DE10125450A1 - Betätigungsvorrichtung für eine Schaltmuffe sowie Verfahren zum Herstellen einer derartigen Betätigungsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Es werden vorgeschlagen eine Betätigungsvorrichtung (10) für eine Schaltmuffe eines Stufengetriebes eines Kraftfahrzeuges, mit einem entlang seiner Achse verschiebbaren Schaltelement, sowie mit einer Schaltgabel und einem Mitnehmer, die starr mit dem Schaltelement (20) verbunden sind, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Betätigungsvorrichtung (10). Dabei werden das Schaltelement (20) und die Schaltgabel (22) einstückig aus einem einzigen material hergestellt und der Mitnehmer (14) wird an dem so gebildeten Schaltglied (12) befestigt (Fig. 1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung für eine Schaltmuffe eines Stufengetriebes eines Kraftfahr­ zeuges, mit einem entlang seiner Achse verschiebbaren Schalt­ element, sowie mit einer Schaltgabel und einem Mitnehmer, die starr mit dem Schaltelement verbunden sind.

Derartige Betätigungsvorrichtungen sind allgemein bekannt. Sie dienen insbesondere in stirnradverzahnten Stufengetrieben zum axialen Verschieben einer Schalt- bzw. Schiebemuffe an einer Welle. Die Schaltmuffe dient dabei zum Betätigen einer Schalt­ kupplung wie einer Synchronkupplung, um ein Losrad drehfest mit der Welle zu verbinden oder, bei der Rückbewegung, den Form­ schluß zu lösen.

Derartige Stufengetriebe können manuell schaltbar oder automa­ tisiert sein.

Gewöhnlich ist das Schaltelement als Schaltwelle ausgebildet, die axial verschieblich innerhalb des Getriebegehäuses gelagert ist. Der Mitnehmer dient dabei dazu, mittels einer geeigneten getrieblichen Anordnung das Schaltelement in Axialrichtung zu verschieben. Die starr mit dem Schaltelement verbundene Schalt­ gabel greift in eine Umfangsnut der Schaltmuffe ein.

Ein axiales Verschieben des Schaltelementes führt somit un­ mittelbar zu einem axialen Verschieben der Schaltmuffe.

Derartige Betätigungsvorrichtungen sind in einer Vielzahl von Ausführungsformen bekannt. Sie sollen zum einen kostengünstig herstellbar sein, eine hohe Lebensdauer besitzen und möglichst leicht sein.

Das Schaltelement ist, wie bereits erwähnt, in der Regel als Schaltwelle aus Stahl ausgebildet, um die nicht unerheblichen Axialkräfte zu übertragen, wie es insbesondere der Fall ist, wenn die Schaltmuffe eine Synchronkupplung bedient.

In einer üblichen Ausführungsform sind die Schaltgabeln im Druckgußverfahren aus Aluminium hergestellt. Die Schaltgabeln müssen anschließend aufgrund der mangelhaften Tolerenzhaltig­ keit des Druckgußverfahrens nachbearbeitet werden. Anschließend müssen die Schaltgabeln an der Schaltwelle bzw. Schaltstange montiert und gegebenenfalls befestigt werden.

Derartige Schaltgabeln sind beispielsweise erwähnt in der DE 197 57 184 A1. Gegenüber einer spanenden Formgebung sind die Herstellungskosten natürlich günstiger.

Ferner sind auch druckgegossene Messingschaltgabeln bekannt, die auf die Schaltwelle gefügt oder montiert werden. Diese sind jedoch schwer und lassen sich nur aufwendig herstellen.

Auch sind Schaltgabeln aus Stahl bekannt (EP 0 967 419 A1 oder DE 196 45 522 A1).

Die Stahlschaltgabeln werden aus gestanzten und umgeformten Blechteilen gefertigt und müssen an der Schaltwelle im allge­ meinen durch Schweißen oder andere Verfahren befestigt werden. Die geforderten Toleranzen sind nur schwer, gegebenenfalls mit nachträglichem Richten einzuhalten.

Schließlich sind im Stand der Technik auch Betätigungsvorrich­ tungen als Kunststoff-Metall-Verbundbauteile bekannt (EP 0 633 412 B1). Bei dieser bekannten Betätigungsvorrichtung bildet ein Stahlstanzteil den Kern der Betätigungsvorrichtung sowie den Mitnehmer. Der Kern ist mit einem Kunststoff um­ spritzt, wobei die Schaltgabel ausschließlich aus dem Kunst­ stoff besteht. Der Mitnehmerabschnitt des Stahlkernes ragt gegenüber dem Kunststoff hervor und sorgt somit für eine trotz des überwiegenden Kunststoffanteiles sichere Einleitung von Axialkräften auf die Betätigungsvorrichtung insgesamt.

Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Er­ findung, eine verbesserte Betätigungsvorrichtung für eine Schaltmuffe eines Stufengetriebes eines Kraftfahrzeuges sowie ein verbessertes Herstellungsverfahren hierfür anzugeben.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Betätigungs­ vorrichtung dadurch gelöst, daß das Schaltelement und die Schaltgabel einstückig aus einem einzigen Material hergestellt sind und der Mitnehmer an dem so gebildeten Schaltglied be­ festigt ist.

Bei dem eingangs genannten Verfahren wird die obige Aufgabe durch die Schritte gelöst, das Schaltelement und die Schalt­ gabel einstückig aus einem einzigen Material herzustellen und den Mitnehmer an dem so gebildeten Schaltglied zu befestigen.

Durch den Gedanken, das Schaltelement und die Schaltgabel ein­ stückig aus einem einzigen Material herzustellen, läßt sich der Herstellungsprozeß vereinfachen. Es ist insbesondere nicht mehr notwendig, die Schaltgabel an dem Schaltelement zu befestigen. Da das Schaltglied, das das Schaltelement und die Schaltgabel bildet, aus einem einzigen Material hergestellt ist, entfallen aufwendige Schritte zum Integrieren eines Kerns zu Ver­ steifungszwecken.

Im vorliegenden Zusammenhang soll die Tatsache, daß das Schalt­ glied aus einem einzigen Material hergestellt ist, so ver­ standen werden, daß die tragenden Teile von Schaltelement und Schaltgabel einstückig aus einem einzigen Material hergestellt sind. Folglich soll es im Rahmen der Erfindung weiterhin möglich sein, das Schaltglied mit nicht tragenden Gleitelementen, Überzügen, Lacken oder anderen Schichten zu versehen.

Von besonderem Vorzug ist es, wenn das Material des Schalt­ gliedes ein Leichtmetall, insbesondere Aluminium oder Magnesium oder eine jeweilige Legierung hieraus ist, vorzugsweise mit Silizium legiertes Aluminium.

Diese Materialien ermöglichen, die Betätigungsvorrichtung ins­ gesamt besonders leicht auszubilden.

Überraschenderweise ist es möglich, das Schaltglied insgesamt aus einem Leichtmetall herzustellen, wobei sich durch entsprechende Auslegung und Gestaltung die Funktion des im Stand der Technik aus Stahl hergestellten Schaltelementes als tragendes und führendes Teil von dem Schaltglied übernommen werden kann.

Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn das Schaltglied gegossen ist, also insbesondere als druckgegossener Leichtmetall-Körper ausgebildet ist. Dies führt zu günstigen Herstellkosten.

Dabei ist es von besonderem Vorzug, wenn das Schaltglied einen sich im wesentlichen in Längsrichtung erstreckenden Waben­ abschnitt aufweist. Auf diese Weise kann bei vergleichsweise geringem Materialeinsatz die Aufgabe des Schaltelementes als tragendes und führendes Teil von dem Wabenabschnitt übernommen werden. Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn die Wabenstege sich wenigstens teilweise schräg zu der Längserstreckung des Wabenabschnittes verlaufen. Ferner ist es bevorzugt, wenn bei dieser Ausführungsform die Schaltgabel des Schaltgliedes an einem Ende des Wabenabschnittes ausgebildet ist.

Diese Anordnung der Schaltgabel ist insbesondere für Betätigungsvorrichtungen sinnvoll, die eine Schaltmuffe an einem axial äußersten Ende des Getriebes betätigen. Generell ist es bei anderen Ausführungsformen auch möglich, die Schaltgabel etwa mittig zu dem Wabenabschnitt auszubilden.

Ferner ist es bevorzugt, wenn der Mitnehmer im Bereich des Wabenabschnittes mit dem Schaltglied verbunden ist.

Auf diese Weise können Axialkräfte unmittelbar im Bereich des Teiles des Schaltgliedes eingeleitet werden, der tragende Funk­ tionen des Schaltgliedes übernimmt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Schaltglied an den axialen Enden jeweils mit einem Führungs­ zapfen versehen.

Die Führungszapfen dienen zur Lagerung in Führungsaugen, die beispielsweise in einem Gehäuse des Stufengetriebes ausgebildet sein können.

Dabei ist es von besonderem Vorzug, wenn die Führungszapfen fein bearbeitet sind.

Diese Ausführungsform ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Schaltglied gegossen ist. Durch die Feinbearbeitung lassen sich auch bei einem gegossenen Schaltglied sehr gute Toleranzen für die Lagerung desselben erzielen.

Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn das gegossene Schalt­ glied zur Bearbeitung der Führungszapfen an Funktionsflächen der Schaltgabel ausgerichtet wird. Auf diese Weise ist es mög­ lich, eine exakte Ausrichtung von Schaltgabelebene einerseits und Führungsachse andererseits zueinander zu erzielen, unabhängig davon, ob diese Relation nach dem Guß bereits realisiert war oder nicht.

Von besonderem Vorzug ist es, wenn auf die Führungszapfen Führungshülsen aus einem verschleißminimierenden Material auf­ gebracht sind, insbesondere aus Kunststoff.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach­ stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung mit ab­ genommenen Führungshülsen, von schräg oben; und

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Betätigungsvor­ richtung der Fig. 1 von schräg unten.

In den Fig. 1 und 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer Betätigungsvorrichtung für eine Schaltmuffe eines Stufen­ getriebes eines Kraftfahrzeuges generell mit 10 bezeichnet.

Die Betätigungsvorrichtung 10 weist ein Schaltglied 12, einen Mitnehmer 14 und zwei Führungshülsen 16, 18 auf.

Das Schaltglied 12 ist ein druckgegossener und bearbeiteter Körper aus mit Silizium legiertem Aluminium. Alternativ kann das Schaltglied 12 auch aus Magnesium hergestellt sein.

Das Schaltglied 12 weist einen sich in einer Längsrichtung er­ streckenden Wabenabschnitt 20 und einen sich in Längsrichtung hieran anschließenden Schaltgabelabschnitt 22 auf. An dem einen Ende des Wabenabschnittes 20 ist ein fein bearbeiteter Führungszapfen 24 ausgebildet. An dem anderen Ende des Waben­ abschnittes 20 ist ein weiterer fein bearbeiteter Führungs­ zapfen 26 vorgesehen. Die Führungszapfen 24, 26 sind entlang einer Achse 28 ausgerichtet. Sie dienen dazu, das Schaltglied 12 insgesamt axial verschiebbar in geeigneten Führungsaugen zu lagern.

Der Wabenabschnitt 20 ist zwischen den zwei Führungszapfen 24, 26 länglich, im wesentlichen in der Form eines Quaders ausge­ bildet. Dabei ist der Wabenabschnitt 20 gebildet durch eine durchgehende Oberseite und durchgehende Seitenwände. Zwischen der Oberseite und den Seitenwänden (nicht näher bezeichnet in Fig. 1 und 2) sind durch eine Vielzahl von Wabenstegen 21b eine Vielzahl von Waben 21a ausgebildet, die von der Unterseite des Wabenabschnittes 20 aus offen sind. Es versteht sich, daß sich die Wabenstreben 21b bis hin zur Oberseite des Waben­ abschnittes 20 erstrecken und integriert damit ausgebildet sind. Ein derartiger Wabenabschnitt 20 läßt sich auch als verrippter Abschnitt bezeichnen.

Die Wabenstreben 21b sind generell schräg ausgebildet, unter einem Winkel von etwa 35 bis 65°, insbesondere etwa 45°.

In einem Abschnitt benachbart zu dem Führungszapfen 24 weist der Wabenabschnitt 20 einen sich von der Oberseite aus seitlich erstreckenden Ansatz 32 auf, in den der Mitnehmer 14 einbau­ fertig eingegossen ist.

Der Mitnehmer 14 besteht aus Stahl oder einem anderen hoch­ festen Material und weist in einem gegenüber dem Ansatz 32 vor­ stehenden Abschnitt eine Quernut 34 auf.

Zum axialen Verschieben des Schaltgliedes 12 kann ein Finger in die Quernut 34 greifen und durch Anlage an Vorsprünge 35 des Mitnehmers 14 die Axialkraft über den Ansatz 32 in den Waben­ abschnitt 20 einleiten.

Der Schaltgabelabschnitt 22 weist eine Halbschale 36 auf, die um eine Achse 30 herum ausgerichtet ist. Die Achse 30 verläuft parallel zur Achse 28 und ist gleichzeitig eine Achse der zu betätigenden Schaltmuffe (nicht gezeigt). Ein Scheitelabschnitt der Halbschale 36 liegt unterhalb des Führungszapfens 26 (also seitlich versetzt hierzu). Der Wabenabschnitt 20 verbreitert sich hin zu der Halbschale 36. Zwischen der Oberseite der Halbschale 36 und einer axialen Endwand 40 des Wabenabschnittes 20 sind Versteifungsstreben 38 vorgesehen.

An der Innenseite der Halbschale 36 ist eine Schulter 42 vorge­ sehen, die dazu dient, den Schaltgabelabschnitt 22 zu ver­ steifen. An den zwei Enden der Halbschale 36 sind ferner zwei radial nach innen weisende Nasen 44 vorgesehen, die zum Eingriff in eine Umfangsnut der Schaltmuffe dienen. Die seitlichen Flächen und die radial nach innen zur Achse 30 hin weisenden Flächen 46 der Nasen 44 sind als Reibflächen ausgebildet. Durch ein spezielles Bearbeitungsverfahren an den Funktionsflächen 46 können in der Druckgußlegierung vorhandene Siliziumkristalle freigelegt werden, so daß ein idealer Reibpartner für das Betätigen der Schaltmuffe entsteht.

Diese Bearbeitung ist jedoch rein optional. An sich können die Funktionsflächen 46 zur Betätigung der Schaltmuffe fertig ge­ gossen sein, was den Vorteil einer abriebfesteren Gußhaut in diesem Bereich hat. Alternativ ist es auch möglich, ent­ sprechende Bauteile aus einem geeigneten Material wie Kunst­ stoff auf die Funktionsflächen aufzubringen.

Zur exakten Ausrichtung der Achsen 28, 30 werden die Führungs­ zapfen 24, 26 nach dem Gießen bearbeitet. Dabei werden durch eine geeignete Aufnahme und Ausrichtung der Funktionsflächen 46 in der Bearbeitungsvorrichtung die relativ groben Gußtoleranzen aufgefangen. Es läßt sich folglich ein sehr genaues Bauteil in Form des Schaltgliedes 12 zu geringen Kosten herstellen.

Um das Schaltglied 12 leicht in den Führungsaugen des Getriebe­ gehäuses bewegen zu können und den Verschleiß zu minimieren, werden auf die bearbeiteten Führungszapfen 24, 26 die Führungs­ hülsen 16 bzw. 18 aufgebracht. Die Führungshülsen können aus einem geeigneten Material wie Kunststoff hergestellt sein, bei­ spielsweise im Spritzgußverfahren.

An wenigstens einer der Führungshülsen 18 kann ferner eine Radialnut 48 vorgesehen sein, die zur Arretierung des Schalt­ gliedes 12 in einer Mittenposition dient.

Der Mitnehmer 14 kann generell an einer beliebigen Stelle des Schaltgliedes 12 eingegossen werden. Alternativ hierzu kann der Mitnehmer 14 auch durch Schrauben, Nieten oder andere geeignete Verfahren angebracht werden.

Das Schaltglied 12 wird mit allen Funktionselementen in einem Arbeitsgang hergestellt, beispielsweise durch das genannte Druckgießen. Die Konstruktion ist so ausgelegt, daß eine Stahl­ stange als Schaltelement bzw. Schaltwelle nicht mehr notwendig ist. Die Funktion dieses Stahlteiles wird von dem Gußteil über­ nommen, wobei durch entsprechende Gestaltung (Wabenstruktur!) die auftretenden Kräfte ertragen werden können. Folglich läßt sich das Schaltglied insgesamt zu geringen Kosten herstellen. Durch die Freiheitsgrade bei der Gestaltung des Schaltgliedes 12 kann eine Gewichtsreduzierung bei hoher Funktionssicherheit und Steifigkeit erreicht werden.

Claims (15)

1. Betätigungsvorrichtung (10) für eine Schaltmuffe eines Stufengetriebes eines Kraftfahrzeuges, mit einem entlang seiner Achse (28) verschiebbaren Schaltelement (20), sowie mit einer Schaltgabel (22) und einem Mitnehmer (14), die starr mit dem Schaltelement (20) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (20) und die Schaltgabel (22) einstückig aus einem einzigen Material hergestellt sind und der Mit­ nehmer (14) an dem so gebildeten Schaltglied (12) be­ festigt ist.

2. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Material des Schaltgliedes (12) ein Leichtmetall, insbesondere Aluminium oder Magnesium oder eine jeweilige Legierung hieraus ist.

3. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Schaltglied (12) gegossen ist.

4. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Mitnehmer (14) in das Schaltglied (12) eingegossen ist.

5. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Mitnehmer (14) als Stahlelement ausge­ bildet ist.

6. Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, da­ durch gekennzeichnet, daß das Schaltglied (12) einen sich im wesentlichen in Längsrichtung erstreckenden Waben­ abschnitt (20) aufweist.

7. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schaltgabel (22) des Schaltgliedes (12) an einem Ende des Wabenabschnittes (20) ausgebildet ist.

8. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Mitnehmer (14) im Bereich des Waben­ abschnittes (20) mit dem Schaltglied (12) verbunden ist.

9. Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, da­ durch gekennzeichnet, daß das Schaltglied (12) an den axialen Enden jeweils einen Führungszapfen (24, 26) auf­ weist.

10. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Führungszapfen (24, 26) feinbearbeitet sind.

11. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Führungszapfen (24, 26) Führungshülsen (16, 18) aus einem Verschleiß minimierenden Material aufgebracht sind, insbesondere aus Kunststoff.

12. Verfahren zum Herstellen einer Betätigungsvorrichtung (10) für eine Schaltmuffe eines Stufengetriebes eines Kraft­ fahrzeuges, wobei die Betätigungsvorrichtung (10) ein ent­ lang seiner Achse verschiebbares Schaltelement (20) und eine Schaltgabel (22) aufweist, die starr mit dem Schalt­ element (20) verbunden ist, mit den Schritten, das Schalt­ element (20) und die Schaltgabel (22) einstückig aus einem einzigen Material herzustellen und den Mitnehmer (14) an dem so gebildeten Schaltglied (12) zu befestigen.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Schaltglied (12) ge­ gossen wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei zwei Führungszapfen (24, 26), die zur Lagerung des Schaltgliedes (12) dienen, nach dem Gießen bearbeitet werden.

15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das gegossene Schalt­ glied (12) an Funktionsflächen (46) der Schaltgabel (22) ausgerichtet wird, um die Führungszapfen (24, 26) zu bear­ beiten.