DE10238517A1

DE10238517A1 - Bauteile für Automatikgetriebe aus Kunststoff und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE10238517A1
Application number: DE2002138517
Authority: DE
Inventors: Reinhold Platz; Jeffrey Kozody; Matthias Schuemann
Original assignee: Ticona GmbH
Current assignee: Ticona GmbH
Priority date: 2002-08-21
Filing date: 2002-08-21
Publication date: 2003-10-09

Abstract

Beschrieben werden Bauteile für Automatikgetriebe, wie Kanalplatten, Ventilgehäuse, Speicherkolben oder Ventilträger aus Kunststoff. Diese lassen sich für Hydrauliksteuergeräte von Automatikgetrieben einsetzen, bei denen mindestens eine der Oberflächen eine Ebenheitstoleranz von weniger als 0,3 mm bzw. eine Rundheitstoleranz von weniger als 0,1 mm aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Bauteile für Automatikgetriebe, also Kanalplatten, Ventilgehäuse, Steuerventile oder Speicherkolben, für den Einsatz in Hydrauliksteuergeräten für Automatikgetriebe sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.
Integraler Bestandteil von Automatikgetrieben ist das Hydrauliksteuergerät, in dem die elektromagnetischen Stellglieder und hydraulischen Nachfolgeschieber angeordnet sind. Bei Automatikgetrieben steuert eine Getriebesteuerung mittels dieser elektromagnetischen und/oder hydraulischen Stellglieder außerhalb der Schaltungen das Druckniveau der geschlossenen Kupplungen bzw. steuert während der Schaltung den Schaltzustand und den Druckverlauf der an der Schaltung beteiligten Kupplungen. In derartigen Hydrauliksteuergeräten für Automatikgetriebe kommen Bauteile, wie Kanalplatten, Ventilgehäuse, Steuerventile oder Speicherkolben zum Einsatz.
Bislang werden derartige Bauteile für Automatikgetriebe für kommerzielle Anwendungen aus Aluminiumdruckguss hergestellt. Diese Teile müssen nach ihrer Herstellung aufwendig spanend bearbeitet werden. Infolge der geforderten hohen Ebenheits- oder Oberflächentoleranzen müssen diese Teile geschliffen werden und die notwendigen Bohrungen oder Einfräsungen werden ebenfalls spanend eingebracht.

Es hat bereits Versuche gegeben, diese Teile mit ihren sehr hohen Anforderungen an Ebenheit und Bohrungstoleranzen aus Kunststoffen herzustellen. So beschreibt die DE-A-198 12 052 Kanalplatten oder Ventilgehäuse aus Kunststoff.

Diese Ansätze haben sich bislang kommerziell nicht durchsetzen können, da die Bauteile einen zu großen Verzug aufweisen und/oder da die geforderten Toleranzen nicht eingehalten werden konnten.

Mit der vorliegenden Erfindung wird erstmalig die Herstellung von Bauteilen für Automatikgetriebe aus Kunststoff ermöglicht, bei denen die erforderlichen hohen Ebenheits- und Bohrungstoleranzen eingehalten werden können und die den hohen thermischen Anforderungen genügen sowie eine ausgezeichnete Chemikalienbeständigkeit aufweisen. Die erfindungsgemäßen Bauteile für Automatikgetriebe lassen sich auf einfache Art und Weise herstellen und erfordern keine aufwendige und kostenintensive Nachbearbeitung. Auch das Einbringen von Bohrungen kann entfallen, da diese bereits bei der Herstellung der Bauteile erzeugt werden können.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein ebenes oder rundes Bauteil für Automatikgetriebe aus Kunststoff für Hydrauliksteuergeräte von Automatikgetrieben, welches im Fall von ebenen Bauteilen an mindestens einer der Oberflächen eine Ebenheitstoleranz von weniger als 0,3 mm, vorzugsweise im Bereich von 0,01 bis 0,2 mm, und insbesondere im Bereich von 0,01 bis 0,13 mm aufweist, im Fall von runden Bauteilen an mindestens einer der Oberflächen eine Rundheitstoleranz von weniger als 0,1 mm, und vorzugsweise im Bereich von 0,005 bis 0,05 mm aufweist, und beim Vorhandensein von Bohrungen eine Bohrungstoleranz von weniger als 0,1 mm, vorzugsweise im Bereich von 0,005 bis 0,05 mm über die gesamte Länge der Bohrung aufweist.
Ganz besonders weisen beide Oberflächen des Bauteils die oben definierte Toleranzen auf.
Zur Ermittlung der Ebenheitstoleranz stellt man die zu beschreibende Fläche durch zwei parallele Ebenen dar. Diese verlaufen einerseits durch den höchsten Punkt und andererseits durch den tiefsten Punkt der zu beschreibenden Fläche. Der Abstand zwischen den beiden parallelen Ebenen entspricht der Ebenheitstoleranz der zu beschreibenden Fläche.
Zur Ermittlung der Rundheitstoleranz stellt man die zu beschreibende Fläche durch zwei konzentrische Kreise dar. Diese verlaufen einerseits durch den höchsten Punkt und andererseits durch den tiefsten Punkt der zu beschreibenden Fläche. Der Abstand zwischen den beiden konzentrischen Kreisen entspricht der Rundheitstoleranz der zu beschreibenden Fläche.
Die erfindungsgemäßen Bauteile können aus beliebigen Kunststoffen bestehen.
Als Kunststoffe können duroplastische und/oder thermoplastische Kunststoffe eingesetzt werden. Auch homogene und heterogene Kunststoffmischungen können verwendet werden.
Beispiele für duroplastische Kunststoffe sind härtbare Polyester, Phenolharze oder insbesondere Epoxidharze.
Beispiele für thermoplastische Kunststoffe sind Polyacetale, Polyester, insbesondere Polybutylenterephthalat und/oder Polyethylenterephthalat, aliphatische und aromatische Polyamide, Polyarylensulfide, wie Polyphenylensulfid, Polyarylenoxide, wie Polyphenylenoxid, Polyarylensulfone, wie Polyphenylensulfon, Polyarylenethersulfone, wie Polyphenylkenethersulfon, Polyarylenetherketone, wie Polyphenylenetherketon (PEK) oder Polyphenylenetheretherketon (PEEK), Polyimide, Polyetherimide, Polycarbonate, oder Polyacrylate, wie Polymethacrylat.
Vorzugsweise werden thermoplastische Kunststoffe eingesetzt und ganz besonders bevorzugt teilkristalline und amorphe thermoplastische Kunststoffe. Bei den amorphen Kunststoffen handelt es sich um thermoplastische Kunststoffe, die im DSC-Diagramm keine Kristallitschmelzbereiche aufweisen.
Die beschriebenen duroplastischen und thermoplastischen Kunststoffe können übliche Hilfs-, Zusatz-, Füll- und Verstärkungsmittel enthalten, welche die Verarbeitung bzw. Weiterverarbeitung erleichtert und/oder welche dem Weiterverarbeitungsprodukt gewünschte Eigenschaften verleihen.
Beispiele für Zusatzstoffe sind Füllstoffe und/oder insbesondere Verstärkungsstoffe, wie Farbstoffe oder organische oder anorganische Pigmente, beispielsweise Azo- und Diazopigmente, Metallkomplexpigmente, Titandioxid, Eisenoxid, Chromoxid, Ultramann Pigmente, Aluminiumsilikat-Pigmente oder Ruß; Antistatika, wie Ruß; Verstärkungsmittel, wie Fasern aus unterschiedlichsten Materialien, wie Glas, Kohlenstoff oder Metall; oder mineralische Füllstoffe, wie Calciumcarbonat, Kaolin, Tone, Titandioxid, Aluminium-Trihydrat, Wollastonit, Talkum, Pyrophyllit, Quarz, Silikate, Bariumsulfat, Antimonoxid, Glimmer, Calciumsulfat, Magnesiumhydroxid oder Feldspat; synthetische Füllstoffe, wie Ruß, synthetische Silikate, feste und hohle Microspheres, auf Glas basierende Additive, metallische Additive, wie Aluminium-, Eisen- oder Silberpulver, oder magnetische Additive.
Beispiele für weitere Zusatzstoffe sind Antioxidantien, sowie Verarbeitungshilfsmittel, wie Entformungsmittel, Gleitmittel oder Haftmittel.
Bevorzugte Zusatzstoffe sind Verstärkungsfasern, insbesondere Glas-, Aramid- und/oder Kohlefasern.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung liegt das erfindungsgemäße Bauteil als mikrozellulärer Schaum vor. Das bedeutet, dass die im Schaum vorhandenen Poren einen mittleren Porendurchmesser von 1 bis 50 µm, vorzugsweise von 5 bis 30 µm aufweisen. Die Porendurchmesser können beispielsweise mittels REM-Aufnahmen ermittelt werden.
Die Oberflächen der erfindungsgemäßen Bauteile müssen nicht zwingend völlig plan sein, sondern können im Rahmen der oben definierten Toleranzen vorbestimmte Erhebungen oder Vertiefungen aufweisen. Für Ventilgehäuse, Speicherkolben und Steuerventile sind neben platten- bzw. walzenförmigen Ausgestaltungen auch Formen mit komplizierterer dreidimensionaler Gestalt denkbar. In diesen Fällen ist darauf zu achten, dass die Winkelverzuge vorgegebene Größen nicht überschreiten.
Bevorzugt werden Bauteile, insbesondere Kanalplatten, Ventilgehäuse, Speicherkolben oder Steuerventile, die aus faserverstärktem thermoplastischem Kunststoff bestehen.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Bauteile durch Spritzprägeguss. Dieses umfasst die Massnahmen:

a) Bereitstellen einer mit einem Schneckenzylinder einer Spritzgussmaschine verbundenen Spritzgussform für ein Bauteil für Automatikgetriebe, die eine bewegliche Wand aufweist und die sich in einer Ausgangsposition befindet,
b) Einbringen einer solchen Menge von plastifizierter Kunststoff- Formmasse aus dem Schneckenzylinder in die Spritzgussform, dass die Spritzgussform nicht vollständig gefüllt wird, und
c) Bewegen der beweglichen Wand von der Ausgangsposition in eine Endposition, wobei sich das von der Spritzgussform umschlossene Volumen so weit verringert, bis die plastifizierte Kunststoff-Formmasse das Spritzgusswerkzeug vollständig ausfüllt.

Es hat sich gezeigt, dass durch den Einsatz von Spritzgusswerkzeugen mit mindestens einer beweglichen Wand (sogenannten Tauchkantenwerkzeugen) wesentlich engere Toleranzen gespritzt werden können, als dieses mit konventionellen Spritzgussvorrichtungen möglich ist.
Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass beim Einsatz von Tauchkantenwerkzeugen bei der Herstellung von faserverstärkten Thermoplasten die Faserorientierung stark reduziert wird. Die erhaltenen Produkte weisen folglich isotrope mechanische und thermische Eigenschaften auf.
Da die Herstellung der Produkte drucklos oder praktisch drucklos erfolgt, werden Scherungen der plastifizierten Formmasse im Werkzeug praktisch vermieden. Das Ergebnis ist eine größere Ebenheits- bzw. Rundungs- bzw. Bohrungstoleranz des Produktes.
Beim Einsatz langfaser-verstärkter Thermoplaste ergibt sich durch den Spritzprägeguss eine wesentlich größere Isotropie der Bauteile durch Verringerung der Faserorientierung, was zu wesentlich engeren Toleranzen führt.
In einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird aus der Kunststoff- Formmasse ein mikrozellulärer Schaum erzeugt.
Es wurde jetzt gefunden, dass infolge der Erzeugung eines mikrozellulären Schaums Bauteile für Automatikgetriebe, insbesondere Kanalplatten, Ventilgehäuse, Speicherkolben oder Steuerventile, erhalten werden können, bei denen die Ausbildung von Spannungen wesentlich reduziert ist. Dieses wirkt sich vorteilhaft auf die Gebrauchs- und Verarbeitungseigenschaften dieser Produkte aus.
Es wird angenommen, dass infolge der Ausbildung von Mikroporen bei der Herstellung der Produkte ein wesentlicher Teil des Schwundes des geschäumten Kunststoffteils kompensiert wird.
Die Erfindung betrifft daher auch ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen für Automatikgetriebe, insbesondere einer Kanalplatte, eines Ventilgehäuses, eines Speicherkolbens oder Steuerventils aus mikrozellulärem Kunststoff im Spritzgussverfahren umfassend die Maßnahmen:

a) Bereitstellen einer mit einem Schneckenzylinder einer Spritzgussmaschine verbundenen Spritzgussform für ein Bauteil für ein Automatikgetriebe, die gegebenenfalls eine bewegliche Wand aufweist und die sich in einer Ausgangsposition befindet,
b) Einbringen einer solchen Menge von plastifizierter, unter Überdruck stehender und ein Fluid im überkritschen Zustand aufweisender Kunststoff-Formmasse aus dem Schneckenzylinder in die Spritzgussform, dass die Spritzgussform nicht vollständig gefüllt wird, wobei sich Kunststoff-Formmasse und Fluid entspannen und sich in der Spritzgussform unter Vergrößerung des Volumens ein mikrozellulärer Schaum ausbildet, der gasgefüllte Mikroporen mit einem mittleren Porendurchmesser von ein bis fünfzig Mikrometer aufweist, und gegebenenfalls
c) Bewegen der gegebenenfalls vorhandenen beweglichen Wand von der Ausgangsposition in eine Endposition, wobei sich das von der Spritzgussform umschlossene Volumen so weit verringert, bis der mikrozelluläre Schaum aus plastifizierter Kunststoff-Formmasse das Spritzgusswerkzeug vollständig ausfüllt.

Das vorstehend dargestellte erfindungsgemäße Verfahren lässt sich somit in zwei Varianten ausführen, wobei Variante A) den Einsatz eines konventionellen Spritzgusswerkzeuges und Variante B) den Einsatz eines Tauchkantenwerkzeuges umfasst.
Die Mikroporen des Kunststoffes enthalten Gase, die bei der Herstellung als Treibmittel eingesetzt worden sind. Dabei kann sich im Laufe der Zeit ein gewisser Gasaustausch zwischen der Umgebungsluft und dem Inhalt der Mikroporen stattfinden.
Als Treibmittel wählt man vorzugsweise Gase oder Fluide, die inert sind, d. h. den Kunststoff nicht oder nicht nennenswert chemisch verändern, und/oder die sich leicht in einen überkritischen Zustand überführen lassen. Beispiele für bevorzugte Treibmittel sind Stickstoff, Ammoniak, Kohlendioxid, Schwefeldioxid, Argon, fluorhaltige Kohlenwasserstoffe, Luft oder deren Kombinationen.
Die Herstellung von Schäumen enthaltend Mikroporen mittels überkritscher Fluide durch Spritzgussverfahren ist an sich bekannt. Dazu wird ein Fluid in den Schneckenzylinder einer Spritzgussvorrichtung im Schneckenvorraum eingebracht, so dass sich das Fluid in der verdichteten und plastifizierten Kunststoff-Spritzmasse im überkritischen Zustand vorliegt. Nach dem Einspritzen dieser Zusammensetzung in das Werkzeug bildet sich infolge einer plötzlichen Entspannung unter Volumenvergrößerung ein mikrozellulärer Schaum aus. Dabei wirkt das im überkritischen Zustand vorliegende Fluid als Treibmittel und das entstehende geschäumte Produkt kann das gesamte Werkzeug ausfüllen oder dies erfolgt durch die gegebenenfalls nachgeschaltete Bewegung der Tauchkante des Werkzeugs. Im Werkzeug herrscht üblicherweise kein oder nur ein geringer Überdruck.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung von Spritzgussformen mit mindestens einer beweglichen Wand (Tauchkantenwerkzeug) zur Herstellung von Bauteilen für Automatikgetriebe, vorzugsweise für Kanalplatten, Ventilgehäuse, Speicherkolben oder Steuerventile aus Kunststoff für Hydrauliksteuergeräte von Automatikgetrieben.

Claims

1. Ebenes oder rundes Bauteil aus Kunststoff für Hydrauliksteuergeräte von Automatikgetrieben, dadurch gekennzeichnet, dass dieses im Fall von ebenen Bauteilen an mindestens einer der Oberflächen eine Ebenheitstoleranz von weniger als 0,3 mm aufweist, im Fall von runden Bauteilen an mindestens einer der Oberflächen eine Rundheitstoleranz von weniger als 0,1 mm aufweist, und beim Vorhandensein von Bohrungen eine Bohrungstoleranz von weniger als 0,1 mm, über die gesamte Länge der Bohrung aufweist.

2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine Kanalplatte oder ein Ventilgehäuse handelt.

3. Bauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine, vorzugsweise beide der Oberflächen der Kanalplatte oder des Ventilgehäuses eine Ebenheitstoleranz im Bereich von 0,01 bis 0,2 mm, insbesondere im Bereich von 0,01 bis 0,13 mm aufweist.

4. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um ein Speicherkolben oder um ein Steuerventil handelt, wobei mindestens eine, vorzugsweise beide der Oberflächen eine Rundheitstoleranz im Bereich von 0,005 bis 0,05 mm aufweist.

5. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses aus thermoplastischem Kunststoff besteht, der vorzugsweise faserverstärkt ist.

6. Bauteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoplastische Kunststoff ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Polyacetalen, Polyestern, insbesondere Polybutylenterephthalat und/oder Polyethylenterephthalat, aliphatischen oder aromatischen Polyamiden, Polyarylensulfiden, Polyarylenoxiden, Polyarylensulfonen, Polyarylenethersulfonen, Polyarylenetherketonen, Polyimiden, Polyetherimiden, Polycarbonaten oder Polyurethanen.

7. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses aus mikrozellulärem Schaum aus gegebenenfalls faserverstärktem thermoplastischem Kunststoff besteht, dessen gasgefüllte Mikroporen einen mittleren Porendurchmesser im Bereich von ein bis fünfzig Mikrometer aufweisen.

8. Verfahren zur Herstellung des Bauteils nach Anspruch 1 im Spritzprägeverfahren umfassend die Massnahmen:

a) Bereitstellen einer mit einem Schneckenzylinder einer Spritzgussmaschine verbundenen Spritzgussform für ein Bauteil für ein Automatikgetriebe, die eine bewegliche Wand aufweist und die sich in einer Ausgangsposition befindet,

b) Einbringen einer solchen Menge von plastifizierter Kunststoff- Formmasse aus dem Schneckenzylinder in die Spritzgussform, dass die Spritzgussform nicht vollständig gefüllt wird, und

c) Bewegen der beweglichen Wand von der Ausgangsposition in eine Endposition, wobei sich das von der Spritzgussform umschlossene Volumen so weit verringert, bis die plastifizierte Kunststoff- Formmasse das Spritzgusswerkzeug vollständig ausfüllt.

9. Verfahren zur Herstellung des Bauteils nach Anspruch 7 im Spritzgussverfahren umfassend die Maßnahmen

a) Bereitstellen einer mit einem Schneckenzylinder einer Spritzgussmaschine verbundenen Spritzgussform für ein Bauteil für ein Automatikgetriebe, die gegebenenfalls eine bewegliche Wand aufweist und die sich in einer Ausgangsposition befindet,

b) Einbringen einer solchen Menge von plastifizierter, unter Überdruck stehender und ein Fluid im überkritschen Zustand aufweisender Kunststoff-Formmasse aus dem Schneckenzylinder in die Spritzgussform, dass die Spritzgussform nicht vollständig gefüllt wird, wobei sich Kunststoff-Formmasse und Fluid entspannen und sich in der Spritzgussform unter der Vergrößerung des Volumens ein mikrozellulärer Schaum ausbildet, der gasgefüllte Mikroporen mit einem mittleren Porendurchmesser von ein bis fünfzig Mikrometer aufweist, und gegebenenfalls

c) Bewegen der gegebenenfalls vorhandenen beweglichen Wand von der Ausgangsposition in eine Endposition, wobei sich das von der Spritzgussform umschlossene Volumen so weit verringert, bis der mikrozellulärer Schaum aus plastifizierter Kunststoff-Formmasse das Spritzgusswerkzeug vollständig ausfüllt.

10. Verwendung von Spritzgussformen mit mindestens einer beweglichen Wand zur Herstellung von Bauteilen für Automatikgetriebe, insbesondere von Kanalplatten, Ventilgehäusen, Speicherkolben oder Steuerventilen aus Kunststoff für Hydrauliksteuergeräte von Automatikgetrieben.