DE102017116792B4

DE102017116792B4 - Schaltachse-Schaltgabel-Klebeverbindung

Info

Publication number: DE102017116792B4
Application number: DE102017116792.7A
Authority: DE
Inventors: Terence Koffmane; Michael Oliver Kobes
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-07-25
Filing date: 2017-07-25
Publication date: 2019-10-24
Anticipated expiration: 2037-07-26
Also published as: DE102017116792A1

Abstract

Befestigungsmittel zur Erzeugung einer festen Verbindung zwischen einer Schaltgabel (3) und einer Schaltachse (1) eines Schaltgetriebes, wobei
- die Schaltgabel (3) durch eine Klebeverbindung (8, 9) an der Schaltachse (1) befestigt ist,
- die Klebeverbindung (8, 9) Kohlenstoff-, Glas- und/oder Polymerfasern enthält,
- die Fasern mittels eines Harzes fixiert sind,
- die Schaltachse (1) aus einem kohlefaserverstärkten Kunststoff (CFK) besteht,- die Schaltgabel (3) eine halbschalenförmige Aufnahme (4) aufweist und an den Enden der Aufnahme (4) Gabelstege (6, 7) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltachse (1) in der halbschalenförmigen Aufnahme (4) positioniert ist und dass eine faserhaltige Anwicklung (8, 9) die halbschalenförmige Aufnahme (4) und die Schaltachse (1) in zwei voneinander beabstandeten Positionen umschlingt.

Description

Die Erfindung betrifft die Anbindung einer Schaltgabel an eine faserverstärkte Schaltachse eines Schaltgetriebes durch ein Befestigungsmittel sowie ein Verfahren.
Schaltgabeln übernehmen in Schaltgetrieben die Aufgabe, Schaltbewegungen an Schiebemuffen zu übertragen. Die Schaltbewegung wird in der Regel über das Schaltmaul in die Schalt-gabel eingeleitet und durch die Leitschuhe an die rotierende Schiebemuffe weitergegeben. Zur Führung der Schaltgabeln sind Schaltstangen, Schaltwellen oder Schaltachsen vorgesehen, die rohrförmig ausgebildet sein können und in herkömmlicher Weise aus Stahl gefertigt sind. Diese sind im Getriebegehäuse gelagert, wobei die Schaltgabel fest mit der Schaltwelle verbunden ist. Eine weitere Möglichkeit ist die Fixierung der Schaltachsen im Getriebegehäuse. Hierbei ist die Schaltgabel auf der Schaltachse in axialer Richtung bewegbar geführt.
Stand der Technik ist es die Welle-Nabe-Verbindung zwischen Stahlachse und Schaltgabel als Press-Stift, oder Schraubverbindung auszuführen.
Die DE 10 2014 210 979 A1 zeigt beispielsweise eine Schaltgabel für ein Zahnräderwechsel-getriebe eines Kraftfahrzeuges, die mittels eines Befestigungsmittels mit einem Blecharm verbunden ist, wobei das Befestigungsmittel wenigstens einen Bolzen aufweist, der in dem Blecharm verpresst ist und eine Durchgangsöffnung in der Schaltgabel durchdringt und an seinem freien Ende mit einem Sicherungselement verschraubt ist.
Üblicherweise sind Schaltachsen ausschließlich durch Biegung belastet. Durch Anwendungen in Sonderbereichen des Automobilbaus ist es bereits bekannt, Torsions- und biegebelastete Wellen und Achsen aus einem faserverstärkten Kunststoff (FVK) herzustellen.
Die DE 10 2016 203 065 A1 zeigt eine Schaltwalze für ein Fahrzeuggetriebe, insbesondere ein Zahnräderwechselgetriebe für Motorräder. Die Schaltwalze weist einen Grundkörper aus einem faserverstärkten Kunststoff mit einem kreisförmigen Querschnitt auf, der von einem faserlosen Kunststoffmantel umgeben ist.
DE 10 2015 217 260 A1 zeigt eine Karbonschaltwelle mit einer auf der Schaltwelle angeordneten Schaltgabel. DE 102 02 651 A1 zeigt eine Schaltwelle mit einem auf der Schaltwelle verklebten Schaltungsbauteil.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein alternatives Befestigungsmittel zu schaffen, mit welchem eine Schaltgabel mit einer Schaltachse fest verbindbar ist und ein Verfahren zur Herstellung der Verbindung anzugeben ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Befestigungsmittel mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 3 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Es ist ein besonderer Vorteil der Erfindung, dass die Schaltgabel mittels einer Klebeverbindung mit der Schaltachse fest verbunden ist. Durch diese Maßnahme kann ein prozessintegriertes Fügeverfahren etabliert werden, welches größere Fügetoleranzen und damit kostengünstigere Produktionsprozesse bei vergleichbarer Bauteilsicherheit ermöglicht.
Die Verwendung von in Harz getränkten Fasern, z. B. Kohle-, Glas- und/oder Polymerfasern erhöht die Festigkeit der Klebeverbindung.
Eine weitere Festigkeitserhöhung kann durch eine Mehrzahl von Faserlagen erreicht werden, die vorzugsweise in Schichten aufgebracht werden. Durch die Anzahl axial nebeneinander sowie übereinander liegender Fasern und deren Vorspannung ist die übertragbare Last, sowie die auf die Schaltachse wirkende Flächenpressung bzw. Flächenpressungsverteilung gezielt den Randbedingungen anpassbar.
In besonders vorteilhafter Weise ist es vorgesehen, die aus KVF hergestellte Schaltachse zusammen mit der Klebeverbindung in einem nachgeschalteten Temperprozess auszuhärten, wodurch der Vernetzungsgrad erhöht und ein zusätzlicher Prozessschritt eingespart werden kann. Zur Erzielung einer verbesserten Anhaftung ist die chemische Zusammensetzung der Harze der Schaltachse und der Klebeverbindung annähernd gleich, vorzugsweise identisch.
Die Schaltgabel weist zur Aufnahme der Schaltachse im Bereich der Fügestellen Gabelstege auf, die in vorteilhafter Weise halbschalenförmig ausgebildet sind. Durch diese Maßnahme sind größere Toleranzen möglich. Diese werden beim Wickelvorgang zum einen durch die genaue Positionierung der Wickelwerkzeuge und zum anderen durch eine variable Dicke des Klebespaltes erreicht.
Eine Kombination von Füge- und Temper -Prozess ermöglicht in vorteilhafter Weise eine schlanke Prozesskette.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der Klebeverbindungen von Schaltachse und Schaltgabel ist es in vorteilhafter Weise vorgesehen, dass die Schaltgabel zunächst mit der Schaltachse verklebt wird, daraufhin mittels Harz getränkter Fasern an den Fügestellen im Bereich der Gabelstege umwickelt wird und dass daraufhin die Schaltgabel, die Schaltachse und die Klebeverbindung aushärten, bevor diese gemeinsam in einem nachgeschalteten Temperprozess weiter behandelt werden um den Vernetzungsgrad zu erhöhen und damit die Verbindungsfestigkeit zu garantieren.
Weitere Vorteile sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden beschrieben. Es zeigen

1 eine Schaltachse mit Schaltgabel in perspektivischer Ansicht
2 die Schaltgabel mit halbschaliger Aufnahme für die Schaltachse

Eine Schaltachse 1, auch als Schaltwelle oder Schaltstange bezeichnet, ist in oder an einem Getriebegehäuse (nicht dargestellt) schwenkbar und entlang ihrer Drehachse 2 axial verschiebbar gelagert. Die Schaltachse 1 ist zur Gewichtsoptimierung aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt, welcher Kohlenstoff-, Glas- und/oder Polymerfasern enthalten kann.
Die Schaltachse ist durch Pultrusion oder Wickeln eines mit Harz getränkten Rundkörpers erzeugt, welcher daraufhin aushärtet.
Eine Schaltgabel 3 ist gemäß 1 mit der Schaltachse 1 drehfest verbunden. Im Ausführungsbeispiel besteht die Schaltgabel 3 aus Stahl oder Aluminium. Selbstverständlich kann die Schaltgabel 3 auch aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt sein.
Die Schaltgabel 3 ist mittels einer Klebeverbindung mit der Schaltachse 1 verbunden. Zu diesem Zweck weist die Schaltgabel 3 eine halbschalenförmige Aufnahme 4 auf, deren Rundung r dem Radius r der Schaltachse 1 angepasst ist. An ihren Enden weist die Aufnahme 4 sogenannte Gabelstege 6, 7 auf. Die Schaltachse 1 und die Schaltgabel 3 sind im Bereich der Gabelstege 6, 7 mit den harzgetränkten Fasern 8, 9, z. B. Kohlenstoff-, Glas- und/oder Polymer-fasern umwickelt.
Zur Erhöhung der Festigkeit der Klebeverbindungen 8, 9 kann diese mehrere Faserlagen nebeneinander und auch übereinander aufweisen. Die Radien der Faserlagen sind so gewählt, dass sich ein stetiger Faserverlauf ergibt, der für die jeweilige Auslastung der Faser ausreichend groß ist.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Harz zur Herstellung der Schaltachse 1 die gleiche oder annähernd gleiche chemische Zusammensetzung auf, wie das Harz zum Verkleben der Anbindungen oder Wicklungen. Eine zusätzliche Verklebung kann auf die halbschalenförmige Aufnahme 4 aufgebracht werden. Die somit direkt zwischen der Außenfläche der Schaltachse 1 und der halbschalenförmigen Aufnahme 4 der Schaltgabel 3 wirkt.
Bezugszeichenliste

1: Schaltachse
2: Drehachse (1)
3: Schaltgabel
4: Aufnahme
5
6: Gabelsteg
7: Gabelsteg
8: Wicklung
9: Wicklung
r: Radius (1; 4)

Claims

Befestigungsmittel zur Erzeugung einer festen Verbindung zwischen einer Schaltgabel (3) und einer Schaltachse (1) eines Schaltgetriebes, wobei - die Schaltgabel (3) durch eine Klebeverbindung (8, 9) an der Schaltachse (1) befestigt ist, - die Klebeverbindung (8, 9) Kohlenstoff-, Glas- und/oder Polymerfasern enthält, - die Fasern mittels eines Harzes fixiert sind, - die Schaltachse (1) aus einem kohlefaserverstärkten Kunststoff (CFK) besteht,- die Schaltgabel (3) eine halbschalenförmige Aufnahme (4) aufweist und an den Enden der Aufnahme (4) Gabelstege (6, 7) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltachse (1) in der halbschalenförmigen Aufnahme (4) positioniert ist und dass eine faserhaltige Anwicklung (8, 9) die halbschalenförmige Aufnahme (4) und die Schaltachse (1) in zwei voneinander beabstandeten Positionen umschlingt.
Befestigungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Harz zum Fixieren der Befestigungsfasern die gleiche chemische Zusammensetzung aufweist, wie ein Harz zur Herstellung der Schaltachse (1).
Verfahren zur festen Verbindung einer Schaltgabel (3) mit einer Schaltachse (1), dadurch gekennzeichnet, dass zunächst die Schaltgabel (3) mit der Schaltachse (1) verklebt wird und dass daraufhin die Schaltgabel (3) und die Schaltachse (1) mittels in Harz getränkten Kunststofffasern (8, 9) umwickelt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltachse (1) und die faserhaltige Klebeverbindung (8, 9) in einem nachgeschalteten Temper-Prozess aushärten.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltachse (1) und die Schaltgabel (3) mit einer Mehrzahl von Faserlagen umwickelt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass während der Wicklung ein Klebespalt zwischen den Faserlagen entsprechend den vorgesehenen Belastungen von Schaltachse (1) und Schaltgabel (3) variabel eingestellt wird.