenen Verfahren weist das Getriebegehäuse Wälzlageraußenringe auf, die beim Spritzen des Gehäuses unmittelbar umspritzt werden.
Ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 ist aus der DE 100 24 557 A1 bekannt. Zum technischen Hintergrund der Erfindung zählen die DE 682 746 A , DE 10 2011 012 660 A1 , US 4 951 783 A , DE 36 06 052 A1 sowie die DE 103 32 171 A1 .
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren anzugeben, mit dem Getriebegehäuse aus faserverstärktem Kunststoffmaterial industriell, d.h. in (Groß-)serie hergestellt werden können, die eine hohe Festigkeit aufweisen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines (Leichtbau-)Getriebegehäuses, das zumindest ein Getriebegehäuseteil aufweist, das aus einem faserverstärktem Kunststoffmaterial besteht. Es sei ausdrücklich erwähnt, dass die Erfindung insbesondere auch Getriebegehäuse umfasst, die aus zwei oder mehr als zwei Getriebegehäuseteilen bestehen, welche nach dem im Folgenden beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Im Falle zweier oder mehrerer Getriebegehäuseteile können diese miteinander verklebt werden, was faktisch einem „Verschweißen“ der Matrixwerkstoffe entspricht.
Ein erfindungsgemäß hergestelltes Getriebegehäuse kann insbesondere zum Verbau in einem Fahrzeug, insbesondere in einem rein elektrisch treibbaren Fahrzeug (Elektrofahrzeug) oder einem Hybridfahrzeug, vorgesehen sein. Bei dem Getriebegehäuse kann es sich um ein Gehäuse für ein Handschaltgetriebe, ein Automatikgetriebe, ein Verteilergetriebe, ein Achsgetriebe, ein ein- oder mehrstufiges Getriebe eines Elektrofahrzeugs, o.ä. handeln.
Zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Getriebegehäuseteils wird Kunststoffmaterial, in dem eine Vielzahl von Wirrfasern verteilt sind, mittels eines Presswerkzeugs in die Form des herzustellenden Getriebegehäuseteils gepresst. Unter dem Begriff „Wirrfasern“ sind Fasern zu verstehen, die in unterschiedlichste Richtungen verteilt im Kunststoffmaterial enthalten sind. Die Wirrfasern können im Unterschied zu Unidirektionalfasern auch gekrümmt, gekräuselt o.ä. sein. Vorzugsweise weisen die verwendeten Wirrfasern eine Länge von mehr als 40mm, z.B. 50mm auf.
Beim Pressen des Getriebegehäuseteils wird mindestens eine Ausnehmung ausgespart. Bei der Ausnehmung kann es sich um ein „Durchgangsloch“, eine muldenartige Vertiefung o.ä. handeln. , Die Ausnehmung kann insbesondere kreiszylindrisch gestaltet sein.
Nach dem Pressen und Aushärten des Getriebegehäuseteils wird ein aus einem metallischen Werkstoff bestehendes Einsatzteil („Insert“) in die Ausnehmung eingesetzt oder eingepresst. Im Unterschied zu der eingangs genannten DE 4025505 A1 wird das Einsatzteil also nicht mit Kunststoffmaterial umspritzt, sondern erst nach der Herstellung des Getriebegehäuseteils in die Ausnehmung eingesetzt oder eingepresst. „Einpressen“ ist nicht im Sinne von „Einpressen in ein Vollmaterial“ zu verstehen, sondern im Sinne von Einpressen eines Innenteils (Einsatzteil) in ein Außenteil (im Getriebegehäuseteil vorgesehene Ausnehmung), d.h. im Sinne einer Presspassung.
Mit der Erfindung wird im Vergleich zu herkömmlichen Leichtmetallgetriebegehäusen bei akzeptablen Herstellkosten eine deutliche Gewichtseinsparung erreicht.
Es kann vorgesehen sein, dass die Ausnehmung nach dem Aushärten und vor dem Einpressen des Einsatzteils durch ein Nachbearbeitungsverfahren nachbearbeitet wird, wodurch nahezu beliebig genaue Toleranzen hergestellt werden können. Als Nachbearbeitungsverfahren in Betracht kommen insbesondere Fräsen, Honen, Schleifen, etc.
Um eine hochfeste Verbindung zwischen dem Getriebegehäuseteil aus faserverstärktem Kunststoffmaterial und dem Einsatzteil aus metallischem Werkstoff zu erreichen, kann vorgesehen sein, dass das Einsatzteil in die Ausnehmung eingeklebt bzw. mit dem Getriebegehäuseteil verklebt wird. Zusätzlich zu einer kraft- bzw. reibschlüssigen Verbindung ergibt sich dadurch eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Getriebegehäuseteil und dem Einsatzteil.
Eine weitere Verbesserung der Verbindungsfestigkeit kann erreicht werden, wenn an einer Außenseite des Einsatzteils und/oder an einer Innenseite der Ausnehmung eine Profilierung vorgesehen ist. Bei der Profilierung kann es sich bspw. um eine rändelartige Profilierung, eine zahnartige Profilierung, eine gewindeartige Profilierung o.ä. handeln. Beispielsweise kann an einem Außenumfang des Einsatzteils eine gewindeartige oder gewindeähnliche Strukturierung vorgesehen sein, die es ermöglicht, das Einsatzteil in die Ausnehmung einzuschrauben. Dadurch ergäbe sich zusätzlich zu dem Reib- bzw. Kraftschluss ein Formschluss, was die Festigkeit des Einsatzteils in der Ausnehmung weiter erhöht.
Bei dem Einsatzteil kann es sich bspw. um einen Außenring eines getriebegehäuseseitigen Lagers, um einen Schraubflansch, insbesondere einen mit einem Gewindestift oder mit einem Innengewinde versehenen Schraubflansch (Gewindebuchse) o.ä. handeln. Das bzw. die Einsatzteile können aus einem metallischen Werkstoff bestehen.
Lagerstellen von Getriebewellen des Getriebes sind aus chemisch beständigem, metallischem Werkstoff oder aus beliebigem metallischem Werkstoff gefertigt, der durch geeignete Zusatzmaßnahmen gegen chemische Beschädigungen geschützt ist. Gehäusebereiche, welche im späteren Betrieb durch Anbauteile bzw. Getriebezusatzaggregate mechanisch stark belastet sind, wie z.B. ein Anschlagbereich eines Parksperrenriegels, können durch metallische Bauteile geschützt werden, welche mit dem Getriebegehäuseteil verbunden werden, z.B. durch Verschrauben, Verpressen oder Verkleben.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das Getriebegehäuseteil zusätzlich zu den ohnehin in dem verwendeten Kunststoffmaterial enthaltenen Wirrfasern in mindestens einem Bereich verstärkt wird, wodurch sich die Steifigkeit des gesamten Getriebegehäuses weiter steigern lässt. Zusätzlich zu den ohnehin im Kunststoffmaterial des Getriebegehäuses enthaltenen Wirrfasern kann bedarfsgerecht lokal ein Verstärkungsfasern enthaltendes Gewebe oder Gelege oder Gewirke oder Gestrick in einem zu verstärkenden Bereich in das Presswerkzeug eingebracht und mit verpresst werden. Auf diese Weise kann das Getriebegehäuse also lokal, d.h. bedarfsgerecht verstärkt werden (z.B. im Bereich von zwischen zwei Lagerstellen des Getriebes befindlichen Lastpfaden). Alternativ oder ergänzend zu einem Verpressen eines Verstärkungsfasern enthaltenden Gewebes, Geleges, Gewirks oder Gestricks kann ein Verstärkungsfasern enthaltendes Gewebe, Gelege, Gewirk oder Gestrick nach dem Pressen des Getriebegehäuseteils auf den zu verstärkenden Bereich aufgebracht und damit stoffschlüssig verbunden werden, z.B. durch Verkleben.
Es kann vorgesehen sein, dass das zur Verstärkung verwendete Gewebe, Gelege, Gewirk oder Gestrick Unidirektionalfasern enthält, d.h. lange sich parallel, nebeneinander erstreckende Fasern, welche sich vorzugsweise in eine Hauptbelastungsrichtung des Getriebegehäuseteils erstrecken.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird das Getriebegehäuseteil zumindest in manchen Bereichen oder vollständig mit einer flüssigkeitsundurchlässigen Schicht, insbesondere mit einer wasserundurchlässigen. Schicht beschichtet. Dadurch wird verhindert, dass Flüssigkeit in das Getriebegehäuseteil eindringt und dieses aufquillt.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann das Getriebegehäuseteil zumindest in manchen Bereichen oder vollständig mit einer schalldämmenden Schicht versehen werden. Die schalldämmende Schicht kann z.B. durch Beschichten (z.B. Lackieren) oder Bekleben oder Aufschäumen oder Beflocken auf das Getriebegehäuseteil aufgebracht werden. Bei der schalldämmenden Schicht kann es sich insbesondere um eine aus einem thermoplastischen Elastomerwerkstoff hergestellte Kunststoffschicht, eine Kunststoffschaumschicht, um Kunststoffflocken bzw. kurze Kunststofffasern handeln, mit denen eine Oberfläche oder ein Teil der Oberfläche des Getriebegehäuseteils versehen wird. Vorzugsweise ist das gesamte Getriebegehäuse mit einer schalldämmenden Schicht eingehüllt.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das Getriebegehäuseteil zumindest in manchen Bereichen oder vollständig mit einer Schicht versehen wird, welcheelektrisch leitende Elemente (z.B. aus Metall, Kohlefasern, etc.) enthält. Bei den elektrisch leitenden Elementen kann es sich bspw. um elektrisch leitende Fasern handeln. Elektrisch leitende Elemente können in der Form eines Netzes, eines Gewebes, Geleges, Gewirks, Gestricks o.ä. angeordnet sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass elektrisch leitende Elemente integraler Bestandteil der schalldämmenden Schicht sind, d.h. in der schalldämmenden Schicht enthalten sind. Durch derartige elektrisch leitende Elemente kann eine relativ gute bzw. nahezu vollständige elektrische Abschirmung erreicht werden, was die elektromagnetische Verträglichkeit des Getriebegehäuses bzw. des betreffenden Getriebes in einem Fahrzeug deutlich verbessert.
Wie bereits erwähnt, kann das Getriebegehäuse aus mindestens zwei gemäß dem oben beschriebenen Verfahren hergestellten Getriebegehäuseteilen zusammengesetzt werden. Die Getriebegehäuseteile können miteinander verschraubt und/oder miteinander verklebt und/oder miteinander verschweißt oder in anderer Weise miteinander verbunden werden.
Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine perspektivische Darstellung eines zweiteiligen Getriebegehäuses gemäß der Erfindung; und
2 eine weitere Ansicht des in 1 gezeigten Getriebegehäuses.

1 zeigt ein Getriebegehäuse 1, das aus einem ersten Getriebegehäuseteil 1a und einem zweiten Getriebegehäuseteil 1b besteht. Die' beiden Getriebegehäuseteile 1a, 1b wurden mittels eines Presswerkzeugs aus einem Wirrfasern enthaltenden Kunststoffmaterial gepresst. Beim Pressen wurden Ausnehmungen 2, 3 ausgespart. Nach dem Aushärten der Getriebegehäuseteile 1a, 1b wurden die Ausnehmungen 2, 3 nachbearbeitet, z.B. durch Fräsen, Schleifen o.ä. Nach dem Nachbearbeiten der Ausnehmungen 2, 3 wurden Einsatzelemente, wie z.B. die in 1 dargestellten Lagerringe 2a, 3a in die Ausnehmungen 2, 3 eingepresst.
Die Getriebegehäuseteile 1a, 1b können mit einer flüssigkeitsundurchlässigen Schicht, insbesondere mit einer wasserundurchlässigen Schicht beschichtet sein. Alternativ oder zusätzlich kann an einer Innenseite und/oder an einer Außenseite der Getriebegehäuseteile 1a, 1b eine schalldämmeride Schicht auf die Getriebegehäuseteile aufgebracht werden, wodurch sich im Vergleich zu herkömmlichen Leichtmetallgetriebegehäusen die vom Getriebe an die Umgebung bzw. an das Fahrzeug abgegebenen Schallemissionen deutlich verringern lassen.
Die beiden Getriebegehäuseteile 1a, 1b können zu dem in den 1, 2 gezeigten Getriebegehäuse 1 miteinander verbunden werden, z.B. durch Verschrauben, Verschweißen, Verkleben und/oder in anderer Weise.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Getriebegehäuses (1), das zumindest ein Getriebegehäuseteil (1a, 1b) aufweist, das aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial besteht, wobei • beim Herstellen des Getriebegehäuseteils (1a, 1b) mindestens eine Ausnehmung (2, 3) ausgespart wird, und • nach einem Aushärten des Getriebegehäuseteils (1a, 1b) ein Einsatzteil (2a, 3a) in die Ausnehmung (2, 3) eingepresst wird, dadurch gekennzeichnet, dass - beim Herstellen des Getriebegehäuseteils (1a, 1b) das Kunststoffmaterial, in dem eine Vielzahl an Wirrfasern verteilt sind, mittels eines Presswerkzeugs in die Form des Getriebegehäuseteils (1a, 1b) gepresst wird, - die Ausnehmung (2, 3) beim Verpressen des Getriebegehäuseteils (1a, 1b) als kreiszylindrische Ausnehmung ausgespart wird, und - als Einsatzteil (2a, 3a) ein aus einem metallischen Werkstoff bestehendes Einsatzteil verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Ausnehmung (2, 3) nach dem Aushärten und vor dem Einpressen durch ein Nachbearbeitungsverfahren, insbesondere durch Fräsen, Honen oder Schleifen, nachbearbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzteil (2a, 3a) in die Ausnehmung (2, 3) eingeklebt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einsatzteil (2a, 3a) in die Ausnehmung (2, 3) eingepresst wird, das an seinem Außenumfang eine gewindeartige oder rändelartige oder andersartig gestaltete Strukturierung aufweist..
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebegehäuseteil (1a, 1b) in mindestens einem Bereich verstärkt wird, indem ein Verstärkungsfasern enthaltendes Gewebe oder Gelege oder Gewirke oder Gestrick in dem zu verstärkenden Bereich in das Presswerkzeug eingebracht und mitverpresst wird und/oder indem ein Verstärkungsfasern enthaltendes Gewebe oder Gelege oder Gewirk oder Gestrick nach dem Pressen auf den zu verstärkenden Bereich des Getriebegehäuseteils (1a, 1b) aufgebracht und damit stoffschlüssig verbunden wird, insbesondere durch Verkleben.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebe oder Gelege oder Gewirke oder Gestrick, Unidirektionalfäsern enthält, die sich in einer Hauptbelastungsrichtung des Getriebegehäuseteils (1a, 1b) erstrecken.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebegehäuseteil (1a, 1b) zumindest in manchen Bereichen oder vollständig mit einer flüssigkeitsundurchlässigen Schicht, insbesondere mit einer wasserundurchlässigen Schicht, beschichtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebegehäuseteil (1a, 1b) zumindest in manchen Bereichen oder vollständig mit einer schalldämmenden Schicht versehen wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die schalldämmende Schicht durch Beschichten oder Bekleben oder Aufschäumen oder Beflocken auf einen Oberflächenbereich oder die gesamte Oberfläche des Getriebegehäuseteils (1a, 1b) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebegehäuseteil (1a, 1b) zumindest in manchen Bereichen oder vollständig mit einer Schicht versehen wird, welche elektrisch leitende Elemente enthält, insbesondere in der Form von Fasern oder in der Form eines Netzes oder Gewebes oder Geleges oder Gewirks oder Gestricks.
Verfahren nach Anspruch 10 unter Einschluss von Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitenden Elemente in der schalldämmenden Schicht enthalten sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebegehäuse (1) aus mindestens zwei Getriebegehäuseteilen (1a, 1b) zusammengesetzt wird,
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebegehäuseteile (1a, 1b) miteinander verschraubt und/oder miteinander verklebt und/oder miteinander verschweißt werden.
Getriebe für Fahrzeuge mit einem Getriebegehäuse, das aus mindestens zwei miteinander verbundenen Getriebegehäuseteilen (1a, 1b) besteht, wobei • mindestens eines der Getriebegehäuseteile (1a, 1b) aus einem faserverstärktem Kunststoffmaterial besteht, • das mindestens eine Getriebegehäuseteil (1a, 1b) eine Ausnehmung (2, 3) aufweist, die beim Herstellen des mindestens einen Getriebegehäuseteils (1a, 1b) ausgespart worden ist, und • nach einem Aushärten des Getriebegehäuseteils (1a, 1b) in die Ausnehmung ein Einsatzteil (2a, 3a) eingepresst worden ist, dadurch gekennzeichnet, dass - in dem Kunststoffmaterial des mindestens einen Getriebegehäuseteils (1a, 1b) eine Vielzahl von Wirrfasern verteilt sind, - das mindestens eine Getriebegehäuseteil (1a, 1b) mittels eines Presswerkzeugs in seine Form gepresst worden ist, - die Ausnehmung (2, 3) eine kreiszylindrische Ausnehmung ist, und - das Einsatzteil (2a, 3a) ein aus einem metallischen Werkstoff bestehendes Einsatzteil ist.