DE10049245B4

DE10049245B4 - Schaltmechanismus für ein Wechselgetriebe

Info

Publication number: DE10049245B4
Application number: DE2000149245
Authority: DE
Inventors: Andreas Hegerath; Frank Schmitz
Original assignee: Ford Werke GmbH; Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG; Ford Werke GmbH
Priority date: 2000-09-28
Filing date: 2000-09-28
Publication date: 2010-03-25
Anticipated expiration: 2020-09-29
Also published as: DE10049245A1

Abstract

Schaltmechanismus mit definierter Endlage für ein Wechselgetriebe mit einem Lagerzapfen und einer den Lagerzapfen teilweise umgebenden, axial verschiebebeweglichen hülsenförmigen Schaltwelle, enthaltend eine den Lagerzapfen umgebende Spiralfeder, welche sich an ihren Enden jeweils am Lagerzapfen und/oder an der Schaltwelle abstützt, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralfeder (4, 4') von einer Hülse (3, 3') umgeben ist, deren radial einwärts gebogenen Enden (2, 6) als axiale Anschläge für die Spiralfeder wirken, wobei mindestens eines der einwärts gebogenen Enden (6) einen hinreichend großen radialen Abstand zum Lagerzapfen (8, 8') aufweist, so dass die Schaltwelle (7, 7') zwischen Lagerzapfen und Hülse in die Hülse eintreten und die Spiralfeder komprimieren kann.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schaltmechanismus für ein Wechselgetriebe mit einem Lagerzapfen und einer den Lagerzapfen teilweise umgebenden, axial verschiebebeweglichen hülsenförmigen Schaltwelle, enthaltend eine den Lagerzapfen umgebende Spiralfeder, welche sich an ihren Enden jeweils am Lagerzapfen und/oder an der Schaltwelle abstützt.
Ein Schaltmechanismus der eingangs genannten Art ist aus der DE 31 36 923 C1 bekannt. Bei diesem Schaltmechanismus ist ein im wesentlichen zylindrischer Lagerzapfen fest mit dem Getriebegehäuse verbunden. Der Lagerzapfen wird von einer hülsenförmigen Schaltwelle teilweise umgeben, wobei die Schaltwelle relativ zur Achse des Lagerzapfens axial verschiebebeweglich sowie um diese Achse drehbar ist, um auf diese Weise verschiedene Gänge einlegen zu können. Die Axialverschiebung der Schaltwelle relativ zum Lagerzapfen entspricht dem Positionieren des Handschalthebels in einer von mehreren zur Verfügung stehenden Schaltgassen, nämlich den Schaltgassen für den ersten und zweiten Gang, für den dritten und vierten Gang, für den Rückwärtsgang und für den fünften Gang. Eine Drehung der Schaltwelle um ihre Längsach se bewirkt das Einlegen eines der Gänge, die in der eingestellten Schaltgasse auswählbar sind.
Um die Schaltwelle relativ zum Lagerzapfen in einer definierten axialen Neutralposition (typischerweise in der Schaltgasse des dritten und vierten Ganges) zu halten, ist bei der DE 31 36 923 C1 ein Federmechanismus vorgesehen. Dabei ist um den Lagerzapfen herum eine Spiralfeder angeordnet, welche ihrerseits hülsenartig von der Schaltwelle umgeben wird. Die beiden Enden der Spiralfeder sind mit Federtellern abgedeckt, wobei für jeden der Federteller gilt, dass er sich einerseits an einem zugeordneten, nach innen gerichteten Vorsprung der Schaltwelle und andererseits an einem zugeordneten, nach außen gerichteten Vorsprung des Lagerzapfens abstützen kann. Bei einer axialen Relativverschiebung zwischen dem Lagerzapfen und der Schaltwelle verschieben sich auch die genannten Vorsprünge auf diesen Elementen, wobei es immer einen Vorsprung am Lagerzapfen und einen am entgegengesetzten Ende der Spiralfeder liegenden Vorsprung an der Schaltwelle gibt, die sich aufeinander zu bewegen und daher die Spiralfeder zwischen sich komprimieren. Eine axiale Verschiebung der Schaltwelle aus der Neutralposition heraus ruft somit in beiden Richtungen eine Rückstellkraft durch die Spiralfeder hervor. Nachteilig an dem bekannten Mechanismus ist allerdings, dass der zusammenbau des Federmechanismus verhältnismäßig aufwendig ist. In den Ringspalt zwischen Lagerzapfen und Schaltwelle muss zunächst ein erster Federteller eingebracht werden, dann die Spiralfeder mit einem zweiten Federteller am anderen Ende. Abschließend müssen Sicherungsringe in umlaufende Nuten auf dem Lagerzapfen sowie an der Innenseite der zylindrischen Bohrung in der Schaltwelle eingesetzt werden, was auf engem Raum und unter Gegendruck durch die Feder geschehen muss. Entsprechend schwierig und aufwendig gestaltet sich eine De montage des Federmechanismus im Rahmen einer Reparatur oder Wartung.
Aus der DE 34 46 357 A1 ist ein Schaltmechanismus für ein Wechselgetriebe bekannt, bei dem ein Lagerzapfen eine axial bewegliche Hülse trägt, die bei fehlender Betätigung durch zwei Schraubenfedern in eine axiale Grundposition gebracht werden soll. Hierzu ist an beiden Enden der Hülse jeweils ein Sprengring vorgesehen, der jeweils mit einer an beiden Enden vorgesehen Federführung in Eingriff steht, die jeweils wiederum mit jeweils einer Schraubenfeder in Verbindung steht. Die Sprengringe erlauben der Hülse bei der Bewegung in eine axiale Richtung ein Hindurchbewegen durch eine Federführung, während die andere Federführung sich mitbewegt.
Vor diesem Hintergrund war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schaltmechanismus für ein Wechselgetriebe der eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass er eine einfachere Montage und Demontage erlaubt.
Diese Aufgabe wird durch einen Schaltmechanismus nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
Der Schaltmechanismus für ein Wechselgetriebe enthält demnach einen Lagerzapfen und eine den Lagerzapfen axial teilweise umgebende, hülsenförmige, axial verschiebebewegliche Schaltwelle. Weiterhin enthält der Schaltmechanismus eine den Lagerzapfen umgebende Spiralfeder, welche sich an ihren Enden jeweils am Lagerzapfen und/oder an der Schaltwelle abstützt, um eine Rückstellkraft zwischen Schaltwelle und Lagerzapfen in Richtung einer Neutralposition zu erzeugen. Der Schaltmechanismus ist dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralfeder von einer Hülse umgeben ist, deren radial einwärts gebogene Enden als axiale Anschläge für die Spiralfeder wirken, wobei mindestens eines der einwärts gebogenen Enden einen hinreichend großen radialen Abstand zum Lagerzapfen aufweist, so dass die Schaltwelle zwischen Lagerzapfen und Hülse in die Hülse eintreten und die Spiralfeder komprimieren kann.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Federmechanismus wird eine erheblich einfachere Montage und damit auch Demontage des Schaltmechanismus möglich. Der Federmechanismus kann insbesondere in der Hülse vormontiert werden. Die Spiralfeder wird dabei komplett von der Hülse umge ben, und ihre axiale Ausdehnung wird von den gebogenen Enden der Hülse begrenzt. Dadurch ergeben sich eine definierte Vorspannung und definierte Endlagen. Die vormontierte Einheit aus Hülse und Spiralfeder kann somit auf den Lagerzapfen einfach aufgesetzt werden, ohne dass ein Einlegen von Sicherungsringen oder dergleichen unter Spannung erforderlich wäre.
Die Herstellung der Einheit aus Hülse und Spiralfeder beginnt in der Regel mit der Herstellung einer zylindrischen Hülse mit einem einseitig einwärts gebogenen Rand. Diese Hülse ähnelt dem tiefgezogenen äußeren Käfig eines Nadellagers. Die Hülse kann je nach den Kräften und den Belastungen, denen sie erwartungsgemäß ausgesetzt wird, aus Metallblech oder aus Kunststoff bestehen. In die so vorbereitete Hülse wird vom noch offenen Ende her die Spiralfeder eingesetzt und durch Bördeln des offenen Endes in der Hülse fixiert. Auf diese Weise erhält man die vormontierte Einheit aus Hülse und Spiralfeder, welche auf den Lagerzapfen aufgesetzt werden kann. Bei der Dimensionierung der Hülse und der Spiralfeder ist natürlich darauf zu achten, dass sie einen entsprechend großen freien Innendurchmesser für den Durchtritt des Lagerzapfens bereitstellen. Weiterhin ist bei der Herstellung der Einheit darauf zu achten, dass mindestens eines der Enden der Hülse nur so weit einwärts gebogen wird, dass ein ausreichend breiter ringförmiger Spalt zwischen dem einwärts gebogenen Ende und dem eingesetzten Lagerzapfen verbleibt, so dass durch diesen Ringspalt das hülsenförmige Ende der Schaltwelle treten und die in der Einheit enthaltene Feder komprimieren kann.
Vorzugsweise wird innerhalb der Hülse an mindestens einem Ende der Spiralfeder ein Federteller angeordnet. Dieser ist ähnlich einer Unterlegscheibe ringförmig, wobei sein innerer Lochdurchmesser so groß gewählt ist, dass er den Durchtritt des Lagerzapfens erlaubt, und dessen äußerer Durchmesser so groß gewählt wird, daß eine axiale Bewegung der Scheibe in der Hülse gewährleistet ist (Freigängigkeit). Durch den oder die Federteller wird gewährleistet, dass an den Enden der Spiralfeder eine gleichmäßigere Kraftübertragung stattfindet. Weiterhin stellt ein Federteller eine größere Ringfläche zur Verfügung, an welche Elemente zur Kompression der Spiralfeder, insbesondere das Ende der Schaltwelle, angreifen können.
Gemäß einer ersten Ausgestaltungsform des Schaltmechanismus ist die Hülse relativ zum Lagerzapfen fixiert, und beide radial einwärts gebogenen Enden der Hülse weisen einen hinreichend großen radialen Abstand zum Lagerzapfen auf, so dass die Schaltwelle von beiden Seiten der Hülse her in die Hülse eintreten kann. Unabhängig davon, in welche axiale Richtung die Schaltwelle relativ zum Lagerzapfen bewegt wird, findet bei dieser Anordnung immer eine Kompression der Spiralfeder in der Hülse statt, wenn die axiale Neutralposition verlassen wird. Das heißt, dass mit einer einzigen Einheit aus Hülse und Spiralfeder Rückstellkräfte in beide Axialrichtungen erzeugt werden können.
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung des Schaltmechanismus ist die Schaltwelle fixiert und die Hülse beweglich und drehbar.
Gemäß einer dritten Ausgestaltungsform weist der Schaltmechanismus eine zweite Spiralfeder auf, die von einer zweiten Hülse umgeben ist, deren radial einwärts gebogene Enden als axiale Anschläge für die zweite Spiralfeder wirken, wobei mindestens eines der einwärts gebogenen Enden einen hinreichend großen radialen Abstand zum Lagerzapfen aufweist, so dass die Schaltwelle in die zweite Hülse eintreten und die zweite Spiralfeder komprimieren kann. Weiterhin ist diese Anordnung dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Spiralfedern mit den zugehörigen Hülsen so angeordnet sind, dass die Schaltwelle bei Eintreten in die erste Hülse die zweite Hülse verlässt und umgekehrt bei Eintreten in die zweite Hülse die erste Hülse verlässt. Mit einer derartigen Anordnung wird demnach erreicht, dass die Schaltwelle bei Verschiebung in eine erste axiale Richtung aus der Neutralposition heraus die erste Spiralfeder komprimiert und bei Verschiebung in die entgegengesetzte axiale Richtung aus der Neutralposition heraus die zweite Spiralfeder komprimiert. Bei jeder Bewegung aus der Neutralposition heraus wird somit eine Rückstellkraft in Richtung der Neutralposition auf die Schaltwelle ausgeübt. Da die jeweiligen Rückstellkräfte von verschiedenen Spiralfedern erzeugt werden, kann bei dieser Anordnung die Größe der Rückstellkräfte unterschiedlich gewählt werden.
Im Folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigen:
1 einen Querschnitt durch eine erste Ausgestaltungsform der Rückstellvorrichtung für eine Schaltwelle;
2 einen Querschnitt durch eine zweite Ausgestaltungsform der Rückstellvorrichtung für eine Schaltwelle.
In 1 ist ein Abschnitt eines zylindrischen Lagerzapfens 8 erkennbar, welcher zumindest abschnittsweise von einer hülsenförmigen Schaltwelle 7 umgeben ist. Die Schaltwelle 7 ist relativ zum Lagerzapfen 8 axial verschiebebeweglich und um den Lagerzapfen drehbar. Die Schaltwelle 7 wird von einem Gangschalthebel (nicht dargestellt) bewegt und bewirkt durch die axiale Verschiebung das Auswählen ei ner von mehreren Schaltstellungen (zum Beispiel erster/zweiter Gang, dritter/vierter Gang, fünfter Gang, Rückwärtsgang) und durch ihre Drehung um die Längsachse das Wählen einer Gasse. Ebenso ist es möglich, dass durch Verschieben das Wählen einer Gasse (1/2; 3/4; 5/6 oder 5/R) und durch Drehen das Einlegen eines Ganges erfolgt. Die diesbezüglichen Mechanismen sind bekannt und können beispielsweise der DE 31 36 923 C1 entnommen werden.
Die Figuren zeigen einen erfindungsgemäßen Mechanismus für eine vereinfachte Erzeugung einer Rückstellkraft auf die Schaltwelle 7, um diese in einer Neutralposition zu halten. Die Neutralposition kann typischerweise einer Schaltgasse zwischen drittem und viertem Gang entsprechen (Wählrückstellung). Der Mechanismus weist eine zylindrische Hülse 3 auf, welche koaxial zum Lagerzapfen 8 angeordnet ist und deren beiden Enden 2, 6 in Richtung des Lagerzapfens radial einwärts gebogen sind. Innerhalb der Hülse 3 ist eine Spiralfeder 4 angeordnet, welche unter einer Vorspannung steht. Der Durchmesser der Spiralfeder 4 ist so gewählt, dass sie den Lagerzapfen 8 in ihrem Inneren aufnehmen kann und mit ihren Enden an den einwärts gebogenen Enden 2, 6 der Hülse 3 anstößt.
In der Ausgestaltungsform nach 1 sind die beiden Enden der Hülse 2 nicht in gleicher Weise nach innen gebogen. Während das erste Ende 2 (in 1 links) bis zum Durchmesser des Lagerzapfens 8 einwärts gebogen ist, ist das zweite Ende 6 (in 1 rechts) nur bis auf einen radialen Abstand in Richtung des Lagerzapfens 8 gebogen. Hierdurch bleibt um den Lagerzapfen 8 herum ein Ringspalt frei, welcher gerade so groß ist, dass die in diesem Bereich zylindrische, hülsenförmige Schaltwelle 7 durch den Ringspalt hindurch und in die Hülse 3 eintreten kann. Bei einem solchen Eintreten der Schaltwelle 7 in die Hülse 3 trifft die Schaltwelle 7 auf die Spiralfeder 4 und komprimiert diese. Dies hat wiederum die Folge, dass auf die Schaltwelle 7 durch die Feder 4 eine Rückstellkraft entgegen der momentanen axialen Bewegung der Schaltwelle 7 ausgeübt wird. Die Schaltwelle 7 wird somit in ihre Neutralposition (in 1 dargestellt) zurückgedrängt.
Zur besseren Kraftübertragung zwischen der Feder 4 und dem einwärts gebogenen Ende 6 der Hülse 3 beziehungsweise der Schaltwelle 7 ist an dem Ende der Spiralfeder 4, welches zur Schaltwelle 7 gerichtet ist (in 1 rechts), ein ringförmiger Federteller 5 angeordnet.
Die in 1 dargestellte Anordnung erzeugt eine Rückstellkraft auf die Schaltwelle 7, wenn diese sich nach links in die Hülse 3 hinein bewegt. Um auch bei einer entgegengesetzt gerichteten axialen Bewegung eine Rückstellkraft auf die Schaltwelle 7 hervorzurufen, ist es zum Beispiel möglich, spiegelbildlich am anderen Ende der Schaltwelle 7 eine ähnliche Anordnung mit einer zweiten Spiralfeder und einer zweiten Hülse vorzusehen.
2 zeigt eine Möglichkeit, wie mit einer einzigen Spiralfeder 4' auf die Schaltwelle 7' eine Rückstellkraft in beiden axialen Richtungen ausgeübt werden kann. Bei der Anordnung nach 2 sind beide Enden der Hülse 3' nur so weit nach innen gebogen, dass ein ringförmiger Spalt zum Lagerzapfen 8' frei bleibt. Durch diese beiden Spalte kann jeweils ein hülsenförmiger Rand der Schaltwelle 7' in die Hülse 3' eindringen und über einen Federteller 9 bzw. 10 die Spiralfeder 4' komprimieren. Unter der Annahme, dass die Hülse 3' relativ zum Lagerzapfen 8' fixiert ist, kann auf diese Weise in beiden axialen Verschieberichtungen eine Rückstellkraft auf die Schaltwelle 7' ausgeübt werden.
Der erfindungsgemäße Mechanismus eignet sich zur Rückstellung in eine definierte Lage beim Wählen (z. B. Mitte der Gasse 3/4) und beim Schalten (Neutralposition in jeder Gasse). Eine Kombination zweier dieser Module eignet sich dazu, die absolute Neutralposition einzustellen.

Claims

Schaltmechanismus mit definierter Endlage für ein Wechselgetriebe mit einem Lagerzapfen und einer den Lagerzapfen teilweise umgebenden, axial verschiebebeweglichen hülsenförmigen Schaltwelle, enthaltend eine den Lagerzapfen umgebende Spiralfeder, welche sich an ihren Enden jeweils am Lagerzapfen und/oder an der Schaltwelle abstützt, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralfeder (4, 4') von einer Hülse (3, 3') umgeben ist, deren radial einwärts gebogenen Enden (2, 6) als axiale Anschläge für die Spiralfeder wirken, wobei mindestens eines der einwärts gebogenen Enden (6) einen hinreichend großen radialen Abstand zum Lagerzapfen (8, 8') aufweist, so dass die Schaltwelle (7, 7') zwischen Lagerzapfen und Hülse in die Hülse eintreten und die Spiralfeder komprimieren kann.
Schaltmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Hülse (3, 3') an mindestens einem Ende der Spiralfeder (4, 4') ein Federteller (5, 9, 10) angeordnet ist.
Schaltmechanismus nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (3') relativ zum Lagerzapfen (8') fixiert ist und beide radial einwärts gebogene Enden der Hülse einen hinreichend großen radialen Abstand zum Lagerzapfen aufweisen, so dass die Schaltwelle (7') von beiden Seiten der Hülse zwischen Lagerzapfen und Hülse in die Hülse eintreten kann.
Schaltmechanismus nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er eine zweite Spiralfeder enthält, die von einer zweiten Hülse umgeben ist, deren radial einwärts gebogene Enden als axiale Anschläge für die zweite Spiralfeder wirken, wobei mindestens eines der einwärts gebogenen Enden einen hinreichend großen radialen Abstand zum Lagerzapfen aufweist, so dass die Schaltwelle zwischen Lagerzapfen und zweiter Hülse in die zweite Hülse eintreten und die zweite Spiralfeder komprimieren kann, und dass die beiden Spiralfedern so angeordnet sind, dass die Schaltwelle bei Eintreten in die erste Hülse die zweite Hülse verlässt und umgekehrt.