DE102015120635A1 - Use of a fiber composite material for producing a shift fork - Google Patents
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Abstract
Bei einer Verwendung eines Faserverbundwerkstoffs zur Herstellung einer Schaltgabel (1), gekennzeichnet durch folgende Schritte: – in eine Negativ-Spritzgussform in Form der Schaltgabel (1) wird eine Faser, Gelege aus Fasern oder ein Gewebe aus Fasern als Stützstruktur eingebracht; – in die Negativ-Spritzgussform wird Kunststoff eingespritzt und/oder eingepresst; – die Stützstruktur wird mit Kunststoff umspritzt, wobei der Kunststoff eine Matrix für die Faser, das Gelege oder das Gewebe darstellt.When using a fiber composite material for producing a shift fork (1), characterized by the following steps: - in a negative injection mold in the form of the shift fork (1) is introduced a fiber, scrim of fibers or a fabric of fibers as a support structure; - In the negative injection mold plastic is injected and / or pressed; - The support structure is overmolded with plastic, wherein the plastic is a matrix for the fiber, the scrim or the tissue.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Schaltgabel nach Anspruch 7, sowie eine Verwendung nach Anspruch 9. The invention relates to a method according to the preamble of
STAND DER TECHNIK STATE OF THE ART
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Arten von Schaltgabeln bekannt und gebräuchlich. Various types of shift forks are known and commonly used in the prior art.
Es handelt sich bei den aus dem Stand der Technik bekannten Schaltgabeln aus metallischen Blech-, Draht- oder Gusswerkstoffen. Nachteilig hierbei ist der Umstand, dass metallene Schaltgabeln ein hohes Eigengewicht aufweisen und in der Herstellung teuer sind. It is in the known from the prior art shift forks made of metal sheet, wire or cast materials. The disadvantage here is the fact that metal shift forks have a high weight and are expensive to manufacture.
AUFGABE DER ERFINDUNG OBJECT OF THE INVENTION
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu beseitigen und ein Verfahren zum Herstellen einer Schaltgabel zur Verfügung zu stellen, welches es ermöglicht, Schaltgabeln mit geringem Gewicht bei ausreichender Stabilität und geringen Kosten herzustellen. The object of the invention is to eliminate the disadvantages of the prior art and to provide a method for producing a shift fork, which makes it possible to produce low-weight shift forks with sufficient stability and low cost.
LÖSUNG DER AUFGABE SOLUTION OF THE TASK
Zur Lösung der Aufgabe führen die Merkmale nach Anspruch 1. To achieve the object, the features of
Die Erfindung geht dahin, dass Faserverbundwerkstoffe für die Herstellung von Schaltgabeln verwendet werden. The invention is that fiber composites are used for the production of shift forks.
Von dem Faserverbundwerkstoff ist der Faser-Kunststoff-Verbund zu unterscheiden. Ein Faser-Kunststoff-Verbund ist ein Werkstoff, bestehend aus Verstärkungsfasern und einer Kunststoffmatrix. Die Matrix umgibt die losen Fasern, die durch Adhäsiv- oder Kohäsivkräfte an die Matrix gebunden sind. Faser-Kunststoff-Verbunde haben ein von der Orientierung der Fasern abhängiges Elastizitätsverhalten. Ohne den die Fasern umgebenden Matrixwerkstoff sind die hohen spezifischen Festigkeiten und Steifigkeiten der orientierten oder nicht orientierten Verstärkungsfaser nicht nutzbar. Erst durch die geeignete Kombination von Faser- und Matrixwerkstoff entsteht ein neuer Konstruktionswerkstoff. Die Fasern sind in Faser-Kunstsoff-Verbunden orientiert oder nicht orientiert jedoch lose in der Matrix angeordnet. From the fiber composite material of the fiber-plastic composite is distinguished. A fiber-plastic composite is a material consisting of reinforcing fibers and a plastic matrix. The matrix surrounds the loose fibers that are bonded to the matrix by adhesive or cohesive forces. Fiber-plastic composites have a dependent on the orientation of the fibers elastic behavior. Without the matrix material surrounding the fibers, the high specific strengths and stiffnesses of the oriented or unoriented reinforcing fiber can not be utilized. It is only through the suitable combination of fiber and matrix material that a new construction material is created. The fibers are oriented or unoriented in fiber-plastic composites, but loosely arranged in the matrix.
Ein Faserverbundwerkstoff besteht hingegen im Allgemeinen aus zwei Hauptkomponenten, einer einbettenden Matrix sowie einer verstärkenden Faserstruktur. Dabei sind die Fasern nicht unorientiert in der Matrix angeordnet, sondern vielmehr in Form von Gelegen oder Geweben in spezifisch definierter Weise angeordnet. Dadurch ergibt sich eine besonders gute Verwendbarkeit von Faserverbundwerkstoffen für die Herstellung von Strukturteilen, wie z. B. Schaltgabeln. Durch gegenseitige Wechselwirkungen der beiden Komponenten, Gewebe und Matrix, erhält dieser Faserverbundwerkstoff höherwertige Eigenschaften als jede der beiden einzeln beteiligten Komponenten sowie auch gegenüber Faser-Verbund-Werkstoffen aus losen Fasern und einer umgebenden Kunststoffmatrix. In contrast, a fiber composite material generally consists of two main components, an embedding matrix and a reinforcing fiber structure. The fibers are not arranged unoriented in the matrix, but rather are arranged in the form of loops or fabrics in a specifically defined manner. This results in a particularly good usability of fiber composites for the production of structural parts, such. B. shift forks. Through mutual interactions of the two components, fabric and matrix, this fiber composite obtains higher quality properties than either of the two components involved as well as compared to fiber composite materials of loose fibers and a surrounding plastic matrix.
Faserverbundwerkstoffe bestehen also aus der Matrix und Fasern, wobei die Fasern in Form eines sogenannten Gewebes oder Geleges angeordnet werden können. Das Gewebe oder Gelege wird von der Matrix eingebettet/ umschlossen. Der Matrixwerkstoff ist ein polymerer Kunststoff wie, Duromere, Elastomere oder Thermoplaste. Fiber composites thus consist of the matrix and fibers, wherein the fibers can be arranged in the form of a so-called tissue or Geleges. The fabric or scrim is embedded / enclosed by the matrix. The matrix material is a polymeric plastic such as, duromers, elastomers or thermoplastics.
Da die Fasern je nach Beanspruchung ausgerichtet und in ihrer Dichte angepasst werden können, entstehen mit Hilfe entsprechender Herstellungsverfahren maßgeschneiderte Bauteile. Um die Festigkeit in verschiedene Richtungen zu beeinflussen, werden statt einzelner Fasern Gewebe oder Gelege verwendet, die vor dem Kontakt mit der Matrix hergestellt werden. Auch kann die Matrix des umgebenden Gewebes mit losen Fasern verstärkt sein. Since the fibers can be aligned and adjusted in density depending on the load, tailor-made components are produced with the aid of appropriate manufacturing processes. In order to influence the strength in different directions, instead of individual fibers, fabrics or scrims are used which are produced before contact with the matrix. Also, the matrix of the surrounding tissue may be reinforced with loose fibers.
Besonderheit der Gewebe oder der Gelege für Schaltgabeln ist das Vorkonfektionieren der Gewebestrukturen. Dabei werden die Gewebestrukturen in Richtung der zu erwartenden Belastungen ausgelegt, so dass abstützende Elemente, wie beispielsweise eine Verstärkung als auch umschließende Elemente, wie beispielsweise eine Buchse den Gesamtverbund der Schaltgabel bilden können. A special feature of the fabrics or the clutch for shift forks is the prefabrication of the tissue structures. In this case, the fabric structures are designed in the direction of the expected loads, so that supporting elements, such as a reinforcement as well as enclosing elements, such as a socket can form the overall composite of the shift fork.
In das Gewebe werden einzelne Funktionselemente, wie metallische oder auch aus anderen Kunstoffen bestehende Buchsen oder Mitnehmer und/oder Fügestellen und/ oder partielle Verstärkungsteile integriert. In the fabric individual functional elements, such as metallic or made of other plastics existing bushes or drivers and / or joints and / or partial reinforcement parts integrated.
Beim Umspritzen werden diese Funktionselemente gemeinsam mit dem Gewebe vom Matrixwerkstoff vollflächig oder nur teilweise umschlossen. Eine weiterführende mechanische Bearbeitung der Faserverbundschaltgabel und/oder ein Fügeprozess kann sich in der Prozesskette anschließen. During encapsulation, these functional elements, together with the tissue, are completely or only partially enclosed by the matrix material. Further mechanical processing of the fiber composite shift fork and / or a joining process can follow in the process chain.
Bei der erfindungsgemässen Verwendung eines Faserverbundwerkstoffs zur Herstellung einer Schaltgabel kommen folgende Schritte zur Ausführung. Zunächst wird in eine Negativ-Spritzgussform in Form der Schaltgabel eine Stützstruktur eingebracht. Die Stützstruktur stellt hierbei spezifisch als Gewebe oder Gelege angeordnete Fasern dar. Das Gelege selbst kann dabei schon mit einem Matrixwerkstoff umschlossen sein (Organoblech). Als Negativ-Spritzgussform ist eine Hohlform zu verstehen, welche das Negativ zu der positiven Form der Schaltgabel darstellt. Das wiederum bedeutet, dass beim Ausfüllen der Negativ-Spritzgussform mit dem Matrix-Kunststoff eine Schaltgabel mit der gewünschten Form entsteht, indem das Gewebe/ Gelege umspritzt wird. In the inventive use of a fiber composite material for producing a shift fork, the following steps are carried out. First, a support structure is introduced into a negative injection mold in the form of the shift fork. The support structure here represents specifically arranged as a fabric or scrim fibers. The scrim itself can already be enclosed with a matrix material (organic sheet). As negative injection mold is to be understood a hollow mold, which represents the negative to the positive shape of the shift fork. This in turn means that when filling the negative injection mold with the matrix plastic, a shift fork with the desired shape is formed by overmolding the fabric / scrim.
Die Stützstruktur, die in einem weiteren Schritt von Kunststoff umspritzt wird, wobei der Kunststoff eine Matrix für die Faser oder das Gelege aus Fasern oder das Gewebe aus Fasern darstellt. Die Stützstruktur übernimmt eine Trägerfunktion zur Übernahme von Belastungen, die z. B. beim Schalten von Handschalt- oder Doppelkupplungsgetrieben entstehen. The support structure, which is encapsulated in a further step by plastic, wherein the plastic is a matrix for the fiber or the scrim of fibers or the fabric of fibers. The support structure assumes a carrier function to take over loads that z. B. arise when switching manual or dual clutch transmissions.
Der alleinige Einsatz von Kunststoff ist hierbei in der Regel nicht ausreichend fest genug, um den Dauerbelastungen stand zu halten. Kunststoffe, die höhere Steifigkeiten besitzen, sind extrem teuer und daher zur Lösung der Aufgabe ungeeignet. The sole use of plastic in this case is usually not sufficiently strong enough to withstand the constant loads. Plastics that have higher stiffness are extremely expensive and therefore unsuitable for solving the problem.
Die Stützstruktur oder Gewebestruktur kann aus Glas-, Kunststoff-, Kohlenstoff-, Natur-, Keramik- oder Metallfasern bestehen. The support structure or fabric structure can be made of glass, plastic, carbon, natural, ceramic or metal fibers.
Als erfindungsgemässe Kunststoffe können bevorzugt Kunststoffe mit Kurz- oder Langfasern aus Glas- oder Kohlenstofffasern verwendet werden. As plastics according to the invention it is possible with preference to use plastics with short or long fibers made of glass or carbon fibers.
Daneben können aber auch Stege mit Bauteilversteifungen bei den erfindungsgemässen Schaltgabeln als Stützstruktur zum Einsatz kommen. In addition, however, webs with component stiffeners can also be used as the support structure in the inventive shift forks.
Im Ergebnis werden Faserverbundwerkstoffe erreicht, bei denen die oben beschriebenen Stützstrukturen mit Kunststoff umspritzt werden. As a result, fiber composites are achieved, in which the support structures described above are encapsulated with plastic.
Faserverbundwerkstoffe bestehen erfindungsgemäss aus Verstärkungsfasern und einer Kunststoff-Matrix, die die Fasern umgibt. Durch die Verwendung von Faserverbundwerkstoffen können die Eigenschaften der später erhaltenen Schaltgabel besonders gut beeinflusst werden. Je nachdem, welche Fasern eingesetzt werden und wie die Fasern in den Faserverbundwerkstoffen in Form von Geweben oder Gelegen angeordnet sind, können die Schaltgabeln an manchen Stellen elastisch und an anderen Stellen steif ausgeführt werden. Folglich können die Schaltgabeln optimal an die Nutzungsvoraussetzungen angepasst werden. Fiber composites according to the invention consist of reinforcing fibers and a plastic matrix surrounding the fibers. By using fiber composites, the properties of the later obtained shift fork can be particularly well influenced. Depending on which fibers are used and how the fibers are arranged in the fiber composites in the form of woven or laid, the shift forks can be made elastic in some places and stiff in other places. Consequently, the shift forks can be optimally adapted to the conditions of use.
Die Stützstrukturen sind meist in eine Faserrichtung ausgerichtet, so dass die entstehenden Eigenschaften des Faserverbundwerkstoffes richtungsabhängig sind. Bei Geweben aus Fasern und/oder Gelegen aus Fasern kann eine nutzerorientierte Vorkonfektionierung erfolgen, was wiederum zu einer weiteren Kostenersparnis führt. Dies ergibt sich aus dem Umstand, dass je nach Schaltgabelmodell die ermittelten Belastungsbereiche gezielt unterstützt und entstehende Kräfte gezielt abgeleitet werden können. The support structures are usually aligned in a fiber direction, so that the resulting properties of the fiber composite material are direction-dependent. For fibers made from fibers and / or fibers, user-oriented prefabrication can be carried out, which in turn leads to further cost savings. This results from the circumstance that, depending on the shift fork model, the determined load ranges can be purposefully supported and resulting forces can be specifically derived.
Um richtungsunabhängige Eigenschaften des Faserverbundwerkstoffes zu erhalten, ist der Einsatz von Geweben zielführend, in denen die Fasern in unterschiedliche Richtungen miteinander strukturiert werden. Mit dem Umspritzen der Gewebe aus Fasern und/oder Gelege aus Fasern ergeben sich völlig neue Möglichkeiten der Einflussnahme auf die Eigenschaften von Schaltgabeln. In order to obtain non-directional properties of the fiber composite, the use of tissues is targeted, in which the fibers are structured in different directions with each other. With the encapsulation of the fibers and / or fiber fabrics, completely new possibilities of influencing the properties of shift forks result.
Als mögliche Kunststoffe eignen sich Thermoplasten, wie Polyetheretherketon (PEEK), Polyvenylensulfid (PPS), Polysulfon (PSU), Polyetherimid (PEI), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyamid (PA) und duroplastische Werkstoffe. Suitable plastics include thermoplastics such as polyetheretherketone (PEEK), polyvinylidene sulfide (PPS), polysulfone (PSU), polyetherimide (PEI), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyamide (PA) and thermosetting materials.
Wie oben bereits angedeutet, wird vor, während oder nach dem Einbringen der Stützstruktur in die Negativ-Spritzgussform ausserdem Kunststoff eingespritzt oder eingepresst. Dabei wird bevorzugt die Stützstruktur mit Kunststoff umspritzt. As already indicated above, plastic is also injected or pressed in before, during or after the introduction of the support structure into the negative injection mold. In this case, the support structure is preferably encapsulated with plastic.
Anschliessend wird die Schaltgabel aus der Negativ-Spritzgussform entnommen und weiter verarbeitet. Hierbei können beispielsweise Bohren oder Schleifen oder dergleichen durchgeführt werden, um die Schaltgabel an die individuellen Bedürfnisse der Benutzer anzupassen. Subsequently, the shift fork is removed from the negative injection mold and processed further. Here, for example, drilling or grinding or the like can be performed to adapt the shift fork to the individual needs of the user.
Weiter kann in der erfindungsgemässen Schaltgabel in die Negativ-Spritzgussform ein Gleitschuh eingebracht werden. Daneben können aber auch Verstärkungsteile, wie Blech- oder Drahtinlets oder auch Blech-Drahtkonstruktionen, die mit Kunststoff umspritzt sind, in die Negativ-Spritzgussform eingebracht werden, bevor der Kunststoff eingespritzt wird und die Schaltgabel hergestellt wird. Auch ist es denkbar, dass beispielsweise eine Buchse in der Negativ-Spritzgussform an vorher definierter Stelle angeordnet und entsprechend zumindest teilweise von der Matrix, also dem Kunststoff haltern umspritzt oder umpresst wird. Further, in the inventive shift fork in the negative injection mold, a shoe can be introduced. In addition, but also reinforcing parts, such as sheet metal or Drahtinlets or sheet metal wire structures that are encapsulated in plastic, are introduced into the negative injection mold before the plastic is injected and the shift fork is manufactured. It is also conceivable that, for example, a bush in the negative injection mold is arranged at a predefined location and correspondingly at least partially encapsulated or pressed around by the matrix, ie the plastic holders.
Beispielsweise kann die Stützstruktur den Gleitschuh stützend ausgelegt werden. Das bedeutet im Einzelnen, dass beispielsweise um den Gleitschuh herum stützende langfaserige Stützstrukturen oder Gewebe eingesetzt werden können. Neben dem Gleitschuh kann in die Negativ-Spritzgussform eine Schaltstangenaufnahme eingebracht werden. For example, the support structure can be designed supporting the shoe. Specifically, this means, for example, that long-fiber support structures or fabrics supporting the shoe can be used. In addition to the sliding shoe, a shift rod receptacle can be introduced into the negative injection mold.
Neben der Verwendung eines Faserverbundwerkstoffs zur Herstellung einer Schaltgabel wird auch die Schaltgabel an sich beansprucht. Eine solche Schaltgabel weist einen Korpus aus Faserverbundwerkstoff auf, wie er oben beschrieben ist. Weiter kann die Schaltgabel in ihrem Korpus einen Gleitschuh und/oder eine Schaltstangenaufnahme eingespritzt aufweisen. In addition to the use of a fiber composite material for producing a shift fork and the shift fork is claimed. Such a shift fork has a body made of fiber composite material, as described above. Further, the shift fork may have injected in its body a shoe and / or a shift rod receptacle.
FIGURENBESCHREIBUNG DESCRIPTION OF THE FIGURES
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in: Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawings; these show in:
Die Gabel
Weiterhin umfasst die Schaltstangenaufnahme
Der Schaltarm
In
Die Gabel
Die Gabel
Weiterhin besteht eine Verbindung zwischen den jeweiligen Aussenschenkeln
Zudem verfügen die Innenschenkel
An dem Punkt an dem die Kontaktfläche
Die Innenschenkel
Der gabelförmige Gleitschuh
Ebenfalls zu erkennen ist der U-förmige Schaltarm
Zwischen der Schaltstange
Weiterhin ist ersichtlich, dass sich die Gabel
Zwischen den Hauptlamellen
Die Sternlamelle
Die Schenkelspitze
Die Sternlamelle
Die Sternlamelle
In ähnlicher Weise fassen auch die Hauptlamellen
Zusammen bilden die Sternlamellen
An der Aussenseite der sich zueinander in Richtung der Schenkelspitze
Die vorliegende Beschreibung des in
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