DE102016203067B4

DE102016203067B4 - Kunststoffschaltgabel für ein Kraftfahrzeugwechselgetriebe

Info

Publication number: DE102016203067B4
Application number: DE102016203067.1A
Authority: DE
Inventors: Michael Schneeweis
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-02-26
Filing date: 2016-02-26
Publication date: 2022-03-24
Anticipated expiration: 2036-02-27
Also published as: DE102016203067A1

Abstract

Kunststoffschaltgabel (1) für ein Kraftfahrzeuggetriebe, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffschaltgabel (1) einen Grundkörper (11) aus einem faserhaltigen Werkstoff und einen Mantelkörper (10) aus einem faserlosen Werkstoff aufweist, wobei der Mantelkörper (10) den Grundkörper (11) umgibt, wobei die Kunststoffschaltgabel (1) ein Führungsauge (8) aufweist, an dem ein Stift (12) zum Eingriff mit einer Schaltwalze angeordnet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Kunststoffschaltgabel für ein Kraftfahrzeugwechselgetriebe mit einem gabelförmig ausgebildeten Grundkörper.
Hintergrund der Erfindung
Eine Schaltgabel für ein Kraftfahrzeugwechselgetriebe ist in EP 0 967 419 A1 beschrieben. Diese Schaltgabel weist einen gabelförmig ausgebildeten Grundkörper auf. Der Grundkörper ist ein Blechpressteil. In dem Grundkörper sind Führungsaugen ausgebildet. In den Führungsaugen sind Gleitlager aus gleitförderndem Kunststoff aufgenommen. An dem Blechpressteil sind außer den Gleitlagern aus Kunststoff auch noch Gleitschuhe aus ebenfalls gleitförderndem Kunststoff für den Eingriff der Schaltgabel in eine Schiebemuffe vorgesehen. Separat zu dem Blechpressteil ist ein Schaltarm für den Eingriff eines Schaltfingers oder ähnlichem gefertigt. Der Schaltarm ist verglichen zu dem dünnen Blech des Grundkörpers aus dickerem Material durch Feinstanzen hergestellt. Der Grundkörper und der Schaltarm sind mittels geeigneter bekannter Schweißverfahren miteinander verbunden. Der Einsatz von mehreren räumlich ineinandergreifenden sowie verschiebbar auf einer Schaltwelle angeordneten dieser Schaltgabeln soll mit der beschriebenen Ausführung der Schaltgabel ermöglicht werden. Die Fertigung derartiger Schaltgabeln erfordert viele Umformschritte, und die fertigen Schaltgabeln sind vergleichsweise schwer.
Zur Vermeidung dieser Nachteile sind im Stand der Technik Schaltgabeln vorgeschlagen, die ganz oder teilweise aus Kunststoff bestehen. EP 0 633 412 B1 und DE 10 2013 113 679 A1 zeigen beispielsweise jeweils Schaltgabeln als Kunststoff-Metall-Verbundbauteile, bei denen Metallstrukturen mit Kunststoff umspritzt sind. Eine vollständig aus Kunststoff bestehende Schaltgabel ist aus DE 199 27 321 A1 bekannt.
Die Kunststoffschaltgabeln und Kunststoff-Metall-Verbundschaltgabeln aus dem Stand der Technik weisen den Nachteil auf, dass das Wärmedehnungsverhalten der zum Spritzen verwendeten Thermoplaste sich von dem Wärmeausdehnungskoeffizienten von Stahl unterscheidet. Dadurch müssen höhere Toleranzen vorgehalten werden, und eine ausreichend steife Befestigung der Schaltgabel auf der Schaltstange gestaltet sich schwierig.
Die nachveröffentlichte DE 10 2015 120 635 A1 zeigt eine Kunststoffschaltgabel mit einem faserhaltigen Grundkörper und einem Mantelkörper. Sie weist einen Schaltarm auf, der mit einem Schaltfinger einer Schaltwelle in Eingriff gebracht werden kann.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Kunststoffschaltgabel für ein Kraftfahrzeugwechselgetriebe mit einem gabelförmig ausgebildeten Grundkörper zu schaffen, die die vorstehend genannten Nachteile vermeidet.
Diese Aufgabe wird durch eine Kunststoffschaltgabel mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den anhängigen Patentansprüchen.
Erfindungsgemäß weist die Schaltgabel einen gabelförmigen Grundkörper und einen Mantelkörper auf, die aus unterschiedlichen Kunststoffen hergestellt sind. Die Schaltgabel ist damit aus einem Verbundwerkstoff hergestellt. Dadurch dass beide Materialien Kunststoffe sind, weisen sie einen vergleichbaren thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf, so dass sich die Bauteile bei unterschiedlichen Temperaturen nicht voneinander lösen.
Der Grundkörper besteht aus einem faserhaltigen Kunststoff. Durch den faserverstärkten Kunststoff kann die Festigkeit im Vergleich zu einem faserlosen Kunststoff signifikant verstärkt werden. Dazu kann der Werkstoff lange Fasern aufweisen. Die Fasern können beispielsweise als Kohlefasern oder Glasfasern ausgebildet sein.
Der Mantelkörper umgibt den Grundkörper zumindest in den Bereichen, in denen die Schaltgabel mit nebengeordneten Schaltelementen in Eingriff kommt. Dadurch ist der faserhaltige Grundkörper vor direktem Kontakt geschützt, so dass keine erhöhte Abrasion erfolgt, weil die Schaltelemente nicht quer zur Faserrichtung unmittelbar auf den Grundkörper einwirken können. An den Kontaktflächen der Schaltelemente tritt daher kein erhöhter Verschleiß auf.
Der Mantelkörper ist aus einem faserlosen Kunststoff hergestellt. Dazu kann der Grundkörper beispielsweise mit einer Matrix aus Kunststoff umspritzt werden, wobei beim Umspritzen Kurvenbahnen für die nebengeordneten Schaltelemente hergestellt werden.
Vorzugsweise ist der Grundkörper als ein im Wesentlichen ebenes Bauteil ausgebildet, was die Herstellung erleichtert.
Der Grundkörper weist in einer Ausbildung eine faserhaltige Schicht auf, in der die Fasern gleichgerichtet sind. In einer anderen Ausbildung weist der Mantelkörper mehrere derartige Schichten auf, deren Faserorientierung in jeweils unterschiedliche Richtungen erfolgt. So kann eine Schicht axial gerichtet sein und eine andere 45° versetzt dazu. Damit können auch schräg eingeleitete Kräfte wirksam abgestützt werden. Die einzelnen Schichten können unterschiedlich oder gleich dick ausgebildet sein.
Die Fasern sind in einer Ausbildung der Erfindung teilweise oder vollständig als Kohlefasern ausgebildet. Die Fasern können auch teilweise oder vollständig als Glasfasern ausgebildet sein.
Der Mantelkörper und der Grundkörper können unterschiedliche Dicken aufweisen. So ist in einer Ausbildung vorgesehen, dass die Bereiche des Mantelkörpers, die belastet sind, eine größere Dicke aufweist als der Grundkörper. Der Grundkörper kann wiederum eine größere Dicke aufweisen als die in der Regel gleichmäßig belasteten oder weniger belasteten Teile des Mantelkörpers.
Vorzugsweise umhüllt der Mantelkörper den Grundkörper komplett, so dass dieser gekapselt und vor äußeren Einflüssen geschützt ist. Alternativ ist der Grundkörper nur an den Bereichen, die mit anderen Bauteilen in Kontakt stehen, vom Mantelkörper bedeckt. Dadurch kann die Vorrichtung leichter bauen.
Als Werkstoff für den Mantelkörper ist in einer Ausbildung PA46 vorgesehen. Vorzugsweise wird der Mantelkörper hergestellt, indem der Grundkörper umspritzt wird. Beim Umspritzen können ein Führungsauge, Gleitschuhe, Anbindungen für eine Schaltwelle oder eine Schaltwalze wie Schaltmäuler, Pins oder Eingriffselemente und andere Funktionselemente in die Mantelfläche eingebracht werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Schaltgabel mindestens zwei Gleitschuhe auf, welche gemeinsam einen für den Eingriff oder den Umgriff einer Schiebemuffe vorgesehen sind.
Die Schaltgabel kann einen Gabelkörper aus Duroplast aufweisen. Hochfeste Duroplaste weisen Längenausdehnungskoeffizienten auf, die dem von Stahl ähneln. So weist beispielsweise Hexigon PF 1110 einen Längenausdehnungskoeffizienten α von 13.10-6 K^-1 auf, was in etwa dem Längenausdehnungskoeffizienten von Stahl α_Fe 12.10-6 K^-1 entspricht. In dem für den Betrieb der Schaltgabel vorgesehenen typischen Temperaturbereich von -30°C bis 120°C beträgt die Abweichung in der Längendehnung weniger als 0,2%. Bei mit einem derartigen Duroplast ummantelten Stahlbauteilen sind daher längendehnungsinduzierte zusätzliche Spannungen vernachlässigbar, so dass die Bauteile nicht voneinander abheben oder sich lösen.
Auch das Elastizitätsmodul von Duroplast ist deutlich konstanter über den relevanten Temperaturbereich im Vergleich zu Themoplasten. Die Steifigkeit des Schaltelements und damit der Schaltweg sind daher wenig temperaturabhängig, so dass der Fahrer ein gleichmäßiges Schaltgefühl wahrnimmt.
Aufgrund ihrer spröden Eigenschaften sind Duroplaste schwer zu bearbeiten. Während der Polykondensation entstehen zudem häufig Eigenspannungen, die die Schaltgabeln springen oder zerbröseln lassen. Dieser Nachteil kann etwas kompensiert werden, indem Füllstoffe zugesetzt werden, die als Fasern oder Mineralstoffe die Sprödheit reduzieren.
Der Grundkörper oder der Mantelkörper können aus Gründen der Steifigkeit der Schaltgabel für hohe Belastungen mit Sicken oder ähnlichen Verstärkungen versehen werden.
Die Schaltgabel kann an dem Grundkörper befestigte sowie die räumliche Struktur der Schaltgabel versteifende Formteile aufweisen. Dazu kann ein Schaltarm mit einem Schaltmaul vorgesehen sein, das zusätzlich eine versteifende Funktion übernimmt. Das Formteil ist entweder separat zu dem Grundkörper oder gemeinsam mit diesem hergestellt. Ist das Formteil aus Blech gefertigt, sind zu seiner Herstellung umformtechnische Verfahren wie Biegen, Pressen und Ziehen einsetzbar.
Eigenschaften der Schaltgabel, wie hohe Steifigkeit unter Belastung oder gewollt elastisches Nachgeben, sind gezielt durch die Ausführung und Befestigung des Formteiles zu erreichen.
Mit Versteifungsrippen an dem Formteil oder am Schaltgabelgrundkörper, der Wahl eines Profils mit hohen oder niedrigen Widerstandsmomenten gegen Biegung und/oder Torsion, der Wahl der Befestigungsart des Formteiles an dem Grundkörper und der Lage der Befestigung des Formteiles an dem Grundkörper sind diese Eigenschaften zu beeinflussen.
Ein separates Führungsauge zur Anbindung der Schaltgabel an die Schaltstange ist nicht erforderlich.
Figurenliste
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

1 eine erste erfindungsgemäße Schaltgabel in einer perspektivischen Ansicht und
2 eine zweite erfindungsgemäße Schaltgabel in einer perspektivischen Ansicht.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die 1 und 2 zeigen eine Schaltgabel 1 für ein Kraftfahrzeugzahnräderwechselgetriebe. Die Schaltgabel 1 verschiebt in diesem eine nicht dargestellte Schiebemuffe.
Die Schaltgabel 1 weist einen gabelförmigen Korpus 2 mit einem im Querschnitt U-förmig ausgebildeten Profil von in seinem Verlauf wechselnder Breite auf. Der Grundkörper 2 ist bogenförmig gebogen und läuft in Gabelenden 3 aus. Die Gabelenden 3 sind etwa 180° versetzt zueinander und sind dazu bestimmt, eine Schiebemuffe zu umgreifen.
Der gabelförmige Korpus 2 weist in seinem Inneren einen in der Darstellung nicht sichtbaren Grundkörper aus einem faserhaltigen Kunststoff auf, der von einem Mantelkörper 10 aus einem faserlosen Kunststoff vollständig eingeschlossen ist.
An den Gabelenden 3 sowie im Mittenbereich 4, der von den Gabelenden 3 jeweils etwa 90° versetzt ist, weist die Schaltgabel 1 Gleitschuhe 5 auf. Die Gleitschuhe 5 bestehen aus einem Gleitmaterial und sind vorliegend fest mit dem Grundkörper 2 verbunden.
Der gabelförmige Korpus 2 der Schaltgabel 1 weist Versteifungsrippen 6 auf. Durch die Versteifungsrippen 6 kann Material eingespart werden, ohne dass die Steifigkeit leidet.
Um die Schaltkräfte gut übertragen zu können, verbreitert sich der Grundkörper 2 von den Schaltgabelenden 3 zum Mittenbereich 4. Der von der Schiebemuffe abgewandte Rücken 7 verjüngt sich damit ausgehend von einer Schaltstange 8 hin zu den Gabelenden 3 gleichmäßig.
Die Kunststoffschaltgabel 1 bildet ein Zwischenglied zur Übertragung von Schalt- bzw. Wählbewegungen, insbesondere von einem Fuß- oder Handschalthebels eines Motorrads zu einem Getriebe des Motorrads.
Die Kunststoffschaltgabel 1 nach 2 ist von dem faserlosen Kunststoff außenseitig umgeben. Der Mantelkörper 10 fasst dazu den Grundkörper 11 ringförmig ein und weist eine größere Stärke in Axialrichtung auf als der innenliegende Grundkörper 11.
An ihrer Basis weist die Kunststoffschaltgabel eine Schaltstangenführung 8 in Form einer Durchgangsausnehmung auf. An der Schaltstangenführung 8 ist im Spritzgussverfahren einteilig ein Stift 12 ausgebildet, der in eine Schaltwalze oder ein anderes nebengeordnetes Schaltungsbauteil eingreifen kann.
Die einzelnen Kunststofflagen sind stoffschlüssig miteinander verbunden.
Bezugszeichenliste

1: Schaltgabel
2: gabelförmige Korpus
3: Gabelende
4: Mittenbereich
5: Gleitschuh
6: Versteifungsrippen
7: Rücken
8: Schaltstangenführung
9: Schaltgabelanbindung
10: Mantelkörper
11: Grundkörper
12: Stift

Claims

Kunststoffschaltgabel (1) für ein Kraftfahrzeuggetriebe, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffschaltgabel (1) einen Grundkörper (11) aus einem faserhaltigen Werkstoff und einen Mantelkörper (10) aus einem faserlosen Werkstoff aufweist, wobei der Mantelkörper (10) den Grundkörper (11) umgibt, wobei die Kunststoffschaltgabel (1) ein Führungsauge (8) aufweist, an dem ein Stift (12) zum Eingriff mit einer Schaltwalze angeordnet ist.
Kunststoffschaltgabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantelkörper (10) den Grundkörper (11) vollständig einschließt.
Kunststoffschaltgabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantelkörper durch Umspritzen des Grundkörpers (11) gebildet ist.
Kunststoffschaltgabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (11) Glasfasern oder Kohlefasern aufweist.
Kunststoffschaltgabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (11) aus Glasfaser oder aus Kohlefaser besteht.
Kunststoffschaltgabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (11) eine konstante Dicke aufweist.
Kunststoffschaltgabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantelkörper (10) aus einer Kunststoffmatrix besteht.
Kunststoffschaltgabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffschaltgabel (1) Gleitschuhe (5) aufweist, die aus dem Werkstoff des Mantelkörpers (10) bestehen.