DE102010032634A1

DE102010032634A1 - Schaltgabel für ein Zahnräderwechselgetriebe

Info

Publication number: DE102010032634A1
Application number: DE201010032634
Authority: DE
Inventors: Uwe Schwarz; Matthias Feuerbach
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-07-29
Filing date: 2010-07-29
Publication date: 2012-02-02

Abstract

Schaltgabel (1) zum Verschieben einer Schiebemuffe eines Zahnräder-Wechselgetriebes, die mindestens drei axial zueinander versetzte, miteinander verbundene Halbschalen (2, 3, 4) aufweist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltgabel für ein mehrgängiges Zahnräderwechselgetriebe eines Fahrzeugs.
Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Schaltgabel für eine Schaltvorrichtung eines Zahnräderwechselgetriebes von Fahrzeugen. Die mit einer Schaltstange oder einer Schaltwelle verbindbare Schaltgabel dient zum Eingriff in eine Schiebemuffe einer Synchronisiereinrichtung, mit der über Kuppelelemente Losräder mit der Haupt- oder Vorgelegewelle des Getriebes kuppelbar sind. Die in Schaltvorrichtungen von Zahnräderwechselgetrieben eingesetzten Schaltgabeln sind drehstarr mit der Schaltstange verbunden. Alternativ dazu kann eine als Schaltschwinge gestaltete Schaltgabel axial verschiebbar und/oder verdrehbar zu der Schaltstange angeordnet werden. Die Betätigung der Schaltgabel erfolgt beispielsweise mittels eines Schaltfingers, der formschlüssig in einen mit der Schaltgabel oder Schaltschwinge verbundenen Schaltarm eingreift und eine Verschiebung der Schaltgabel ermöglicht.
Eine gattungsgemäße Schaltgabel ist aus DE 100 18 850 A1 bekannt. Sie ist aus zwei gabelförmigen, profilierten Halbschalen aus Blech aufgebaut, die mittels eines Führungskragens auf einem Führungsrohr verpresst sind. Nachteilig an dieser Schaltgabel ist, dass die Halbschalen profiliert sein müssen, um einerseits sehr leicht zu sein und andererseits eine sichere Anbindung an das Führungsrohr zu gewährleisten.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine in Großserienfertigung einfach herstellbare, leichte Schaltgabel zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schaltgabel mit einem Gabelgrundkörper gelöst, der mindestens drei axial zueinander versetzte Halbschalen aufweist. Der Gabelgrundkörper ist beispielsweise halbkreisförmig ausgebildet, oder er deckt ein größeres bzw. kleineres Kreissegment ab. Alternativ weist er eine U-Form oder eine Form eines offenen Rechtecks wie eine Schaltschwinge auf. Der oder die mittleren Halbschalen können aus einem leichten Material aufgebaut sein und die Anbindung an die Schaltstange gewährleisten. Eine Profilierung aller oder einzelner Halbschalen ist zwar möglich, aber nicht erforderlich. Damit können die einzelnen Halbschalen beispielsweise auf einfache Weise gestanzt werden.
Erfindungsgemäß sind die beiden äußeren Halbschalen voneinander beabstandet. Durch diesen Abstand vergrößert sich das Widerstandsmoment der Schaltgabel erheblich gegenüber einer Schaltgabel, bei der zwei äußere Halbschalen gleicher Bauart aneinander befestigt sind. Die Steifigkeit der mittleren Halbschale ist für die des gesamten Gabelgrundkörpers von untergeordneter Bedeutung.
Vorzugsweise mit den Gabelenden greift der Gabelgrundkörper in eine Nut einer Schiebemuffe ein oder an einem Absatz einer Schiebemuffe an, um diese axial zu verschieben und die Synchronisation einzuleiten. Zwischen den Gabelenden weist er einen Mittenbereich auf, über den die von der Schaltstange eingeleiteten Verschiebekräfte auf die Halbschalen übertragen werden.
Ein derart aufgebauter Gabelgrundkörper weist eine besonders hohe Steifigkeit auf, so dass auch leichtere Materialien, die aber eine geringere Eigensteifigkeit aufweisen, für die Schaltgabelherstellung in Frage kommen. Ferner kann der Grundkörper hinsichtlich seiner Masse optimiert werden, wenn die einzelnen Halbschalen untereinander nicht dieselben Formen aufweisen, sondern einzelne, beispielsweise verkürzte Halbschalen nur besonders stark belastete Bereiche verstärken.
Die Halbschalen können als Ringsegmente ausgebildet sein oder eine U-Form aufweisen. Besonders einfach lassen sie sich herstellen, wenn sie scheibenförmig als ebene Elemente ausgebildet sind. Sie weisen dann im Wesentlichen die gleiche Geometrie aufweisen und liegen flächig aneinander an. Dazu können sie beispielsweise aus Stahlblech oder Aluminiumblech gestanzt werden, ohne dass weitere Umformschritte erforderlich sind. Auch andere spanlose Umformtechniken eignen sich für die Halbschalenherstellung. Die erfindungsgemäße Schaltgabel eignet sich daher für eine wirtschaftliche Großserienanwendung.
Ein die Festigkeit der Schaltgabel verstärkender Aufbau wird erzielt, indem die Halbschalen der erfindungsgemäßen Schaltgabel in einer quer zu der Längsachse der Schaltstange verlaufenden Trennebene zusammengefügt sind. Dabei stützen sich die Böden der Halbschalen aneinander ab und bilden eine große Kontaktfläche.
Zur Vereinfachung der Montage können die einzelnen Halbschalen aber auch komplementär geformte Sicken, Nuten oder Durchstellungen aufweisen, über die die einzelnen Halbschalen zentriert bzw. zentrierbar sind.
Zur weiteren Versteifung können ein oder mehrere Halbschalen mit Kragen versehen sein. Derartige Kragen ermöglichen auch eine leichtere Anbindung an das Schaltelement und leiten die Kräfte sicher in den Grundkörper ein. Der Kragen ist in Richtung einer Längsachse der Schaltstange verlaufend ausgerichtet. Er umschließt dabei bis auf die gabelförmige Aufnahme die gesamte Schaltgabel außenseitig. Der die Festigkeit der Schaltgabel entscheidend verbessernde umlaufende Kragen erlaubt die Verwendung von dünnwandigem Blech als Ausgangsmaterial zur Herstellung der Halbschalen. Die erfindungsgemäße Schaltgabel besitzt damit eine für eine exakte Schaltung erforderliche hohe Steifigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht.
Nicht nur in dem Fall, dass die äußeren Halbschalen einen Kragen aufweisen, können die Halbschalen auf unterschiedliche Weise hergestellt sein. So können die äußeren Halbschalen tiefgezogen sein, während es sich bei dem oder den inneren Halbschalen um Stanz- oder Spritzgussteile handelt.
In einer Ausbildung der Erfindung weisen die Halbschalen Sicherungselemente auf, mittels derer sie formschlüssig aneinander gehalten sind. Die Sicherungselemente stehen dazu axial aus der Ebene der jeweiligen Halbschale hervor und können beispielsweise eine andere Halbschale umgreifen oder an dieser verschnappen. Zusätzlich oder alternativ können die Halbschalen stoffschlüssig verbunden sein. Dazu können sie beispielsweise verklebt, verlötet oder verschweißt werden. Ein Verpressen oder andere kraftschlüssige Verbindungen werden dadurch natürlich nicht ausgeschlossen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Halbschalen aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet. Insbesondere ist eine Anordnung vorteilhaft, bei der eine oder mehrere mittlere Halbschalen aus einem leichten Material ausgebildet ist, das dazu dient, die beiden äußeren Halbschalen voneinander zu beabstanden, um die Biegesteifigkeit des Systems zu erhöhen. Alternativ oder zusätzlich kann die mittlere Halbschale als Reibelement ausgebildet sein. Dazu kann sie selbst vollständig aus dem Reibmaterial hergestellt sein, mit Reibmaterial beschichtet sein oder Reibelemente aus einem Reibmaterial aufweisen, um den durch den beim Schalten auftretenden, durch die drehende Bewegung der Schaltmuffe bewirkten Verschleiß zu reduzieren. Erfindungsgemäß kann durch den sandwichartigen Aufbau dann auf separate Gleitschuhe und ihre Befestigung an dem Gabelgrundkörper verzichtet werden, weswegen der mehrteilige Aufbau keinen oder nur unwesentlicher Mehraufwand beim Zusammenbau der Schaltgabel erfordert. Als Reibmaterial für die mittleren Halbschalen eignet sich beispielsweise Messing oder Kunststoff.
Die Halbschalen können alle die gleiche Materialstärke aufweisen, in der Regel sind sie jedoch von unterschiedlicher, an ihre Funktion angepasster Dicke. Damit wird erreicht, dass beispielsweise die innere Halbschale mit einem möglicherweise teuren Reibmaterial wie Messing oder Carbon relativ dünn ausgebildet ist und somit wenig Material benötigt wird. Wenn die inneren Halbschalen als zusätzliche Funktion die Beabstandung der äußeren Halbschalen sicherstellen soll, um in der Axialausdehnung in etwa der Breite der Schiebemuffennut zu entsprechen, können die äußeren Halbschalen aus verhältnismäßig dünnem Blech hergestellt und die einen oder mehreren inneren Halbschalen aus einem leichten Material wie Kunststoff ausgebildet sein, was das Gewicht der Schaltgabel optimiert.
Die Halbschalen weisen in einer Ausführungsform unterschiedliche Geometrien auf. So können beispielsweise die inneren Halbschalen gegenüber den äußeren in Umfangsrichtung verkürzt sein.
In einer weiteren Ausführungsform besteht der Grundkörper aus genau drei Halbschalen, wobei die mittlere Halbschale durch die beiden äußeren Halbschalen fixiert ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist die radial nach innen weisende Kontur der Halbschalen abweichend von der nach außen weisenden Kontur ausgebildet, so dass sich die Halbschalendicke radial gesehen zur Basis, an der die Halbschale mit der Schaltstange in Verbindung steht, sich verbreitert. Zusätzlich können die Halbschalen Ausnehmungen aufweisen, die die Masse der Halbschalen optimieren, wobei sich die Belastbarkeit der Halbschale nur unwesentlich ändert. Die Ausnehmungen der einzelnen Halbschalen müssen nicht unmittelbar übereinstimmen, sondern können in Form, Größe und Anordnung voneinander abweichen.
In einer weiteren Ausbildung weist die bzw. eine innere Halbschale Gleitschuhe zum Herstellen der Verbindung zur Schiebemuffe auf. Die Gleitschuhe sind vorzugsweise einteilig mit der entsprechenden Halbschale hergestellt. Damit entfällt eine separate Montage der Gleitschuhe und ein Vorhalten von Sicherungsmitteln für diese. Für eine derartige Halbschale eignet sich besonders eine Herstellung aus Kunststoff wie beispielsweise PA66 oder PEAK.
Alternativ sind die Gleitschuhe separat hergestellt und sich gegenüberliegend angeordnet. Sie sind fest mit dem Gabelgrundkörper verbunden, indem sie beispielsweise an einer oder mehreren Halbschalen verrastet oder geclipst sind.
In einer Variante weisen die Gleitschuhe axial eine größere Breite auf als die übrige Halbschale. Die äußeren Halbschalen sind in diesem Fall mit entsprechenden Ausnehmungen für die Gleitschuhe versehen.
Der Gabelgrundkörper wird weiter stabilisiert, wenn die einzelnen Halbschalen verstiftet oder über ein Führungsrohr zusammengehalten werden. Dabei kann ein an seinem Außenumfang einen Ringabsatz aufweisendes Führungsrohr einen Anschlag für den Gabelgrundkörper bilden. Auf der axial gegenüberliegenden Seite werden die Halbschalen miteinander verbördelt, verschweißt oder anderweitig, beispielsweise durch ein separates Bauteil, fixiert.
Das Führungsrohr weist eine Öffnung für ein Schaltelement wie eine Schaltstange, eine Schaltwelle oder eine Schaltschiene mit rechteckigem Querschnitt auf. Die geometrische Gestaltung der Öffnung entspricht dabei dem Schaltwellenprofil oder dem Durchmesser des Führungsrohres. Der Gabelgrundkörper kann dabei sowohl drehstarr zum Schaltelement angeordnet sein als auch als Teil einer Schaltschwinge axial verschieblich und verdrehbar. Die Schaltschwinge ist reibungsmindernd auf dem Schaltelement verschiebbar, wenn sie auf diesem gelagert ist. Dazu bietet es sich beispielsweise an, eine Wälz- oder Gleitlagerbuchse in das Führungsrohr einzupressen, deren radiale Bauhöhe einen Ringspalt zwischen einer Mantelfläche der Schaltstange und der Innenwandung des Führungsrohres überbrückt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird anhand zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine Explosionsdarstellung einer ersten erfindungsgemäßen Schaltgabel,
2 eine Explosionsdarstellung einer zweiten erfindungsgemäßen Schaltgabel,
3 eine perspektivische Darstellung einer dritten erfindungsgemäßen Schaltgabel, die in ihrem geometrischen Aufbau identisch zur Schaltgabel nach 2 ist und
4 einen vergrößerten Längsschnitt des Detailausschnitts der Schaltgabel nach 3.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
In der 1 ist Schaltgabel 1 zum axialen Verschieben einer Schiebemuffe dargestellt. Sie weist drei axial zueinander versetzte, planparallele Halbschalen 2, 3, 4 auf, die zusammen einen Gabelgrundkörper 5 bilden, sowie ein Führungsrohr 6. Die Halbschalen 2, 3, 4 sind in quer zur Längsachse 7 einer Schaltstange 8 verlaufenden Trennebenen 9a, 9b zusammengefügt. Dabei weisen die Halbschalen 2, 3, 4 Böden 2a und 3a sowie 3b und 4a auf, die Kontaktflächen zueinander ausbilden. Die aus einem dünnwandigen Blech durch ein spanloses Tiefziehverfahren hergestellten, äußeren Halbschalen 2, 4 sind radial außenseitig mit Kragen 2b, 4b versehen, die eine verbesserte Versteifung bzw. Festigkeit der Schaltgabel 1 bewirken. Der Gabelgrundkörper 5 ist drehfest mit dem Führungsrohr 6 verbunden, welches die Schaltstange 8 radial umschließt. Die Schaltgabel 1 ist gegenüber der starr angeordneten Schaltstange 8 axial verschiebbar und verdrehbar. Sie stellt somit auch eine Schaltschwinge dar.
Zur reibungsmindernden Verschiebung und Verdrehung der Schaltschwinge sind zwischen der Schaltstange 8 und dem Führungsrohr 6 sind in einem Ringspalt 13 Lagerbuchsen 11 eines Wälzlagers 12 angeordnet. Zur drehstarren Befestigung des Gabelgrundkörpers 5 auf der Mantelfläche des Führungsrohres 6 weist der Gabelgrundkörper 5 eine Ausnehmung 15 auf, in die das Führungsrohr 6 eingepasst ist. Zur Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen der Schaltgabel 1 und dem Führungsrohr 6 sind die äußeren Halbschalen 2, 4 jeweils mit einem die Ausnehmung 15 umschließenden Führungskragen 14a, 14b versehen, die zueinander gegensätzlich ausgerichtet sind. Der Gabelgrundkörper 5 ist an dem Führungsrohr 6 durch die Führungskragen 14a, 14b befestigt.
Die Schaltgabel 1 bildet eine gabelförmig gestaltete Aufnahme 16, die eine in 1 nicht abgebildete Schiebemuffe übergreift. Die Schaltgabel 1 greift über die Aufnahme 16 formschlüssig in eine Ringnut der Schiebemuffe ein. Sie ist weiterhin mit einer Schaltlasche 19 versehen, welche am Führungsrohr 6 befestigt ist und ein versetzt zur Längsachse 7 der Schaltstange 8 angeordnetes Schaltmaul 20 aufweist, in das ein nicht dargestellter Schaltfinger eingreifen kann, um eine Verschiebung der Schaltgabel 1 zu bewirken.
Die 2 bis 4 zeigen weitere Schaltgabeln 1. 2 verdeutlicht insbesondere die gabelförmige Gestaltung der Halbschalen 2, 3, 4 als U-förmige Bauteile, wobei die äußeren Halbschalen 2, 4 mit Aussparungen 21, 22 versehen sind. Die Aussparungen 21, 22 dienen zur Aufnahme von Gleitschuhen 17, 18, die einteilig mit der inneren Halbschale 3 und sowohl jeweils endseitig als auch mittig ausgebildet sind. Die innere Halbschale 3 ist im Fall der 2 aus Messing und im Falle der 3 aus Kunststoff ausgebildet.
Die Halbschalen 2, 4 sind aus einem dünnwandigen Stahlblech spanlos geformt und stellen mit Hilfe des umlaufenden Kragens 2b, 4b ein steifes Gebilde dar. Ihre Blechstärke beträgt ca. 1 mm bis 2 mm. Sie sind mit der inneren Halbschale 3 jeweils verklebt. Durch diese „Sandwichstruktur” ist die Schaltgabel sehr verwindungssteif und biegefest. Zusätzlich sind die drei Halbschalen 2, 3, 4 über das Führungsrohr 6 formschlüssig aneinander gehalten. Dazu werden die Halbschalen 2, 3, 4 bei der Montage auf ein durch einen äußeren Ringabsatz 23 stufenförmiges Führungsrohr 6 geschoben, bis sie am Ringabsatz 23 anschlagen. Anschließend wird das Ende des Führungsrohrs 9 mit dem kleineren Außendurchmesser axial an der äußeren Halbschale verbördelt, so dass der Gabelgrundkörper 5 axial beidseitig gesichert ist. Zusätzlich zu dem so gebildeten Bördelrand 20 erfolgt ein Zusammenhalt über kraft- und stoffschlüssige Maßnahmen.
Im Gegensatz zur Schaltgabel aus 1 weisen die Halbschalen 2, 3, 4 in dieser Variante keinen Bördelrand um die Ausnehmung 15 auf. Vielmehr können sich die einzelnen Halbschalen 2, 3, 4 flächig aneinander und an dem Führungsrohr 6 bzw. seinem Ringabsatz 23 abstützen. Vorteilhafterweise müssen die Halbschalen 2, 3, 4 daher nicht auf das Führungsrohr 6 aufgepresst werden, sondern können bei der Montage einfach gegen den Ringabsatz 23 aufgeschoben werden. Anschließend kann das Führungsrohr 6 einfach verbördelt werden.
Bezugszeichenliste

1: Schaltgabel
2: (äußere) Halbschale
2a: Boden
2b: Kragen
3: (innere) Halbschale
3a: Boden
3b: Boden
4: (äußere) Halbschale
4a: Boden
4b: Kragen
5: Gabelgrundkörper
6: Führungsrohr
7: Längsachse
8: Schaltstange
9a: Trennebene
9b: Trennebene
10: Schaltschwinge
11: Lagerbuchse
12: Wälzlager
13: Ringspalt
14a: Führungskragen
14b: Führungskragen
15: Ausnehmung
16: Aufnahme
17: Gleitschuh
18: Gleitschuh
19: Schaltlasche
20: Bördelrand
21: Aussparung
22: Aussparung
23: Ringabsatz

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10018850 A1 [0003]

Claims

Schaltgabel (1) zum Verschieben einer Schiebemuffe eines Zahnräderwechselgetriebes, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltgabel (1) mindestens drei axial zueinander versetzte, miteinander verbundene Halbschalen (2, 3, 4) aufweist.
Schaltgabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mittleren Halbschalen (3) aus einem anderen Material ausgebildet sind als die äußeren Halbschalen (2, 4).
Schaltgabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Halbschalen (2, 4) aus Stahl- oder Aluminiumblech ausgebildet sind.
Schaltgabel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Halbschalen (2, 4) einen Kragen (2b, 4b) aufweisen.
Schaltgabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine mittlere Halbschale (3) Gleitschuhe (17, 18) aufweist.
Schaltgabel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Halbschalen (2, 4) Aussparungen (21, 22) für die Gleitschuhe (17, 18) aufweisen.
Schaltgabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Halbschalen (2, 3, 4) voneinander beabstandet sind.
Schaltgabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine mittlere Halbschale (3) die äußeren Halbschalen (2, 4) voneinander beabstandet sind, um die Biegesteifigkeit zu erhöhen.
Schaltgabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbschalen (2, 3, 4) eine Ausnehmung (15) für eine Schaltstange (8) aufweisen, wobei ein Führungsrohr (6) die drei Halbschalen (2, 3, 4) zusätzlich aneinander fixiert.
Schaltgabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbschalen (2, 3, 4) eine unterschiedliche Dicke aufweisen.