DE102007062307A1

DE102007062307A1 - Schalteinrichtung für ein Gangräderwechselgetriebe

Info

Publication number: DE102007062307A1
Application number: DE200710062307
Authority: DE
Inventors: Francis Schneider; Raphael Wittmann
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2009-06-25
Also published as: FR2925641B1; FR2925641A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung (4) für ein Gangräderwechselgetriebe mit einer Getriebewelle (1), die optional mit einem Synchronkörper (5) versehen ist, einer Schaltgabel (11), welche mit einer Schaltwelle (12) verbindbar ist, einer Synchronisationskupplung (14) zum Synchronisieren der Gangräder und einem Lager (7), das zwischen der Synchronisationskupplung (14) und der Schaltwelle (12) angeordnet ist, wobei das Lager (7) einen Außenring (10), einen Innenring (8) und Wälzkörper (9) zwischen dem Außenring (10) und dem Innenring (8) aufweist, wobei das Lager (7) und die Schaltgabel (11) als separat hergestellte Bauteile ausgebildet sind und das Lager (7) auf der Getriebewelle (1) oder auf dem Synchronkörper (5) angeordnet ist und Mittel zum Eingriff der Schaltgabel (11) aufweist und die Schaltgabel (11) einen gabelförmigen Grundkörper (17) aufweist, durch den das Lager (7) axial verschiebbar ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung für ein Gangräderwechselgetriebe mit einer einen gabelförmigen Grundkörper aufweisenden Schaltgabel, welche auf einer Schaltwelle geführt ist, mit einer Synchronisationskupplung zum Synchronisieren der Gangräder mit einem Synchronkörper und mit einem Lager, das zwischen der Synchronisationskupplung und der Schaltwelle angeordnet ist.
Hintergrund der Erfindung
Schalteinrichtungen für Zahnräderwechselgetriebe weisen häufig ein Schaltelement in Form einer Schaltgabel auf, welche mit einer Schaltstange bzw. einer Schaltwelle verbunden ist. Die Schaltgabel greift formschlüssig in eine Schiebemuffe einer Synchronisiereinrichtung, mit der über Kuppelelemente Losräder mit der Haupt- oder Vorgelegewelle kuppelbar sind. Viele der in Schalteinrichtungen eingesetzten Schaltgabeln sind drehstarr mit der Schalt stange verbunden. Alternativ dazu kann eine als Schaltschwinge gestaltete Schaltgabel axial verschiebbar und/oder verdrehbar zu der Schaltstange angeordnet werden. Die Betätigung der Schaltgabel erfolgt häufig mittels eines Schaltfingers, der formschlüssig in ein mit der Schaltgabel verbundenes Schaltmaul eingreift und eine Verschiebung der Schaltgabel ermöglicht. Die geschalteten Gänge und die Neutralstellung werden mittels einer Schaltarretierung gehalten, welche die Positionen der Schaltgabel durch ein Zusammenwirken mit einem meist an der Schaltstange angeordneten Rastgebirge fixiert.
Zunehmend gewinnen aus Blech hergestellte Schaltgabeln an Bedeutung, da diese sich kostengünstig und materialsparend herstellen lassen. Der Grundkörper der betrachteten Schaltgabeln ist zumeist ein durch Kaltumformen von Blech hergestelltes Formteil. Das Formteil ist gabelförmig mit zwei zueinander beabstandeten Gabelenden ausgeführt. Mit der Schaltstange ist die Schaltgabel in der Regel über eine Nabe verbunden, welche häufig als zylindrische Führung ausgebildet ist und eine meist als koaxiales Führungsloch ausgebildete Aufnahme aufweist, über die die Nabe auf der Schaltstange befestigt ist. Anstatt einer Schaltstange kann auch eine Schaltschiene oder ein ähnliches Schaltglied verwendet werden.
Stand der Technik
Die Automatisierung von Schaltgetrieben ermöglicht es, neuartige Schaltkonzepte ohne Schiebemuffe zu realisieren. Eine derartige Schalteinrichtung ist beispielsweise von der Firma Renault in der Zeitschrift „Ingènieurs de I'Automobile (SIA)" No. 776 veröffentlicht. Vorgestellt wird eine ringförmige Schaltgabel, die innenseitig ein als Kugellager ausgebildetes Lager aufweist, während sie außenseitig mit der Schaltwelle verbunden ist. Bei einer derartigen Schalteinrichtung wird die Synchronisationskupplung nicht nur zum Synchronisieren genutzt, sondern auch zum dauerhaften Koppeln der Gangräder, sofern der entsprechende Gang geschaltet ist. Diese Art von Schalteinrichtung eignet sich daher besonders für automatisierte Schaltgetriebe, bei denen die Schaltgabel durch einen Aktuator betätigt wird.
Das Kugellager ist in die Schaltgabel eingepresst, weswegen eine genaue Koaxialität des Lagers zur Getriebewelle beim Einbau erforderlich ist. Die Schaltwelle und die Getriebewelle müssen daher sehr exakt zueinander ausgerichtet sein. Nachteilig an dieser ansonsten guten Lösung ist auch, dass aufgrund des Verpressens die Schaltgabel und die Getriebewelle während der Getriebemontage nur gemeinsam verbaut werden können, was aufwändig zu handhaben ist. Schließlich ist eine ringförmige Schaltgabel relativ aufwändig in ihrer Herstellung.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schalteinrichtung zu schaffen, bei der die vorstehend genannten Nachteile beseitigt sind.
Die Aufgabe ist nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass das Lager und die Schaltgabel als separat hergestellte Bauteile ausgebildet sind. Das Lager ist auf der Getriebewelle oder auf einem auf der Getriebewelle angeordneten Synchronkörper axial verschiebbar. Die Schaltgabel ist mit ihrem Grundkörper der Schaltwelle zugeordnet und mit dieser form-, kraft- oder stoffschlüssig verbunden. Die Schaltgabel weist einen gabelförmigen Grundkörper auf, mit dem sie in den Außenring in Wirkverbindung steht, wodurch das Lager axial verschiebbar ist. Beim Schalten eines Ganges wird zunächst die Schaltgabel und damit das Lager axial bewegt, so dass die Synchronisationskupplung eine Drehzahlangleichung vornimmt. Die Drehmomentübertragung wird durch die von der Schaltgabel dann ständig angedrückten Konuspakete gewährleistet.
Eine derartige Lösung ist in mehrerer Hinsicht vorteilhaft. Zum einen sind die Einzelteile sehr gut in der Massenproduktion herstellbar. So kann die Schaltgabel mit ihrem Grundkörper in Kaltformtechnik spanlos hergestellt werden, was insbesondere für große Stückzahlen von Vorteil ist. Ferner ist es nicht erforderlich, sie mit einem aufwändig zu fertigenden ringförmigen Grundkörper zu versehen. Das Lager ist auf der Getriebewelle vormontierbar und kann sich gegenüber dieser axial bewegen. Es ist entweder mit dem Innenring direkt mit der Welle verbunden, oder zwischen dem Innenring und der Getriebewelle ist ein Synchronkörper angeordnet. Das Lager weist einen Außenring und einen Innenring, sowie zwischen den Ringen angeordnete Wälzkörper auf. Das Lager kann mit hoher Genauigkeit gefertigt werden und eine exakte Positionierung auf der Getriebewelle ist in einfacher Weise möglich.
Die Schaltgabel weist eine Anbindung zur Schaltwelle auf, beispielsweise in Form einer Nabe, so dass die Ausrichtung der Schaltgabel auf die Schaltwelle ebenfalls in sehr einfacher Weise gelingt. Erst bei der Endmontage erfolgt eine Positionierung der Schaltgabel und des Lagers zueinander. Die Endmontage kann dadurch erleichtert werden, dass Teile der Schaltgabel mit Passstücken versehen werden, die ein eventuelles Spiel aufgrund von Fertigungs- und/oder Montageungenauigkeiten ausgleichen.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Grundkörper der Schaltgabel aus Blech ausgebildet. Damit ist die Schaltgabel besonders leicht und materialsparend ausgebildet. Ferner ist sie in der Massenproduktion besonders einfach herstellbar. Besonders vorteilhaft ist ein im Längsschnitt zur Getriebeachse gesehen ein etwa L-förmiger Profilkörper. Dadurch ist die Schaltgabel den Belastungen besonders gut angepasst. Alternativ dazu weist die Schaltgabel im Längsschnitt gesehen ein U-förmiges Profil auf, wobei die sich gegenüberstehenden Flanken Versteifungsrippen bilden.
Die Nabe kann zur Anbindung an die Schaltwelle ein Sackloch aufweisen, oder sie besitzt eine Durchgangsausnehmung. Die Schaltgabel kann weitere Elemente wie einen Schaltarm zum Eingriff eines Schaltfingers aufweisen. Die Nabe und die Schaltwelle sind formschlüssig dreh- und verschiebefest miteinander verbunden, was beispielsweise durch einen Presssitz realisiert werden kann, oder die Nabe ist auf der Schaltwelle ihrerseits durch ein Linearlager gelagert.
Der Grundkörper der Schaltgabel ist in einer Ausbildung der Erfindung im wesentlichen halbkreisförmig ausgebildet, wobei die gegenüberliegenden Gabelenden Führungselemente zum Führen des Außenringes aufweisen. Die Führungselemente können als nach radial innen weisende Vorsprünge ausgebildet sein, vorzugsweise werden sie jedoch mittels Gleitschuhen realisiert, die endseitig mit den Gabelenden verbindbar sind. Dazu können die Gleitschuhe aus Kunststoff bestehen und auf die Gabelenden aufgesteckt werden. Die Anzahl der Führungselemente ist dabei nicht auf zwei beschränkt. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Grundkörper zusätzlich über weitere Führungselemente abgestützt. Zwischen den einzelnen Führungselementen erstrecken sich in Umfangsrichtung gesehen zwischen dem Außenring und dem Grundkörper Freiräume.
Alternativ dazu ist der Grundkörper dem Radius des Außenringes angepasst, so dass der Außenring in etwa halbkreisförmig von dem Grundkörper formschlüssig umgriffen wird. Dies gewährleistet eine besonders sichere Führung des Lagers.
Erfolgt die Verbindung zwischen dem Grundkörper und dem Außenring über die Führungselemente, so ist dennoch eine sichere Führung gewährleistet, und es gibt keine gravierenden Relativbewegungen zwischen dem Grundkörper und dem Lager. Daher kann in vielen Fällen auf eine Beschichtung der Gleitschuhe verzichtet werden, bzw. die Gleitschuhe können ganz entfallen. Insbesondere für automatisierte Schaltgetriebe ist es allerdings vorteilhaft, den Außenring in dem Bereich, in dem der Kontakt über die Führungselemente oder den Grundkörper selbst zur Schaltgabel hergestellt wird, zu härten, um Verformungen durch eine Kontaktpressung zu vermeiden.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist der Außenring einen umlaufenden Vorsprung zum Eingriff mit der Schaltgabel auf. Der Vorsprung kann z. B. als ein Kragen ausgebildet sein oder als eine Nut. Die umlaufenden Vorsprünge sind in der Fertigung besonders einfach zu realisieren. Für ihre Funktion ist es allerdings auch ausreichend, wenn die Vorsprünge lediglich im Bereich der Führungselemente angeordnet sind. Auch hier sind zwischen dem Außenring und dem Grundkörper in Umfangsrichtung zwischen den Führungselementen Freiräume angeordnet. Dadurch können unerwünschte Schwingungen nicht so leicht auf die Schaltgabel und damit letztendlich auf den Schalthebel übertragen werden, was den Fahrkomfort steigert bzw. die daraus resultierenden negativen Auswirkungen auf einen Aktuator mindert. Obwohl die Auslegung der Größe des Freiraums schaltkraftabhängig erfolgt, hat sich ein Spalt von 0,1 mm bis 0,3 mm besonders bewährt.
Das Lager ist ohne die Schaltgabel auf einen Synchronkörper bzw. direkt auf die Getriebewelle vormontierbar. Dadurch kann es besonders leicht ausgerichtet und montiert werden. Ferner weist es keine auskragenden Teile auf, so dass die Handhabung auch deswegen einfach ist. Ist der Außenring rotationssymmetrisch ausgebildet, so kann aufgrund der Symmetrie eine winkelgenaue Ausrichtung entfallen. Ebenso ist die Schaltgabel in einem separaten Montageschritt auf einfache Weise mit der Schaltwelle verbindbar. Erst in einem letzten Montageschritt werden Schaltgabel und Lager zueinander ausgerichtet.
Die Art des Lagers ist auf den jeweiligen Anwendungsfall abstimmbar. Durch die Differentialbauweise ist es möglich, bei ansonsten gleicher Umgebungskonstruktion unterschiedliche Lager für unterschiedliche Anwendungen einzusetzen und somit Skalierungsvorteile der Massenproduktion bei verschiedenen Getrieben zu nutzen. In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Lager als Zweipunktlager ausgebildet. Es kann aber auch als Dreipunktlager oder besonders vorteilhaft als Vierpunktlager ausgebildet sein. Das Vierpunktlager überträgt die eingeleiteten Kräfte besonders gleichmäßig, und es ist vor allem gegenüber schräg eingeleiteten Kräften relativ unempfindlich. Besonders bewährt hat sich die Erfindung in Verbindung mit Schrägkugellagern.
Das Lager weist einen Außenring, einen Innenring und zwischen den beiden Ringen angeordnete Wälzkörper auf. Die Wälzkörper sind als Kugeln oder als Zylinderrollen ausgebildet, wobei auch andere Wälzkörperarten denkbar sind. In einer Variante der Erfindung sind die Wälzkörper käfiggeführt.
Der Innenring ist mit dem Synchronkörper bzw. mit der Getriebewelle so form- oder kraftschlüssig verbindbar, dass ein Verschieben der Schaltgabel ein Gleiten des Synchronkörpers mit dem Lager auf der Getriebewelle in axialer Richtung bewirkt. Das Lager drückt dabei axial auf ein Synchronringpaket, wodurch der Synchronisationsprozess eingeleitet wird. Der Synchronisationsaufbau kann entweder einer klassischen Getriebesynchronisation entsprechen mit einem oder mehreren Synchronringen, die die Geschwindigkeit des zu schaltenden Gangrades mit der des Synchronkörpers in Übereinstimmung bringen. Alternativ dazu wird zusätzlich ein Einkoppeln realisiert und damit eine dauerhafte Drehmomentübertragung, solange der Gang geschaltet ist.
Die erfindungsgemäße Schalteinheit ist gegenüber Fertigungsungenauigkeiten tolerant, da das Lager nicht in die Schaltgabel eingepresst wird. Dadurch ist auch das Risiko des Auswanderns des Lagers minimiert. Ferner ist die Schalteinheit gut an verschiedene Synchronringpakete anpassbar und die Handhabung bei der Montage ist deutlich erleichtert. De halbkreisförmige Schaltgabel ermöglicht gegenüber einer Ringschaltgabel eine Bauraum- und Gewichtsersparnis.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt einer Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Schalteinrichtung,
2 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Schalteinrichtung, wobei nur das Lager und die Schaltgabel dargestellt sind,
3 einen Querschnitt der 2 der Schalteinrichtung gemäß 2,
4 eine vergrößerte Schrägansicht der Schalteinrichtung nach 2.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
In 1 ist eine Schalteinheit 4 eines Schaltgetriebes für Kraftfahrzeuge dargestellt. Auf mit einer Welle 1 sind zwei Gangräder 2, 3 frei drehbar gelagert. Zwischen den beiden Gangrädern 2, 3 ist eine Synchronisationskupplung 14 angeordnet, über welche wahlweise eines der beiden Gangräder 2 oder 3 an die Welle 1 kuppelbar ist. Über diese Weise wird das Schaltgetriebe in unterschiedliche Übersetzungsstufen geschaltet.
Die Synchronisiereinrichtung 4 weist einen Synchronkörper 5 auf, der drehfest in eine Verzahnung 6 der Welle 1 eingreift. Weiterhin ist der Synchronkörper 5 an seinem äußeren Umfang von einem Lager 7 umschlossen, wobei das Lager einen Innenring 8, Wälzkörper 9 und einen Außenring 10 aufweist. Der Außenring 10 des Lagers steht mit einer Schaltgabel 11 in Wirkverbindung, die ihrerseits auf einer Schaltwelle 12 befestigt ist. Die Schaltgabel weist einen Schaltarm 13 zur Aufnahme eines Schaltfingers auf. Beidseits der Schaltgabel 11 sind Synchronringpakete 15 angeordnet, die mit entsprechenden Reibflächen 18 und 19 versehen sind. Die Reibflächen 18 und 19 wirken mit entsprechend ausgebildeten Gegenreibflächen 20 und 21 zusammen.
Die 2 bis 4 zeigen die getrennt gefertigten Bauteile Schaltgabel 11 mit ihrem im Querschnitt L-förmigen Grundkörper 17 und ihrer Nabe 22 sowie das Lager 7. Der halbkreisförmige Grundkörper 17 der Schaltgabel 11 weist an seinen Gabelenden 23 sowie im Zentralbereich 27 Führungselemente 24 auf, mit denen er mit dem Außenring 10 des Lagers 7 in Wirkverbindung steht. In Umfangsrichtung zwischen den Führungselementen 24 sind Freiräume 28 in Form eines Spalts angeordnet.
Gemäß 4 besitzt der Außenring 10 des Lagers 7 eine Nut 26, so dass die Seitenwände der Nut 26 einen Vorsprung 25 für die Führungselemente 24 der Schaltgabel 11 bilden. Der Eingriff der Führungselemente 24 in die Nut 26 erfolgt direkt, wobei das Führungselement 24 quaderförmig ausgebildet ist, wobei der Eingriff hier nicht vollständig bis in den verrundeten Nutgrund 29 erfolgt.

1: Welle
2: Gangrad
3: Gangrad
4: Synchronisiereinrichtung
5: Synchronkörper
6: Verzahnung
7: Lager
8: Innenring
9: Wälzkörper
10: Außenring
11: Schaltgabel
12: Schaltwelle
13: Schaltarm
14: Synchronringpaket
15: Synchronringpaket
16: (nichtbelegt)
17: Grundkörper
18: Reibfläche
19: Reibfläche
20: Gegenreibfläche
21: Gegenreibfläche
22: Nabe
23: Gabelende
24: Führungselement
25: Vorsprung
26: Nut
27: Zentralbereich
28: Freiraum
29: Nutgrund

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

- „Ingènieurs de I'Automobile (SIA)" No. 776 [0004]

Claims

Schalteinrichtung (4) für ein Gangräderwechselgetriebe mit – einer Getriebewelle (1), die optional mit einem Synchronkörper (5) versehen ist, – einer Schaltgabel (11), welche mit einer Schaltwelle (12) verbindbar ist, – einer Synchronisationskupplung (14) zum Synchronisieren der Gangräder und – einem Lager (7), das zwischen der Synchronisationskupplung (14) und der Schaltwelle (12) angeordnet ist, wobei das Lager (7) einen Außenring (10), einen Innenring (8) und Wälzkörper (9) zwischen dem Außenring (10) und dem Innenring (8) aufweist, dadurch gekennzeichnet, – dass das Lager (7) und die Schaltgabel (11) als separat hergestellte Bauteile ausgebildet und lösbar verbunden sind, – dass das Lager (7) auf der Getriebewelle (1) oder auf dem Synchronkörper (5) angeordnet ist und Mittel zum Eingriff der Schaltgabel (11) aufweist und – dass die Schaltgabel (11) einen gabelförmigen Grundkörper (17) aufweist, durch den das Lager (7) axial verschiebbar ist.
Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (17) aus Blech ausgebildet ist.
Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (10) einen umlaufenden Vorsprung (25) einer Nut (26) oder eines Kragens zum Eingriff mit der Schaltgabel aufweist.
Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper Führungselemente (24) zum Führen des Außenrings (10) aufweist und dass zwischen den Führungselementen (24) in Umfangsrichtung gesehen die Schaltgabel (11) und der Außenring (10) durch Freiräume (28) beabstandet sind.
Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltgabel (11) Gabelenden (23) aufweist, die mit Gleitschuhen versehen sind, wobei die Schaltgabel (11) nur über die Gleitschuhe in den Vorsprung (25) eingreift.
Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltgabel (11) aus Stahlblech ausgebildet ist, dass sie eine Nabe (22) mit einer Durchgangsausnehmung für die Schaltwelle (12) aufweist und dass der Grundkörper (17) im Längsschnitt zur Getriebeachse gesehen ein etwa L-förmiges Profil aufweist.
Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile des Außenrings (10), die mit der Schaltgabel (11) in Wirkverbindung stehen, gehärtet sind.
Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (7) und die Schaltgabel (11) lösbar miteinander in Eingriff bringbar sind.
Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (7) ein Zweipunktlager ist.
Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (7) ein Dreipunktlager ist.
Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (7) ein Vierpunktlager ist.
Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (7) ein Schrägkugellager ist.
Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (9) als Kugeln ausgebildet sind.
Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (9) als Zylinderrollen ausgebildet sind.
Verfahren zur Montage einer Schalteinrichtung (4) für ein Zahnräderwechselgetriebe mit einer Getriebewelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – das Lager (7) mit der Getriebewelle (1) oder dem auf der Getriebewelle angeordneten Synchronkörper (5) verbunden wird, – unabhängig von der Lagermontage die Schaltgabel (11) mit einer Schaltwelle (12) verbunden wird, – in einem abschließenden Endmontageschritt die beiden Teileinheiten zur Schalteinrichtung (4) verbunden werden, indem die Schaltgabel (11) und das Lager (7) zueinander ausgerichtet werden.