DE102007062464A1

DE102007062464A1 - Arretierelement

Info

Publication number: DE102007062464A1
Application number: DE102007062464A
Authority: DE
Inventors: Markus Schleef
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-12-22
Filing date: 2007-12-22
Publication date: 2009-06-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Arretierelement (8) zum Verrasten eines ersten Getriebeteils (23) an einem zweiten Getriebeteil (24) in wenigstens einer Stellposition, wobei das Arretierelement (8) ein Gehäuse (21), mit einem quer zur Druckrichtung ausgerichteten Boden (14a), Seitenwänden (14b, 14c) und einen Deckel (10) aufweist sowie ein Federelement (15), das von dem Gehäuse (21) wenigstens teilweise eingekapselt ist und ein Rastelement (20), das durch das Federelement (15) in die Druckrichtung gegen das erste Getriebeteil (23) vorspannbar ist, wobei das Rastelement (20) als ein Kreiszylinder ausgebildet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Arretierelement zum Verrasten eines ersten Getriebeteils an einem zweiten Getriebeteil in wenigstens einer Stellposition, wobei das Arretierelement ein Gehäuse mit einem quer zur Druckrichtung ausgerichteten Boden, Seitenwänden und einen Deckel aufweist sowie ein Federelement, das sich im Gehäuse abstützt und von diesem wenigstens teilweise eingekapselt ist, und ein Rastelement, das durch das Federelement in die Druckrichtung gegen das erste Getriebeteil vorspannbar ist.
Hintergrund der Erfindung
Es ist dem Fachmann bekannt, dass derartige Arretierelemente in verschiedenen Anwendungen wie in Schaltgetrieben von Kraftfahrzeugen eingesetzt sind. Sie arretieren z. B. bewegliche Getriebeelemente in Schalt- oder Wählpositionen, so dass diese Getriebeelemente trotz Erschütterungen während des Fahrbetriebs in den vorgegebenen Stellpositionen verbleiben. Derartige Ge triebeelemente sind z. B. dreh- und längsverschiebbare Schaltwellen, längsverschiebbare Schaltschienen und schwenkbare Schaltbolzen. Die Arretierelemente sind dabei gegen eine Rastkontur vorgespannt, deren Oberfläche in der Regel durch die Kontur eines Rastgebirges mit Erhöhungen und Vertiefungen beschrieben ist. In den vorgegebenen Wähl- bzw. Schaltpositionen verrastet das Arretierelement in einer der Vertiefungen des Rastgebirges und hält das Getriebeelement in dieser Position. In der Vergangenheit war die Fachwelt bestrebt, in handgeschalteten Getrieben besonders für die letztgenannten Anwendungen Arretierelemente einzusetzen, bei denen in aufwändiger Weise längsbeweglich wälzgelagerte Arretierbolzen mit einer kugelgelagerten Arretierkugel als einem Rastelement in einem Gehäuse des Arretierelements eingesetzt sind. Mit dem Einsatz derartig wälzgelagerter Arretierelemente sollte und soll das von der Bedienperson am Handschalthebel beim Wählen und Schalten deutlich spürbare, an der Oberfläche der gegen das Arretierelement bewegten Getriebeelemente erzeugte Hakeln gemindert werden. Mit dem immer häufigeren Einsatz von hilfskraftbetätigten bzw. automatisierten Schaltgetrieben ist die Verwendung derartiger relativ kostspieliger Arretierelemente oftmals nicht mehr erforderlich. In ihrer Ausführung einfachere, jedoch robuste und kostengünstig herzustellende Arretierelemente sind zunehmend gefragt.
Arretierelemente sind weiterhin auch in den bekannten Schaltkupplungen vorgesehen, die für das drehfeste Verbinden von Gangrädern mit einer Getriebewelle beim Schalten von Gängen eingesetzt sind. Die Schaltmuffe dieser Schaltkupplungen ist auf dem Schaltmuffenträger zumeist in einer neutralen Position mittels des Arretierelements gehalten. In dieser Stellposition sind gegen die Schaltmuffe drei bis vier am Umfang des Schaltmuffenträgers angeordnete und an dem Schaltmuffenträger gehaltene Arretierelemente vorgespannt. Dazu stützen sich die Arretierelemente an dem Schaltmuffenträger ab und greifen in Rastvertiefungen an der Schaltmuffe. Weiterhin sind in als Synchronkupplung ausgebildeten Schaltkupplungen auch Arretierelemente in Form von Druckstücken eingesetzt.
Ein Arretierelement in Form eines Druckstücks ist in DE 102 25 269 A1 beschrieben. Ein Grundkörper des Arretierelementes aus Blech ist schalenförmig mit einem quer zur Druckrichtung ausgerichteten Boden und Wänden ausgebildet, wobei der Grundkörper durch einen in Druckrichtung gegenüberliegenden Deckel abgedeckt ist. Der Deckel ist zu dem Grundkörper in Druckrichtung längs begrenzt beweglich an dem Grundkörper gehalten, wobei der Rand des Deckels über den Grundkörper gestülpt ist. Ein bügelartiges Federelement ist von dem Grundkörper und dem Deckel eingekapselt und gegen diesen vorgespannt. Der Grundkörper stützt sich an einem Schaltmuffenträger ab, wobei das Federelement gegen eine auf dem Schaltmuffenträger sitzende Schaltmuffe vorgespannt und in einer Rastvertiefung verrastet ist. Bei einer Schaltbewegung nimmt die Schaltmuffe das Druckstück zunächst in Richtung des zu schaltenden Gangrades längs mit, wodurch der bekannte Synchronisationsprozess eingeleitet ist. Größerer axialer Widerstand auf das Arretierelement bei weiter in Richtung des Gangrads längsbewegter Schaltmuffe zwingt das Federelement, aus der Rastvertiefung an der Schaltmuffe in Richtung des Grundkörpers einzufedern. Das Federelement schnappt wieder in die Rastvertiefung ein, wenn die Schaltmuffe in die neutrale Stellposition zurückgeführt wird. Nachteilig an der an sich zufriedenstellenden Lösung ist, dass das Arretierelement, insbesondere wenn dieses als Druckstück eingesetzt ist, bei schräg eingeleiteten Kräften verkippen kann. Durch ein Verkippen des Deckels kann es zu einer Verklemmung oder einer Verhakung zwischen dem Schaltmuffenträger und der Schaltmuffe kommen. Des Weiteren ist es erforderlich, die Bauhöhe des Arretierelements weiter zu verringern, um eine möglichst hohe Stabilität des Schaltmuffenträgers zu erreichen, und die Anzahl der Bauteile möglichst gering zu halten.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Arretierelement bereitzustellen, das gegenüber schräg eingeleiteten Kräften robust ist, das eine geringe Bauhöhe aufweist, sich kostengünstig herstellen lässt und aus möglichst wenig Bauteilen besteht.
Diese Aufgabe ist bei einem Gegenstand des Oberbegriffs des Anspruchs 1 durch die Merkmale des Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Demnach sind in dem Arretierelement mindestens zwei Federelemente angeordnet. Die Federelement sind von dem Gehäuse wenigstens teilweise eingekapselt, wobei das Gehäuse außenseitig nicht notwendigerweise geschlossen ausgebildet zu sein braucht. Die Federelemente ermöglichen, eine Vorspannung des Rastelements gegenüber dem ersten Getriebebauteil aufzubauen. Dadurch dass sie sich aneinander abstützen, wird eine besonders hohe Gegenkraft erzeugt, da zumindest ein Federelement nicht seitlich ausweichen kann. Dieses Prinzip der sich gegenseitig abstützenden Federelemente ermöglicht daher, die Bauhöhe in Druckrichtung bei gleicher Abstützungskraft signifikant zu reduzieren. Eine im Querschnitt T-förmige Bauweise ist daher nicht mehr erforderlich, und der maximal erforderliche Bauraum kann auch gegenüber den bisherigen flachen Arretierelementen nochmals reduziert werden. Weiterhin besteht das Arretierelement aus nur wenigen Bauteilen wie dem Gehäuse, zwei Federelementen und dem Rastelement.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Federelemente als eine oder mehrere Wellfedern ausgebildet. Wellfedern können hohe Kräfte bei gleichzeitig geringem Bauraum aufnehmen. Sie eignen sich insbesondere für automatisierte Schaltgetriebe. Die Wellefedern stützen sich vorzugsweise an allen Wänden des Gehäuses ab. Die Innenwände des Gehäuses übernehmen dabei sowohl die Führung des Federelements als auch die Kraftabstützung.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist das Rastelement des Arretierelements als ein kreiszylindrischer Körper ausgebildet. Der Kreiszylinder kann sich als Nadel oder Rolle über die gesamte Breite des Arretierelements erstrecken, oder wird von Begrenzungswänden seitlich geführt. Der Zylinder wirkt als Rastelement auf ein erstes Federelement, wobei der Kontakt aufgrund seiner Geometrie nicht wie bei einer Kugel punktförmig, sondern linienförmig oder sogar flächenförmig erfolgt. Dadurch wird die Möglichkeit des Verkippens we sentlich reduziert, was zur Folge hat, dass das Federelement nicht mehr über einen großen, sich in Druckrichtung erstreckenden Bereich geführt werden muss, so dass das Arretierelement flacher ausführbar ist. Alternativ dazu ist das Rastelement eine Rastkugel.
Die relativ kleinen und bei ihrer Montage unhandlichen Federelemente sind verliersicher in dem Arretierelement eingekapselt, wodurch es möglich ist, das Arretierelement als ganzes einfach und sicher zu montieren. Das Arretierelement ist aufgrund seines einfachen Aufbaus an die unterschiedlichsten anwendungsspezifischen Anforderungen anpassbar.
In einer Variante der Erfindung sind die Lage und die Ausrichtung der Federelemente allein durch das Gehäuse und das Rastelement vorgegeben. Dazu ist das erste Federelement in dem Gehäuse beispielsweise von zwei sich gegenüberliegenden Seitenwänden so eingefasst, dass ein Verkippen und Verdrehen des Federelements aus seiner vorbestimmten Lage nicht möglich ist. Unter Last verformt sich das Federelement in einem genau vorherbestimmten Bereich. Ein unerwünschtes Verkippen kann auch verhindert werden, indem Führungselemente die Lage des Federelements sicherstellen. Die Führungselemente sind entweder einteilig mit dem Gehäuse oder separat von diesem ausgebildet. Ein Beispiel für ein Führungselement ist ein von dem Boden aufragender Dorn. Die übrigen Federelemente sind vorzugsweise zwischen dem ersten Federelement verspannt.
Das Gehäuse des Arretierelements ist schalenförmig mit einem quer zur Druckrichtung ausgerichteten Boden und mit von dem Boden vorzugsweise rechtwinklig abgewinkelten Wänden wannenförmig ausgebildet. Der Deckel ist in Bezug auf das Federelement dem Boden gegenüber angeordnet. Vorzugsweise ist auch er rechtwinklig von den Seitenwänden abgewinkelt, so dass er parallel zum Boden ausgerichtet ist und somit ein quaderartiges Arretierelement bildet. Der Deckel weist in seiner Mitte eine Ausnehmung zur Aufnahme des verrastbaren Kreiszylinders auf.
In einer weiteren Ausgestaltung sind der Biegeradius der Wellfeder und der Radius des Kreiszylinders so angepasst, dass eine zumindest linienförmige, besser noch flächenmäßige Pressung erfolgt, wodurch sich die Wellfeder verformt. In dieser Ausgestaltung ist das Arretierelement besonders robust, insbesondere gegenüber schräg eingeleiteten Kräften. Weiterhin werden die eingeleiteten Kräfte besonders sicher und gleichmäßig auf das Federelement übertragen.
In einer nächsten Ausgestaltung der Erfindung sind der Deckel, die Seitenwände und der Boden einteilig ausgebildet und formen das Gehäuse. Ein derartiges Gehäuse ist besonders unaufwändig zu fertigen, da es leicht aus Blech mittels Kaltumformtechnik hergestellt werden kann oder aus Kunststoff z. B. gespritzt werden kann. Dabei weist der Deckel eine rechteckförmige Ausnehmung auf, in der das Rastelement gehaltert ist. Der Deckel selbst kann zum einen keine weiteren Ausnehmungen aufweisen, so dass das Innere des Gehäuses gut gegen äußere Verschmutzungen geschützt ist. Alternativ dazu ist der Deckel beispielsweise als eine oder mehrere Spangen ausgebildet, welche das Rastelement in seiner vorbestimmten Position haltern.
In einer weiteren Ausbildungsform ist der Boden als eine ebene Fläche ausgebildet. Damit baut das Arretierelement besonders flach, was insbesondere für die Verwendung dieses Arretierelements als Druckstück in einem Schaltmuffenträger von Bedeutung ist. Das Arretierelement sitzt in diesem Fall in dem Schaltmuffenträger längsverschiebbar und benötigt durch seine Geometrie nur relativ geringe Schaltmuffenträgerausnehmungen. Dadurch wird die Stabilität des Schaltmuffenträgers, insbesondere seine Steifigkeit erhöht, so dass er höhere Drehmomente übertragen kann.
Die Erfindung stellt somit ein einfach zu bauendes Arretierelement bereit, das auch schräg einwirkende Kräfte sicher aufnimmt, da eine Verkippung zwischen den zu schaltenden Getriebebauteilen aufgrund der Abstützung über das ge samte Gehäuse des Arretierelements ausgeschlossen ist. Die beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen sind auch miteinander kombinierbar.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1a, 1b eine Anwendung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung in einer Schaltkupplung mit einer Synchronisiereinheit im Schnitt, wobei 1a die Schaltmuffe in ihrer neutralen Position und 1b die Schaltmuffe in einer geschalteten Position zeigt,
2 einen Querschnitt einer Synchronisiereinheit mit einem als Druckstück ausgebildeten Arretierelement gemäß dem Stand der Technik,
3 einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Synchronisiervorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Arretierelement,
4 eine perspektivische Ansicht eines Schnitts eines erfindungsgemäßen Arretierelements,
5 eine weiteren perspektivische Ansicht eines anderen Schnitts des Arretierelements nach 4.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die 1a und 1b zeigen eine Synchronkupplung 24 bestehend aus einem Muffenträger 1 und aus einer Schaltmuffe 2 zum wahlweisen Kuppeln der Gangräder 3 und 4. Die Gangräder 3, 4 sind drehbar, aber längs fest auf einer Schaltwelle 5 gelagert. Der Muffenträger 1 sitzt verdrehfest sowie längs fest auf der Schaltwelle 5 und trägt auf seinem Außenumfang ein Getriebeteil 23 in Form der Schaltmuffe 2. Die Schaltmuffe 2 ist mittels einer Verzahnung drehfest zu dem Muffenträger 1 und damit zur Schaltwelle 5 aber längs wahlweise in Richtung eines der Gangräder 3 oder 4 verschiebbar auf dem Muffenträger 1 angeordnet. An jeder Seite des Muffenträgers 1 ist längs zwischen dem Muffenträger 1 und dem Gangrad 3, 4 jeweils ein Satz Synchronringe 6, 7 angeordnet.
Der Muffenträger 1 nimmt an seinem Umfang mindestens drei Arretierelemente 8 auf, wobei das Arretierelement 8 hier nur schematisch und in den nachfolgenden Figuren detailliert dargestellt ist. Das Arretierelement 8 verrastet an der Schaltmuffe 2 in ihrer neutralen Stellposition nach 1a. Das Arretierelement 8 ist als ein Druckstück 9 ausgelegt. In der neutralen Stellposition stützt sich das Arretierelement 8 an dem Muffenträger 1 radial ab und spannt mit einem im Deckel 10 angeordneten Rastelement 20 gegen die Schaltmuffe 2 vor. Dabei greift das Arretierelement 8 mit dem Rastelement 20 in eine Rastvertiefung 11 an der Schaltmuffe 2 ein.
Die aus der neutralen Stellposition nach 1a in die geschaltete Position (1b) längs auf dem Muffenträger 1 verschobene Schaltmuffe 2 greift in eine Kupplungsverzahnung 12a einer mit dem Gangrad 4 fest verbundenen Kupplungsscheibe 12 ein. Die Schaltwelle 5 ist über den Muffenträger 1 und die Schaltmuffe 2 mit dem Gangrad 4 drehfest verbunden, wodurch der dem Gangrad 4 zugeordnete Gang geschaltet ist. Bei der Schaltbewegung der Schaltmuffe 2 in die geschaltete Position nimmt die Schaltmuffe 2 zunächst das in die Rastvertiefung 11 eingreifende Rastelement 20 längs mit und verschiebt das Rastelement 8 gegen den äußeren Synchronring 13 des Synchronringsatzes 7. Der Prozess der Vorsynchronisation ist eingeleitet.
Die weiter in Richtung der Kupplungsverzahnung 12a bewegte Schaltmuffe 2 zwingt das Rastelement 20 des sich an dem äußeren Synchronring 13 abstützenden Druckstücks 9 aus der Rastvertiefung 11. Das Rastelement 20 federt dabei radial ein. Beim Lösen des Ganges bewegt sich die Schaltmuffe 2 aus der Stellung nach 1b zurück in die neutrale Stellposition nach 1a. Dabei greift das mit Vorspannung an der Schaltmuffe 2 anliegende Rastelement 20 erneut in die Rastvertiefung 11 ein.
Die 2 und 3 zeigen zwei Synchronisiervorrichtungen 24, wobei deutlich wird, dass die Druckstückaufnahme 14 erfindungsgemäß wesentlich flacher ausgebildet ist als im Stand der Technik. Das Arretierelement 8 weist ein im Querschnitt rechteckförmiges Gehäuse 21 auf, wobei lediglich das Rastelement 20 aus dem Gehäuse 21 ragt.
Die 4 und 5 zeigen ein Arretierelement 8, das aus den vier Bauteilen Gehäuse 21, erste Wellfeder 25, zweite Wellfeder 26 und Rastelement 20 besteht. Das Rastelement 20 ist als eine zylinderförmige Rolle ausgebildet, die mittig im Deckel 10 angeordnet ist. Das Rastelement 20 ist in einer Ausnehmung 27 des Deckels 10 angeordnet, wobei es an seinen Stirnflächen 19 durch Begrenzungswände 28 geführt ist und an seiner Mantelfläche 16 durch Vorsprünge 29 gehalten ist. Das Rastelement 20 wirkt flächig auf eine erste Wellfeder 25, die sich als Formfeder in ihren verschiedenen Belastungszuständen an allen Wänden, sowohl im Deckel 10 als auch an den Seitenwänden 14b, 14c als auch am Boden 14a abstützt. Dadurch wird die Steifigkeit der Federelemente 25, 26 noch einmal erhöht und ein unerwünschtes Verkippen weiter reduziert. Die Federenden 30 der ersten Wellfeder 25 sind aufeinander zugerichtet. Zwischen den Federenden 30 ist eine zweite Wellfeder 26 angeordnet, die sich an den Federenden 30 abstützt. Das zweite Federelement 26 weist mittig eine Wölbung 18 zum Rastelement 20 hin auf, wobei es mit der Wölbung mit der ersten Wellfeder 25 in Kontakt steht, so dass beim Niederdrücken des Rastelements 20 eine besonders hohe Presskraft aufgewendet werden muss, um das Rastelement 20 nach unten zu bewegen. Die erste Wellfeder 25 und die zweite Wellfeder 26 stützen sich gegeneinander etwa in Form der Zahl „8" aneinander ab und umschließen zwei Taschen 17. Wird auf das erste Federelement 25 ein Druck ausgeübt, baut sich durch das zweite Federelement 26, das sich durch die Wölbung 18 an dem Angriffspunkt des Rastelements 20 abstützt sofort ein Gegendruck auf. Das ganze System ist dadurch sehr steif, und durch dieses Prinzip der gegenseitig abstützenden Wellfedern 25, 26 baut das Gehäuse in Druckrichtung des Rastelements 20 schmaler als es breit bzw. lang ist.

1: Muffenträger
2: Schaltmuffe
3: Gangrad
4: Gangrad
5: Schaltwelle
6: Synchronringsatz
7: Synchronringsatz
8: Arretierelement
9: Druckstück
10: Deckel
11: Rastvertiefung
12: Kupplungsscheibe
12a: Kupplungsverzahnung
13: Äußerer Synchronring
14: Druckstückaufnahme
14a: Boden
14b: Seitenwand
14c: Seitenwand
15: Federelement
16: Mantelfläche
17: Taschen
18: Wölbung
19: Stirnfläche
20: Rastelement
21: Gehäuse
22: Ansatz
23: Getriebeteil
24: Synchronkupplung
25: erste Wellfeder
26: zweite Wellfeder
27: Ausnehmung
28: Begrenzungswand
29: Vorsprung
30: Federende

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10225269 A1 [0004]

Claims

Arretierelement (8) zum Verrasten eines ersten Getriebeteils (23) an einem zweiten Getriebeteil (24) in wenigstens einer Stellposition, wobei das Arretierelement (8) aufweist: – ein Gehäuse (21) mit einem quer zur Druckrichtung ausgerichteten Boden (14a), Seitenwänden (14b, 14c) und einem Deckel (10), – mindestens ein Federelement (15), das vom Gehäuse (21) wenigstens teilweise eingekapselt ist, – ein Rastelement (20), das durch das mindestens eine Federelement (15) in die Druckrichtung gegen das erste Getriebeteil (23) vorspannbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Arretierelement (8) mindestens zwei Federelemente (25, 26) aufweist, welche sich aneinander abstützen.
Arretierelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rastelement (20) als ein Kreiszylinder ausgebildet ist.
Arretierelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Federelement (15) als Wellfeder (25) ausgebildet ist.
Arretierelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Federelemente (25, 26) am Boden (14a), an den Seitenwänden (14b, 14c) und am Deckel (10) zumindest zeitweise abstützen.
Arretierelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegeradius der ersten Wellfeder (25) dem Radius des Rastelements (20) so angepasst ist, dass die erste Wellfeder (25) mittels Flächenpressung verformbar ist.
Arretierelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegeradius der Wellfeder (25) dem Radius des Rastelements (20) so angepasst ist, dass die Wellfeder mittels Linienpressung verformbar ist.
Arretierelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das der Deckel (10), die Seitenwände (14b, 14c) und der Boden (14a) einteilig ausgebildet sind.
Arretierelement nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (21) im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet ist.
Arretierelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (25, 26) Taschen (17) bilden.
Arretierelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Arretierelement (8) als ein Druckstück (9), das zweite Getriebeteil (24) als ein Muffenträger (1) und das erste Getriebeteil (23) als eine Schaltmuffe (2) einer Synchronkupplung (24) ausgebildet sind, wobei das an der Schaltmuffe (2) in der Stellposition verrastbare Druckstück (9) zumindest zeitweise mit der Schaltmuffe (2) quer zur Druckrichtung wenigstens begrenzt durch die Schaltmuffe (2) mitbewegbar ist.