DE102006004933A1

DE102006004933A1 - Schaltgabel für ein Zahnräderwechselgetriebe

Info

Publication number: DE102006004933A1
Application number: DE200610004933
Authority: DE
Inventors: Volker Dipl.-Ing.(FH) Pechtl; Klaus Krämer
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-02-03
Filing date: 2006-02-03
Publication date: 2007-08-09
Also published as: WO2007090763A1; EP1984658A1; CN101379323A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltgabel (1) für ein Zahnräderwechselgetriebe mit einem gabelförmig ausgebildeten Grundkörper (2), einem Lagerelement (3) und einem Mitnehmerelement (4), das zum Zusammenwirken mit einem Betätigungsorgan geeignet ist, wobei mindestens zwei der drei Teile Grundkörper (2), Lagerelement (3) und Mitnehmerelement (4) aus separat hergestellten Teilen bestehen, die bleibend miteinander verbunden sind. Um auch schlecht oder nicht schweißbare Einzelteile miteinander zuverlässig verbinden zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die bleibende Verbindung zwischen mindestens zwei der separat hergestellten Teile (2, 3, 4) durch eine Nietverbindung oder durch einen Stauch-Pressvorgang (5) hergestellt ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Schaltgabel für ein Zahnräderwechselgetriebe mit einem gabelförmig ausgebildeten Grundkörper, einem Lagerelement und einem Mitnehmerelement, das zum Zusammenwirken mit einem Betätigungsorgan geeignet ist, wobei mindestens zwei der drei Teile Grundkörper, Lagerelement und Mitnehmerelement aus separat hergestellten Teilen bestehen, die bleibend miteinander verbunden sind.
Hintergrund der Erfindung
Schaltgabeln, wie sie für Zahnräderwechselgetriebe zum Gangwechsel benötigt werden, werden häufig als Gussteile aus Aluminium oder Stahl hergestellt, wie es beispielsweise in der EP 0 479 346 B1 beschrieben ist.
Möglich ist es auch, eine Schaltgabel aus Blech herzustellen, wobei die gesamte Gabel aus einem einzigen Blechteil durch Stanzen und Umformen produziert wird. Derartige Lösungen sind beispielsweise aus der DE 199 19 270 A1 und aus der DE 199 19 271 A1 bekannt.
In anderen Fällen werden auch Schaltgabeln der eingangs genannten Art verwendet, wie sie beispielsweise aus der DE 103 09 407 A1 bekannt sind. Der gabelförmig ausgebildete Gabelgrundkörper, das Lagerelement – typischerweise ausgebildet als Hülse – und das Mitnehmerelement sind hier als separate Bauteile hergestellt, die mittels Schweißen zur fertigen Schaltgabel zusammengefügt werden.
Eine ähnliche Lösung ist aus der DE 101 25 098 A1 bekannt. Hier werden alle Einzelbestandteile der Schaltgabel aus Blech geformt. Nach dem Abschluss der Herstellung der Einzelteile werden diese miteinander verbunden, wobei auch wieder das Schweißen zum Einsatz kommt.
Nachteilig ist bei den vorbekannten Schaltgabeln, die aus separat hergestellten Teilen zusammengesetzt werden, dass in machen Fällen das Verbinden der einzelnen, separat hergestellten Einzelteile problematisch ist. Dies hat mit dem Material zu tun, aus dem die Einzelteile bestehen. Beispielsweise gestaltet sich bei zu hohem Kohlenstoffanteil im Stahl das Verschweißen schwierig, bzw. es ist nicht möglich. Andererseits empfiehlt sich Stahl mit entsprechend hohem Kohlenstoffgehalt deshalb für die Herstellung der Schaltgabel, da das Material dann härtbar und im Betrieb entsprechend verschleißstabil ist.

Aufgabe der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltgabel der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass auch dann eine Schaltgabel aus mehreren, separat gefertigten Teilen gebildet werden kann, wenn nur schlecht schweißbare oder überhaupt nicht schweißbare Materialien verwendet werden sollen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die bleibende Verbindung zwischen mindestens zwei der separat hergestellten Teile der Schaltgabel durch eine Nietverbindung oder durch einen Stauch-Pressvorgang hergestellt ist. Insbesondere kann vorgesehen werden, dass der Grundkörper und das Mitnehmerelement der Schaltgabel durch die Nietverbindung oder durch den Stauch-Pressvorgang miteinander bleibend verbunden sind.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es möglich, unabhängig von der Frage der Schweißbarkeit des Werkstoffs der Bestandteile der Schaltgabel eine dauerhafte und feste Verbindung sicherzustellen.

Bevorzugt ist dabei daran gedacht, dass mindestens zwei der drei Teile Grundkörper, Lagerelement und Mitnehmerelement aus einem Blech konstanter Dicke hergestellt sind. Die Blechdicke der aus Blech hergestellten Teile kann dabei bei mindestens zwei der Teile unterschiedlich groß sein. Dies ermöglicht die spezifische Anpassung an die benötigte Bauteilsteifigkeit, so dass ein geringstmögliches Gewicht der Schaltgabel realisierbar ist.

Im Falle der Verbindung zweier Teile mittels eines Stauch-Pressvorgangs ist bevorzugt vorgesehen, dass Material aus dem dickeren Blech durch eine Ausnehmung, insbesondere durch eine Bohrung, im dünneren Blech verdrängt wird. Das Stauch-Pressen ist auch unter der Bezeichnung „toxen" als solches bekannt.

Im Falle der Verbindung zweier Teile mittels einer Nietverbindung hat sich insbesondere das Taumelnieten bewährt, das ebenfalls als solches im Stand der Technik bekannt ist. Diesbezüglich wird exemplarisch auf die DE 33 15 758 A1 Bezug genommen.

Bevorzugt bestehen mindestens zwei der separat hergestellten Teile aus hochfestem oder wärmebehandeltem Material. Sie können auch aus gehärtetem Material bestehen. Weiterhin können sie aus nicht-schweißbarem Material bestehen.

Fertigungstechnische Vorteile ergeben sich, wenn der gabelförmig ausgebildete Grundkörper und/oder das Mitnehmerelement durch einen Stanz- und Biegeprozess hergestellt sind.

Mit dem Erfindungsvorschlag wird es möglich, eine Verbundschaltgabel zu schaffen, die aus mehreren separat gefertigten Teilen besteht. Es können dabei beliebige Ausgangswerkstoffe verwendet werden; es ist dabei nicht erforderlich, darauf zu achten, ob diese (ver)schweißbar sind.

Die entsprechende Auslegung der für die Herstellung der einzelnen Teile vorgesehenen Ausgangsmaterialien, insbesondere die Dicke der zum Einsatz kommenden Bleche, ermöglicht eine optimale Anpassung des Material an die geforderte Bauteilsteifigkeit. Damit kann die Schaltgabel bei geringem Gewicht in den maßgeblichen Bereichen hinreichend steif ausgebildet werden, ohne das Gesamtgewicht der Gabel erhöhen zu müssen.

Es kann also ein insgesamt geringes Gewicht der Gabel bei maximaler Steifigkeit bzw. Bauteilfestigkeit in denjenigen Bereich realisiert werden, die besonders steif ausgebildet sein müssen. Die Auswahl der Blechdicke für das jeweilige Bauteil macht dies möglich.

Durch das vorgeschlagene Fügeverfahren der einzelnen, separat hergestellten Teile ist kein Verzug der Bauteile zu befürchten. Ferner ist es mit dem vorgeschlagenen Vorgehen möglich, einen Toleranzausgleich beim Fügen zu bewerkstelligen. Da kein Verzug der Bauteile zu befürchten ist, ist keine entsprechende Nachbearbeitung der Gabel erforderlich, was die Wirtschaftlichkeit der Herstellung der Schaltgabel erhöht.

Es wird möglich, hochfesten bzw. wärmebehandelten Werkstoff als Ausgangsmaterial einzusetzen, was der Verschleißstabilität der Schaltgabel zugute kommt.

Die Schaltgabel kommt bevorzugt bei Kraftfahrzeug-Schaltgetrieben zum Einsatz.

Kurze Beschreibung der Figuren

In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

1 die Schaltgabel eines Zahnradwechselgetriebes in perspektivischer Ansicht,

2 die Schaltgabel gemäß 1 aus einer anderen Blickrichtung betrachtet,

3 die Vorderansicht der Schaltgabel nach 1 bzw. 2,

4 die Seitenansicht der Schaltgabel nach 1 bzw. 2,

5 die Vorderansicht der Schaltgabel nach 1 bzw. 2, aus der entgegengesetzten Richtung als in 3 aus betrachtet, und

6 einen vergrößerten Ausschnitt des Schnitts A-B gemäß 3.

Ausführliche Beschreibung der Figuren
In den Figuren ist eine Schaltgabel 1 für ein Zahnradwechselgetriebe zu sehen. Die Schaltgabel 1 besteht aus drei separat gefertigten und dann zusam mengesetzten Teilen. Dies ist zum einen ein gabelförmig ausgebildeter Grundkörper 2, dann ein Lagerelement 3 und schließlich ein Mitnehmerelement 4, das mit einem nicht dargestellten Betätigungsorgan zusammenwirkt, das die Schaltgabel auf einer ebenfalls nicht dargestellten Welle translatorisch verschiebt. Dabei greift der gabelförmig ausgebildete Grundkörper 2 ein Zahnrad in einem Zahnradwechselgetriebe und verschiebt es axial.
Das Lagerelement 3 wird vorliegend aus zwei Hülsenteilen gebildet (s. hierzu insbesondere 2), die miteinander fluchten und den Durchtritt einer nicht dargestellten Lagerungswelle ermöglichen.
Alle drei genannten Teile 2, 3, 4 bestehen aus Blech, d. h. sie sind aus einer Blechtafel durch Umformen hergestellt. Die Dicke des Blechs d₁, d₂ (s. 6) wird dabei so gewählt, dass sich für die spezifische Bauteilbeanspruchung eine optimale Steifigkeit ergibt. In der Regel werden also unterschiedliche Blechdicken d₁, d₂ gewählt werden, um die Schaltgabel einerseits hinreichend stabil zu gestalten, sie andererseits jedoch so leicht wie möglich auszuführen.
Um die einzelnen Teile auch dann, wenn sie nur schwer oder gar nicht schweißbar sind, genau und fest bleibend verbinden zu können, ist eine Lösung vorgesehen, nach der die Verbindung der Teile entweder durch einen Nietvorgang oder durch einen Stauch-Pressvorgang erfolgt.
In 6 ist dargestellt, wie im Falle des Stauch-Press-Verbindens vorgegangen wird, d. h. zur Erzeugung einer Stauch-Pressverbindung 5. Diese Verbindungsweise wird auch als Durchsetzfügen oder als „toxen" bezeichnet.
Vorliegend sind die beiden Bleche 2 und 4 des Grundkörpers bzw. des Mitnehmerelements miteinander zu verbinden. Wie zu sehen ist, ist die Blechdicke d₁ des Mitnehmerelements 4 deutlich kleiner als die Blechdicke d₂ des Grundkörpers 2.
In das Mitnehmerelement 4 sind zwei Bohrungen 7 eingebracht. Nachdem beide Bleche 2, 4 aufeinander gefegt sind, wird mit einem nicht dargestellten Stauch-Press-Werkzeug von der vom Blech 4 abgewandten Seite in das Material des Blechs 2 gedrückt, so dass sich die Eindrücke 8 ergeben. Hierdurch wird Material 6 des Blechs 2 durch die Bohrungen 7 im Blech 4 hindurchgedrückt. An der den Eindrücken 8 abgewandten Seite des Blechs 4 sind hierbei nicht dargestellte Gegenwerkzeuge angeordnet, die die Köpfe 9 ausformen. Diese sorgen für einen Formschluss zwischen den beiden Blechen 2 und 4.
Beim Stauch-Pressen erfolgt lediglich eine Verdrängung von Material ohne Beschädigung der Bauteiloberfläche. Durch das Verdichten von Material an der Verbindungsstelle wird das Material, insbesondere der Stahl, verfestigt. Eine mechanische Kerbwirkung tritt nicht auf. Insbesondere ergibt sich ein günstiges dynamisches Verhalten im Betrieb, d. h. die Verbindung ist auch bei dynamischer Bauteilbeanspruchung dauerstabil.
Die Schaltgabelausführung ist belastungsorientiert gestaltet. D. h. insbesondere ist die Wahl der Blechdicken so erfolgt, dass nur in denjenigen Bereich, die entsprechend steif ausgeführt sein müssen, eine größere Blechdicke vorliegt. Im Bereich hoher Torsions- bzw. Biegespannungen – insbesondere an der Verbindungsstelle zwischen dem Grundkörper 2 und dem Mitnehmerelement 4 – kommt dickeres Blech zum Einsatz, im Bereich geringerer Festigkeitsanforderungen kann mit erheblich reduzierter Blechdicke gearbeitet werden.
Es können hochfeste bzw. gehärtet Werkstoffe, die nicht schweißbar sind, problemlos miteinander verbunden werden.
Eine weitere Fügemöglichkeit besteht gegebenenfalls darin, Schweißwarzen an einem zu verbindenden Teil anzubringen und dann die zu verbindenden Teile beispielsweise mittels Punktschweißen miteinander zu verbinden. Dies gilt sowohl für die Verbindung des Grundkörpers 2 mit dem Mitnehmerelement 4 als auch für die Verbindung zwischen Lagerelement 3 und Grundkörper 2.
Die zum Einsatz kommenden Bleche für die einzelnen Bauteile werden gemäß der benötigten Eigenschaften ausgesucht. Meist werden Stahlbleche zum Einsatz kommen. Es ist aber auch möglich, Leichtmetall-Bleche vorzusehen.

1: Schaltgabel
2: gabelförmig ausgebildeter Grundkörper
3: Lagerelement
4: Mitnehmerelement
5: Stauch-Pressverbindung
6: verdrängtes Material
7: Bohrung
8: Eindruck
9: Kopf
d₁: Dicke des Blechs
d₂: Dicke des Blechs

Claims

Schaltgabel (1) für ein Zahnräderwechselgetriebe mit einem gabelförmig ausgebildeten Grundkörper (2), einem Lagerelement (3) und einem Mitnehmerelement (4), das zum Zusammenwirken mit einem Betätigungsorgan geeignet ist, wobei mindestens zwei der drei Teile Grundkörper (2), Lagerelement (3) und Mitnehmerelement (4) aus separat hergestellten Teilen bestehen, die bleibend miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die bleibende Verbindung zwischen mindestens zwei der separat hergestellten Teile (2, 3, 4) durch eine Nietverbindung oder durch einen Stauch-Pressvorgang (5) hergestellt ist.
Schaltgabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) und das Mitnehmerelement (4) durch die Nietverbindung oder durch den Stauch-Pressvorgang (5) miteinander bleibend verbunden sind.
Schaltgabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der drei Teile Grundkörper (2), Lagerelement (3) und Mitnehmerelement (4) aus einem Blech konstanter Dicke (d₁, d₂) hergestellt sind.
Schaltgabel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechdicke (d₁, d₂) der aus Blech hergestellten Teile (2, 3, 4) bei mindestens zwei der Teile (2, 3, 4) unterschiedlich groß ist.
Schaltgabel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle der Verbindung zweier Teile mittels eines Stauch-Pressvorgang (5) Material (6) aus dem dickeren Blech durch eine Ausnehmung (7), insbesondere Bohrung, im dünneren Blech verdrängt wird.
Schaltgabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle der Verbindung zweier Teile (2, 3, 4) mittels einer Nietverbindung diese durch Taumelnieten hergestellt ist.
Schaltgabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der separat hergestellten Teile (2, 3, 4) aus hochfestem oder wärmebehandeltem Material bestehen.
Schaltgabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der separat hergestellten Teile (2, 3, 4) aus gehärtetem Material bestehen.
Schaltgabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der separat hergestellten Teile (2, 3, 4) aus nicht-schweißbarem Material bestehen.
Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gabelförmig ausgebildete Grundkörper (2) und/oder das Mitnehmerelement (4) durch einen Stanz- und Biegeprozess hergestellt sind.