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Gebiet der
vorliegenden Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Schaltnocken für sequentielle Getriebe.
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Hintergrund
der Erfindung
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Sequentielle
Getriebe, wie sie etwa in Motorrädern
verwendet werden, umfassen eine Eingangswelle, die eine Vielzahl
von Eingangszahnrädern
hält, und
eine Ausgangswelle, die eine Vielzahl von Ausgangszahnrädern hält. Wenigstens
einige der durch die Eingangs- oder Ausgangswelle gehaltenen Zahnräder können axial
entlang der Wellen bewegt werden. Durch die Axialbewegung der Zahnräder werden
verschiedene Kombinationen von Eingangs- und Ausgangszahnrädern gebildet,
um unterschiedliche Drehverhältnisses
zwischen der Eingangs- und
der Ausgangswelle vorzusehen.
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Sequentielle
Getriebe umfassen auch einen drehbaren Schaltnocken bzw. eine drehbare Schalttrommel,
die eine Vielzahl von Schaltspuren definiert. Schaltgabeln reiten
in den Schaltspuren und verbinden die Eingangs- und Ausgangszahnräder miteinander.
Durch eine Drehbewegung des Schaltnockens (z.B. über einen mit dem Fuß bedienten
Schalthebel) werden die Schaltgabeln bewegt, sodass die Eingangs-
und Ausgangszahnräder
auf vorbestimmte Weise axial entlang der Eingangs- und Ausgangswellen
verschoben werden, um das Gesamtübersetzungsverhältnis des
Getriebes zu ändern.
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Um
ein genaues, problemloses und zuverlässiges Schalten vorzusehen,
wird vorzugsweise der Kraftaufwand zum Drehen des Schaltnockens und
zum axialen Bewegen der Schaltgabeln, der Eingangszahnräder und
der Ausgangszahnräder
minimiert. Um die Qualität
des Schaltens über
die Lebensdauer des Getriebes hinweg aufrechtzuerhalten, wird vorzugsweise
die Dauerhaftigkeit der Komponenten wie etwa der Schaltspuren und
der Schaltgabeln erhalten, die einem beträchtlichen Gleit- oder Reibungsverschleiß ausgesetzt
sind.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung gibt einen Schaltnocken für ein Getriebe an. Der Schaltnocken
umfasst eine allgemein zylindrische Trommel mit einem ersten Ende
und einem zweiten Ende. Eine Außenfläche des
Schaltnockens definiert eine Vielzahl von Schaltspuren. Der Schaltnocken
umfasst auch eine Endkappe, die mit dem ersten Ende der Trommel
verbunden ist. Die Endkappe umfasst einen allgemein zylindrischen
Teil, der im wesentlichen axial mit der Achse ausgerichtet ist.
Die Trommel besteht aus einem ersten Material, und die Kappe besteht
aus einem zweiten Material, das eine geringere Dichte als das erste
Material aufweist. Der Schaltnocken umfasst weiterhin eine Vielzahl
von Schaltstiften, die sich im wesentlichen parallel zu der Achse
erstrecken. Die Schaltstifte werden wenigstens teilweise durch die
Endkappe gehalten und können
mit einer Schaltklinke verbunden werden, um die Endkappe und die
Trommel zum Ändern
des Übersetzungsverhältnisses
des Getriebes zu drehen.
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Die
vorliegende Erfindung gibt weiterhin ein Verfahren zum Herstellen
eines zusammengesetzten Schaltnockens für ein Getriebe an. Das Verfahren umfasst
das Vorsehen von einem ersten und einem zweiten Trommelteil, wobei
jeder Trommelteil aus einem ersten Material hergestellt ist und
ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist. Außerdem ist ein
Manschettenteil vorgesehen, der aus einem zweiten Material hergestellt
ist, das eine größere Härte aufweist
als das erste Material. Der Manschettenteil ist derart angeordnet,
dass er über
einer Außenfläche des
ersten Endes des Trommelteils liegt, und das erste Ende des zweiten
Trommelteils ist mit dem ersten Ende des ersten Trommelteils verbunden.
Wenn der erste Trommelteil, der zweite Trommelteil und der Manschettenteil
aneinander montiert sind, definieren diese gemeinsam eine Trommelanordnung.
Nach der Montage der Trommelanordnung werden Schaltspuren derart
in der Trommelanordnung ausgebildet, dass wenigstens eine der Schaltspuren
durch den Manschettenteil definiert wird.
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Verschiedene
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden für den Fachmann durch die folgende ausführliche
Beschreibung sowie durch die beigefügten Ansprüche und Zeichnungen verdeutlicht.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine perspektivische Ansicht eines Schaltnockens gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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2 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 von 1.
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3 ist
eine perspektivische Explosionsansicht eines anderen Schaltnockens
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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4 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie 4-4 von 3.
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5 ist
eine perspektivische Ansicht eines weiteren Schaltnockens gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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6 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie 6-6 von 5.
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Bevor
im Folgenden eine Ausführungsform der
Erfindung im Detail erläutert
wird, soll hier darauf hingewiesen werden, dass die Erfindung in
ihrer Anwendung nicht auf die Details des Aufbaus und der Anordnung
der Komponenten in der folgenden Beschreibung und in den beigefügten Zeichnungen
beschränkt
ist. Die Erfindung kann durch verschiedene Ausführungsformen und auf verschiedene
Weise realisiert werden. Weiterhin ist zu beachten, dass die hier
verwendeten Formulierungen und Termini beispielhaft und nicht beschränkend aufzufassen
sind.
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Detaillierte
Beschreibung
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1 und 2 zeigen
einen Schaltnocken 10 gemäß der Erfindung. Der Schaltnocken 10 umfasst
einen ersten Trommelteil 12, einen zweiten Trommelteil 14,
der mit dem ersten Trommelteil 12 verbunden ist, und einen
Manschettenteil 16, der mit dem ersten Trommelteil 12 verbunden
ist. Der erste und der zweite Trommelteil 12, 14 wirken
mit dem Manschettenteil 16 zusammen, um eine Trommelanordnung 18 mit
einer zentralen Achse 20 zu definieren. Der erste Trommelteil 12 ist
aus einem ersten Material und umfasst ein erstes Ende 22 und
ein zweites Ende 24. Das erste Ende 22 umfasst
eine im wesentlichen zylindrische Außenfläche 26 und definiert
eine sich axial erstreckende Bohrung 28. Das zweite Ende 24 definiert
einen ersten zylindrischen Vorsprung 30 und einen zweiten
zylindrischen Vorsprung 32 mit reduziertem Durchmesser,
der durch ein Halteglied (nicht gezeigt) wie etwa eine Buchse oder
ein Lager aufgenommen wird, um das zweite Ende 24 des ersten
Trommelteils 12 drehbar zu halten. Eine Rasterplatte 34 (weiter
unten beschrieben) ist mit dem ersten zylindrischen Vorsprung 30 verbunden
und sieht eine Indizierung des Schaltnockens 10 zwischen
vorbestimmten Winkelpositionen vor, die spezifischen Übersetzungsverhältnissen
entsprechen. Ein Zapfen 35 erstreckt sich durch die Rasterplatte 34 und
in das erste Ende 22 des ersten Trommelteils 12 und
sieht eine korrekte Winkelausrichtung der Rasterplatte 34 mit
dem ersten Trommelteil 12 vor.
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Der
gezeigte zweite Trommelteil 14 ist aus dem ersten Material
und umfasst ein allgemein zylindrisches erstes Ende 36,
das in die durch das erste Ende 22 des ersten Trommelteils 12 definierte
Bohrung 28 pressgepasst ist. Ein zweites Ende 38 des zweiten
Trommelteils 14 umfasst einen Teil 40 mit reduziertem
Durchmesser und einen Flanschteil 42. Eine Vielzahl von
winkelig beabstandeten und sich winkelig erstreckenden Bohrungen 44 sind
in dem Flanschteil 42 definiert. Die Bohrungen 44 sind
in einem Bohrkreis um den Umfang des Flanschteils 42 herum
angeordnet. Eine entsprechende Gruppe von Blindbohrungen 46 sind
in dem zweiten Ende 38 auf einer gegenüberliegenden Seite des Teils 40 mit
reduziertem Durchmesser definiert. Die Blindbohrungen 46 öffnen sich
zu dem Flanschteil 42 und sind im wesentlichen axial mit
den Bohrungen 44 in dem Flanschteil 42 ausgerichtet.
Das zweite Ende 38 definiert auch eine im wesentlichen
zylindrische Außenfläche 47,
die durch ein Halteglied (nicht gezeigt) wie etwa eine Buchse oder
ein Lager aufgenommen wird, um das zweite Ende 38 des zweiten
Trommelteils 14 drehbar zu halten.
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Der
Flanschteil 42, die Bohrungen 44 und die Blindbohrungen 46 wirken
zusammen, um eine Vielzahl von Schaltstiften 48 zu halten.
Die Schaltstifte 48 werden durch die Bohrungen 44 und
in die Blindbohrungen 46 eingesteckt. Eine Haltering 50 wird
durch eine in dem Flanschteil 42 definierte Umfangsrille aufgenommen
und liegt wenigstens teilweise über den
Bohrungen 44, um die Schaltstifte 48 in Position zu
halten. Die Schaltstifte 48 werden während des Betriebs durch eine
Schaltklinke (nicht gezeigt) des Getriebes kontaktiert, um den Schaltnocken 10 zu drehen.
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Der
Manschettenteil 16 ist aus einem zweiten Material, das
eine größere Härte und
bessere Verschleißeigenschaften
als das erste Material aufweist. Der Manschettenteil 16 ist
allgemein kreisförmig
und ist in einigen Aufbauten über
das erste Ende 22 des ersten Trommelteils 12 pressgepasst.
Bei dem gezeigten Rufbau ist das zweite Material ein vorgehärteter Stahl.
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Für die Montage
des Schaltnockens 10 wird zuerst der Manschettenteil 16 mit
dem ersten Ende 22 des ersten Trommelteils 12 verbunden.
Das erste Ende 36 des zweiten Trommelteils 14 wird
dann mit dem ersten Ende 22 des ersten Trommelteils 12 verbunden.
Bei dem gezeigten Aufbau werden der Manschettenteil 16,
der erste Trommelteil 12 und der zweite Trommelteil 14 jeweils
durch Presspassen miteinander verbunden. Es ist jedoch zu beachten, dass
auch andere Verbindungsverfahren wie etwa Schraub-, Schweiß-, Kleb-
oder ähnliche
Verbindungen verwendet werden können.
Bei dem gezeigten Aufbau werden Bearbeitungsvorgänge auf dem montierten Schaltnocken 10 durchgeführt, um
Bohrungen 51 zu definieren, die sich durch den Manschettenteil 16,
den ersten Trommelteil 12 und den zweiten Trommelteil 14 erstrecken.
In den Bohrungen 51 werden Rollstifte 52 aufgenommen,
die eine relative Drehbewegung zwischen dem Manschettenteil 16,
dem ersten Trommelteil 12 und dem zweiten Trommelteil 14 verhindern.
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Nachdem
der erste und der zweite Trommelteil 12, 14 und
der Manschettenteil 16 miteinander verbunden wurden, werden
Bearbeitungsoperationen auf dem Schaltnocken 10 durchgeführt, um
eine Vielzahl von Schaltspuren 54 zu definieren. Bei dem gezeigten
Aufbau sind drei Schaltspuren 54a, 54b, 54c vorgesehen,
wobei die Anzahl der Schaltspuren 54 jedoch in Abhängigkeit
von der Konfiguration des Getriebes variieren kann. Bei dem gezeigten
Aufbau definiert der Manschettenteil 16 die Schaltspur 54b. Weil
der Manschettenteil 16 aus dem zweiten Material ist, weist
die Schaltspur 54b bessere Verschleißeigenschaften als die Schaltspuren 54a, 54c auf.
Es ist zu beachten, dass ähnliche
Aufbauverfahren verwendet werden können, um die Verschleißeigenschaften
von anderen, einigen oder allen der Schaltspuren 54a, 54b, 54c zu
verbessern. Die spezifische Konfiguration des Schaltnockens 10 und
des assoziierten Getriebes, für
das der Schaltnocken 10 konstruiert wird, ist derart beschaffen,
dass der durch den Getriebebetrieb bedingte Verschleiß an der
mittleren Schaltspur 54b am größten ist. Aus diesem Grund
wird die Manschette 16 aus einem gehärteten Strahl vorgesehen, um
die Verschleißbeständigkeit der
Schaltspur 54b zu verbessern. Wenn sich bei Tests oder
anderen analytischen Verfahren herausstellt, dass bei einer bestimmten
Anwendung eine andere Schaltspur einen beträchtlich höheren Verschleiß erleidet,
können ähnliche
Konstruktions- und Montageverfahren wie oben beschrieben verwendet werden,
um die Verschleißeigenschaften
dieser Schaltspur zu verbessern.
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3 und 4 zeigen
einen Schaltnocken 100 gemäß einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung. Der Schaltnocken 100 umfasst eine Trommel 102 aus
dem zweiten Material und eine Endkappe 104 aus dem ersten
Material. Die Trommel 102 ist im wesentlichen zylindrisch
und umfasst ein erstes Ende 106, das eine Bohrung 108 mit
einer intern mit einer Keilnut versehenen Fläche 110 definiert.
Die Trommel 102 umfasst weiterhin ein zweites Ende 112,
das eine zylindrische Außenfläche 114 definiert, die
durch eine Büchse
oder ein Lager 116 aufgenommen wird, um das zweite Ende 112 drehbar
zu halten. Eine durch das zweite Ende 112 definierte Umfangsrille 118 nimmt
einen Haltering 120 auf, um das Lager in Bezug auf die
zylindrische Fläche 114 axial
zu positionieren.
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Die
Endkappe 104 umfasst einen allgemein zylindrischen Vorsprung 122,
der durch die Bohrung 108 aufgenommen wird und in dem gezeigten
Aufbau in die Bohrung 108 pressgepasst ist. Wenn der zylindrische
Vorsprung 122 während
der Montage in die Bohrung 108 pressgepasst wird, verformen
die Keilnuten, die aus dem härteren
zweiten Material ausgebildet sind, das weichere Material des zylindrischen Vorsprung 122,
wodurch die Rillen in dem zylindrischen Vorsprung 122 verformt
werden. Die Verbindung der Keilnuten mit den Rillen verbessert die Drehmomenttragekapazität an der
Schnittstelle zwischen der Kappe 104 und der Trommel 102.
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Die
Endkappe 104 umfasst weiterhin einen Endteil 124,
der ähnlich
wie das weiter oben erläuterte
zweite Ende 38 des zweiten Trommelteils 14 konfiguriert
ist. Der Endteil 124 hält
Schaltstifte 48 in gleicher Weise wie das zweite Ende 38 des
zweiten Trommelteils 14. Die Schaltstifte 48 werden
während des
Betriebs durch eine Schaltklinke (nicht gezeigt) kontaktiert, um
den Schaltnocken 100 zu drehen und dadurch die Übersetzungsverhältnisse
eines assoziierten Getriebes auf bekannte Weise zu ändern. Der Endteil 124 umfasst
weiterhin eine zylindrische Verlängerung 126,
die durch ein Halteglied (nicht gezeigt) wie etwa ein Lager oder
eine Büchse
aufgenommen wird, um die Endkappe 104 drehend zu halten.
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Die
Trommel 102 umfasst einen zentralen Teil 128,
der bearbeitet ist, um eine Vielzahl von Schaltspuren 130 zu
definieren. Bei dem gezeigten Aufbau sind zwei Schaltspuren 130 vorgesehen,
wobei jedoch zu beachten ist, dass auch mehr oder weniger Schaltspuren 130 in
dem zentralen Teil 128 ausgebildet sein können, um
den Schaltnocken 100 für
die Verwendung in einem bestimmten Getriebe zu konfigurieren.
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Zusätzlich zu
dem zentralen Teil umfasst die Trommel 102 auch eine eintstückig ausgebildete Rasterplatte 132.
Die Rasterplatte 132 definiert eine Vielzahl von sich radial
erstreckenden Vorsprüngen 134 und
eine Vielzahl von konkaven Vertiefungen 136 zwischen den
Vorsprüngen 134.
Eine der Vorsprünge 134 umfasst
einen Endteil, der eine radial nach außen gewandte Fläche 138 definiert.
Die Rasterplatte 132 wirkt mit einem Rasterarm (nicht gezeigt)
zusammen, der in eine Verbindung mit der Rasterplatte 132 vorgespannt
ist. Eine Drehung des Schaltnockens 100 (z.B. durch eine
Verbindung der Schaltklinke mit den Schaltstiften 48) veranlasst, dass
der Rasterarm in und aus der Verbindung mit den konkaven Vertiefungen 136 bewegt
wird, wodurch eine Drehung des Schaltnockens 100 zwischen
vorbestimmten Winkelpositionen vorgesehen wird. Die Schaltspuren 130 sind
derart ausgebildet, dass jede Winkelposition des Schaltnockens 100 einem
spezifischen Übersetzungsverhältnis des
Getriebes entspricht. Die radial nach außen gewandte Fläche 138 ist
derart vorgesehen, dass das Getriebe in eine neutrale Position versetzt
werden kann, in der keines der Zahnräder antreibend verbunden ist.
Allgemein ist die neutrale Position zwischen konkaven Vertiefungen 136 vorgesehen,
die ersten und zweiten Zahnrädern
entsprechen. Die oben erläuterte
Rasterplatte 34 entspricht in ihrem Aufbau und Betrieb
der Rasterplatte 132, wobei der Hauptunterschied zwischen
den beiden Rasterplatten darin besteht, dass die Rasterplatte 34 auf
den ersten Trommelteil 12 pressgepasst ist, während die
Rasterplatte 132 einstückig
mit der Trommel 102 ausgebildet ist.
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5 und 6 zeigen
eine Schalttrommel 200 gemäß einer weiteren alternativen
Ausführungsformen
der Erfindung. Die Schalttrommel 200 umfasst eine Trommel 202 aus
dem zweiten Material, eine Endkappe 204 aus dem ersten
Material und eine Rasterplatte 206 aus dem zweiten Material.
Die Trommel 202 definiert allgemein einen hohlen Zylinder,
der ein erstes Ende 208 und ein zweites Ende 210 umfasst.
Das erste Ende 208 umfasst eine äußere zylindrische Fläche 212,
die die Rasterplatte 206 kontaktiert, und einen zylindrischen
Vorsprung 214, der durch eine Buchse 216 aufgenommen
wird, um das erste Ende 208 zu halten. Ein Zapfen 217,
der dem Zapfen 35 ähnlich
ist, sieht eine Winkelausrichtung der Rasterplatte 206 vor.
Die Zapfen 35, 217 können auch verwendet werden,
um einen neutralen Sensor (nicht gezeigt) auszulösen, der eine visuelle Anzeige
für einen
Bediener vorsieht, um anzugeben, dass sich das Getriebe in der neutralen
Position befindet.
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Das
zweite Ende 210 definiert eine Bohrung 218 einschließlich einer
intern mit einer Keilnut versehenen Fläche (nicht gezeigt), die der
weiter oben erläuterten
intern mit einer Keilnut versehenden Fläche 110 ähnlich ist.
Das zweite Ende 210 umfasst auch eine äußere zylindrische Fläche 220,
die durch eine Buchse 222 aufgenommen wird, um das zweite
Ende 210 zu halten. Eine Vielzahl von winkelig beabstandeten
Blindbohrungen 224 sind in einer Endfläche 226 des zweiten
Endes 210 definiert und öffnen sich axial weg von der
Trommel 202. Eine Vielzahl von Schaltspuren 228 sind
in der Trommel 202 ausgebildet und werden in gleicher Weise
wie die weiter oben erläuterten
Schaltspuren 54, 130 betrieben. Das Material zwischen
den Schaltspuren 228 ist ebenfalls entfernt, um die Gesamtmenge
des Materials in der Trommel 202 zu minimieren. Öffnungen 230 sind
in der Trommel 202 ausgebildet, um die Menge des Materials
der Trommel 202 weiter zu reduzieren.
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Die
Endkappe 204 umfasst einen zylindrischen Vorsprung 232,
der durch die Bohrung 218 aufgenommen wird. Insbesondere
ist der zylindrische Vorsprung 232 in die Bohrung 218 pressgepasst.
Wie bei dem zylindrische Vorsprung 122 und der Bohrung 108 des
weiter oben erläuterten
Schaltnockens 100 verformen die Keilnuten der Bohrung 218 das
weichere Material des Zylindervorsprungs 232 derart, dass
die Drehmomenttragekapazität
an der Schnittstelle zwischen der Endkappe 204 und der Trommel 202 verbessert
wird. Ein Stift 234 ist vorgesehen, um die Endkappe 204 und
die Trommel 202 miteinander zu verbinden. Der Stift 234 erstreckt
sich durch die Trommel 202 und die Endkappe 204 innerhalb
des zweiten Endes 210.
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Die
Endkappe 204 umfasst weiterhin einen Teil 236 mit
einem reduzierten Durchmesser und einen Flanschteil 238.
Der Flanschteil 238 definiert eine Vielzahl von winkelig
beabstandeten Blindbohrungen 240, die den Blindbohrungen 224 in
der Endfläche 226 der
Trommel 202 entsprechen. Die Blindbohrungen 240 öffnen sich
zu und sind im wesentlichen ausgerichtet mit den Blindbohrungen 224,
wenn die Endkappe 204 an der Trommel 202 montiert
ist. Wenn die Endkappe 204 in die Trommel 202 gedrückt wird,
wirken die Blindbohrungen 224, 240 zusammen, um
die Schaltstifte 242 aufzunehmen und zu halten. Die Schaltstifte 242 werden
in gleicher Weise wie die oben erläuterten Schaltstifte 48 betrieben,
um den Schaltnocken 200 zu drehen.
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Die
oben erläuterten
und in 1–6 gezeigten
Ausführungsformen
verwenden jeweils einen zusammengesetzten Aufbau, bei dem die Masse
des Schaltnockens reduziert werden kann, indem leichte Materialien
(z.B. das erste Material) wie etwa Aluminium, Aluminiumlegierungen,
Kohlefaserzusammensetzungen, andere leichte Materialien und/oder
Polymere in den Bereichen verwendet werden, die während des
Betriebs einem geringeren Verschleiß ausgesetzt sind. Die einem
stärkeren
Verschleiß ausgesetzten
Bereiche wie etwa die Schaltspuren und die Rasterplatten sind aus
dauerhafteren Materialien (z.B. aus dem zweiten Material) wie etwa
Stahl ausgebildet, der allgemein schwerer als die oben genannten
leichten Materialien ist.
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Die
Bezeichnungen „erstes" und „zweites" Material werden
in der vorliegenden Beschreibung und in den Ansprüchen verwendet,
um zwei verschiedene Materialtypen zu unterscheiden, wobei sich
diese Bezeichnungen nicht auf ein spezifisches Material oder auf
eine spezifische Materialeigenschaft beziehen. Zum Beispiel kann
das erste Material in der Beschreibung auch ein leichtes Material
sein, während das
erste Material in einigen der Ansprüchen ein dauerhafteres Material
ist.
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Es
wurden spezifische Ausführungsformen gezeigt
und beschrieben, wobei jedoch zu beachten ist, dass bestimmte Aspekte
jeder Ausführungsform mit
bestimmten Aspekten von anderen Ausführungsformen kombiniert oder
ausgetauscht werden können.
Zum Beispiel kann die Endkappenkonfiguration des Schaltnockens 200 mit
den Endkappenkonfigurationen der Schaltnocken 10, 100 vertauscht
werden. Weiterhin kann die Presspassung mit der intern mit einer
Keilnut versehenen Fläche
zwischen den Endkappen und den Trommeln der Schaltnocken 100 und 200 auch
zwischen dem ersten und dem zweiten Trommelteil des Schalternockens 10 implementiert werden.
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Verschiedene
Merkmale der Erfindung werden durch die folgenden Ansprüche angegeben.