DE102011089052A1

DE102011089052A1 - Schaltvorrichtung

Info

Publication number: DE102011089052A1
Application number: DE201110089052
Authority: DE
Inventors: Matthias Feuerbach; Jochen Löffelmann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-12-19
Filing date: 2011-12-19
Publication date: 2013-06-20

Abstract

Schaltvorrichtung (1) eines Kraftfahrzeug-Zahnräderwechselgetriebes mit einer Schaltwelle (2) und mit einer auf der Schaltwelle (2) über Kopplungsmittel (10) bewegbaren Schalthülse (3), welche ein Übertragungselement (4) zum Bewegen von der Schaltwelle (2) nebengeordneten Bauelementen aufweist, wobei zwischen der Schalthülse (3) und der Schaltwelle (2) ein Stützelement (5) so angeordnet ist, dass im unbelasteten Zustand zwischen dem Stützelement (5) und der Schalthülse (3) oder der Schaltwelle (2) ein Spalt (6) verbleibt und dass die Schalthülse (3) oder ein mit der Schalthülse (3) verbundenes Bauteil sich bei Belastung über das Stützelement (5) an der Schaltwelle (2) abstützen kann.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung eines Kraftfahrzeug-Zahnräderwechselgetriebes mit einer Schaltwelle und mit einer auf der Schaltwelle über Kopplungsmittel bewegbaren Schalthülse, welche ein Übertragungselement zum Bewegen von der Schaltwelle nebengeordneten Bauelementen aufweist,
Hintergrund der Erfindung
Vorwiegend aus Blech geformte Schalthülsen finden aufgrund des geringen Materialeinsatzes bei ihrer Fertigung und ihres geringen Gewichtes Anwendung beim Bau von modernen Getrieben. Der Aufbau und die Form sowie die Herstellung derartiger Hülsen ist variantenreich. Schalthülsen sind topf- oder hülsenartig ausgebildete Hohlkörper. An dem Hohlkörper sind Steuerkonturen ausgebildet, auf die Steuer- bzw. Stellelemente des Wechselgetriebes wirken. Solche Steuerkonturen sind z. B. Rastkonturen und Kulissen, aber auch Gangwahlsperren. Die Schalthülsen sind in der Regel drehstarr mit einer Schaltwelle verbunden. Dafür sind sie z. B. mit einem gesonderten Schaftabschnitt auf der Schaltwelle aufgeschrumpft oder auf andere geeignete Weise drehfest befestigt. In die Wandung einer als Rastierhülse ausgebildeten Schalthülse ist entweder die mit einem separat zur Schaltwelle angeordneten Rastierelement zusammenwirkende Rastkontur ausgeformt oder die Kulisse eingebracht. Sinnvollerweise sind diese häufig auch mit einer Kulisse sowie einer Rastkontur versehen. Die Schalthülse kann auch Funktionselemente wie Schaltstifte und Sperreinrichtungen tragen. Der Vorteil derartiger Rastierhülsen liegtin ihrem geringen Gewicht und dem sparsamen Materialverbrauch bei ihrer Fertigung. Sie werden hauptsächlich durch Ziehen oder andere Umformverfahren geformt. Der Zeitaufwand für ihre Fertigung, insbesondere in der Massenfertigung, ist deshalb gering.
Die vorgenannte Leichtbauweise bringt allerdings auch einige Nachteile mit sich. Ein Problem stellt die Festigkeit derartiger Schalthülsen unter Belastung dar. Da sie relativ dünnwandig ausgeführt sind, ist beispielsweise ihre Verwindungs- und Verformungssteifigkeit während Schaltvorgängen im Wechselgetriebe eingeschränkt. Die Schaltgenauigkeit und der Schaltkomfort sind dadurch nachteilig beeinflusst. Um die notwendige Steifigkeit an den Schalthülsen abzusichern, wird häufig relativ starkes Ausgangsmaterial für die Fertigung der Schalthülsen nach dem Stand der Technik verwendet. Der Vorteil des geringen Gewichtes derartiger Schalthülsen geht damit zumindest teilweise wieder verloren.
Der Herstellung von Schalthülsen nach dem Stand der Technik sind bei Verwendung der erwähnten spanlosen Formgebungsverfahren hinsichtlich ihrer Formgebung Grenzen gesetzt. Komplizierte Konturen, insbesondere in Entformungsrichtung der Formwerkzeuge liegende Hinterschnitte, sind in die Hülsen nicht oder mit hohem Aufwand einzubringen. Derartige Hinterschnitte sind in der Regel charakteristisch für die Bildung einer Rastkontur.
Die Oberfläche der Rastkonturen und die Kanten der Kulissen müssen verschleißfest ausgebildet sein. Deshalb werden die Schalthülsen gehärtet. Die Schalthülsen sind relativ großvolumig ausgebildete Körper. Jeder dieser Körper beansprucht beim Durchlaufen der Härteöfen, z. B. beim Einsatzhärten, relativ viel Platz. Die Anzahl der Schalthülsen, die den Härteofen zur gleichen Zeit durchlaufen, ist deshalb gering. Für größere Fertigungslose wird entsprechend nachteilig viel Zeit verloren.
Bei Schalthülsen nach dem Stand der Technik wirken sich also auch zusätzlich zu den anfangs erwähnten Problemen mit der Steifigkeit bzw. dem Materialeinsatz der Fertigungsaufwand für das Formen von komplizierten Konturen und der Zeitaufwand für das Härten nachteilig auf die Gesamtkosten für deren Fertigung aus.
Eine Schalthülse, die dieses Problem löst, ist in DE 100 07 190 A1 beschrieben. Die Schalthülse ist im Wesentlichen spanlos aus Blech gefertigt und weist eine relativ dünne Wandung auf, die über ihren Querschnitt verstärkt ist. Die Fertigung dieser Schalthülse ist allerdings aufwändig. Weiterhin überträgt sie die über die Schaltgabeln eingeleiteten Vibrationen an den Handschalthebel, was störend für den Bediener der Schaltung ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es eine Schaltvorrichtung zu schaffen, die bei geringem Materialeinsatz eine hohe Steifigkeit aufweist und mit deren Ausführung die anfangs erwähnten weiteren Nachteile vermieden werden.
Diese Aufgabe ist nach dem Gegenstand des Anspruches 1 gelöst. Der Außenumfang der Schaltwelle und die Schalthülse sind voneinander durch einen Abstand getrennt. Dieser Abstand wird erfindungsgemäß durch Stützelemente zumindest abschnittsweise deutlich vermindert, so dass lediglich ein Spalt zwischen den Bauteilen verbleibt. Der Spalt ist nicht notwendigerweise konstant in seinen Abmessungen und in seiner Größe von der Umgebungskonstruktion abhängig. Die Reduktion dieses Abstandes ist jedenfalls so groß, dass sich die Schalthülse, sofern sie sich unter Krafteinleitung verformen oder relativ zur Schaltwelle verdrehen sollte, über das Stützelement an der Schaltwelle unmittelbar oder mittelbar über ein weiteres Bauteil abstützen kann. Das Stützelement bildet somit einen Anschlag und wirkt einer weiteren Verformung bzw. Relativverschiebung entgegen. Das Stützelement kann somit als Überlastsicherung eine übermäßige Verformung der Schalthülse verhindern, indem bei beginnender Verformung ein zusätzlicher Anschlag bereitgestellt wird. Insbesondere Missbrauchskräfte fängt eine derartige Schaltvorrichtung sicher ab.
Dadurch dass im unbelasteten Zustand keine feste Verbindung von der Schalthülse über das Stützelement auf die Schaltwelle besteht, werden das das Stützelement im Normalbetrieb keine Vibrationen zwischen den Bauteilen übertragen.
Damit die Schaltwelle und die Schalthülse zuverlässig aneinander angebunden sind, sind bei längeren Schalthülsen zumindest zwei axial voneinander beabstandete Stützelemente vorgesehen. Alternativ wird eine erste Abstützung über ein Kopplungsmittel und eine zweite durch axial versetzt zu dem Kopplungsmittel angeordnetes Stützelement erreicht. Das Kopplungsmittel, das die Schalthülse an die Schaltwelle anbindet, kann beispielsweise eine auf der Schaltwelle befestigte Ringscheibe sein. Alternativ kann es sich um ein Teil der Schalthülse selbst handeln. Auch ist die Anbindung über ein Lager und ein zusätzliches, eine Drehfestigkeit oder zumindest zeitweise Kopplung beim Schalten herstellendes Eingriffselement denkbar. Besonders bevorzugt ist das Kopplungsmittel eine auf der Schaltwelle befestigte, die Schalthülse tragende Innenhülse. Eine derartige Innenhülse kann sich über ihren gesamten Umfang und eine größere axiale Länge zuverlässig auf der Schaltwelle abstützen und wirkt damit einem Verkippen der Schalthülse weiter entgegen. Ist die Innenhülse mit der Schalthülse ebenfalls fest verbunden, sind die Schalthülse und die Schaltwelle nicht nur drehfest, sondern insgesamt fest miteinander verbunden.
Die Schaltwelle ist zumindest in ihre Umfangsrichtung verdrehbar. Sie kann zusätzlich in Axialrichtung verschiebbar sein. Sie weist eine nicht notwendigerweise runde Querschnittsform auf, sondern kann beispielsweise auch als Schaltschiene rechteckig geformt sein.
Die Schalthülse ist ein in der Regel zylindrisches Bauteil, das häufig aus Blech hergestellt ist. Dazu kann ein ebenes Blech zunächst mit Ausstanzungen, Durchstellungen, Einformungen oder anderen Blechbearbeitungsschritten bearbeitet und anschließend zu einer Hülse gerollt werden. Komplexere Schalthülsen können aus mehreren Bauteilen bestehen; insbesondere sind auch Kombinationen von Blechbauteilen und anderen Werkstoffen denkbar. Auf dem Außenmantel der Schalthülse weist diese Funktionsbereiche zum Zusammenwirken mit der Schaltvorrichtung nebengeordneten, also nicht dauerhaft oder fest mit der Schaltvorrichtung in Verbindung stehenden Bauteilen auf. So kann die Schalthülse einen Schaltfinger aufweisen, der in Schaltgabeln zum Schalten von Gängen eingreifen kann. Zusätzlich oder alternativ kann die Schalthülse eine Rastierkontur für ein gehäusefestes Rastierelement oder eine Schaltkulisse für einen Schaltstift aufweisen.
Das Stützelement kann entweder mit der Schalthülse oder mit der Schaltwelle fest verbunden sein. Dabei sind alle Verbindungsarten von rein formschlüssigen über form- und/oder kraftschlüssige wie Aufschrumpfen bis hin zu stoffschlüssigen wie Verschweißen denkbar.
Das Stützelement ist idealerweise so geformt, dass zwischen dem Stützelement und seinem Gegenbauteil ein Spalt verbleibt, der gleichzeitig so klein ist, dass er bereits beginnende Verformungen zuverlässig verhindert bzw. eine drehfeste Kopplung zuverlässig sicherstellt und andererseits so groß, dass möglichst keine Vibrationen übertragen werden. In der Regel ist der Spalt ein konstanter, kleiner Abstand.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann der Spalt mit einem Werkstoff gefüllt sein, der als Dämpfungsmittel wirkt. Ein geeignetes Dämpfungsmittel ist beispielsweise ein Elastomer. Dadurch besteht von Beginn des Schaltvorgangs an eine feste Kopplung zwischen der Schaltwelle und der Schalthülse, und ein plötzliches Ansteigen der Steifigkeit wird vermieden. Erst bei deutlich zunehmender Belastung stehen die Bauteile dann über das Stützelement in einer festen Verbindung. Die Schaltvorrichtung lässt sich damit weich auslegen, ohne dass das Elastomer überlastet wird.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind mehrere Stützelemente vorgesehen. Die Abstützung erfolgt dadurch besonders zuverlässig. Bei kurzen Schalthülsen sind die Stützelemente dann lediglich in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnet, um in jeder Schaltstellung die gewünschte Schaltsicherheit herzustellen. Bei längeren Schalthülsen können diese auch axial zueinander versetzt angeordnet sein.
In einer vorteilhaften Weiterbildung umfassen die Stützelemente die Schaltwelle über einen größeren Winkelbereich. Beispielsweise umgreifen sie wannenförmig die Schaltwelle. Besonders vorteilhaft ist die Ausbildung als in Ringform, der Belastungen besonders gleichmäßig auf die Schaltwelle einbringt. Zudem kann ein Ring auf die Schaltwelle aufgeschrumpft werden, so dass diese nicht geschwächt werden muss.
Das Stützelement kann separat von den übrigen Bauteilen der Schaltvorrichtung hergestellt sein. Insbesondere ist es als ein Blechbauteil vorgesehen.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Schaltkraft auf die Schalthülse über das ringförmige Stützelement einzuleiten. Dazu weist das Stützelement in einer möglichen Ausbildung der Erfindung einen Finger auf, der in eine Komplementäreinfassung der Schalthülse eingreift. Dadurch dass Krafteinleitungspunkt und Verformungssicherung durch das gleiche Bauteil bewerkstelligt werden und somit räumlich nah sind, kann eine Verformung der Schalthülse besonders wirkungsvoll verhindert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine erste, erfindungsgemäße Schaltvorrichtung im Längsschnitt,
2 eine zweite, erfindungsgemäße Schaltvorrichtung im Längsschnitt und
3 einen Querschnitt der Schaltvorrichtung nach 1 durch das Stützelement.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Die 1 und 3 zeigen eine Schaltvorrichtung 1 mit einer Schaltwelle 2, die bezüglich eines nicht dargestellten Gehäuses axial verschieblich und verdrehbar ist. Die Schaltwelle 2 weist einen konstanten Durchmesser auf und ist an keiner Stelle geschwächt. Die Schaltwelle 2 ist über ein Radial-Linearlager 13 in einem Sackloch 12 eines Wellenstücks 17 axial gelagert. An ihrem Außenumfang ist die Schaltwelle 2 mit einer Innenhülse 18 als Kopplungsmittel 10 versehen, welche als ein tiefgezogenes Bauteil hergestellt ist. Die Innenhülse 18 weist einen ersten zylindrischen Abschnitt 14 auf, der die Schaltwelle 2 komplementär umschließt, daran einen zweiten Radialabschnitt 15, der der Radiusdifferenz der Schalthülse 3 und der Schaltwelle 2 entspricht und einen dritten Axialabschnitt 16, mit dem die Innenhülse 18 fest mit der Schalthülse 5 verbunden ist.
Die Schalthülse 3 umgibt die Schaltwelle 2 als zylindrisches Bauteil und ist als Blechbauteil umformtechnisch hergestellt. An ihrem Außenumfang weist sie einen Schaltfinger als Übertragungselement 4 auf, mit dem nicht dargestellte Schaltgabeln betätigbar sind. Weiterhin sind dort zwei Rastierkonturen 9 zum Zusammenwirken mit Rast- oder Sensorelementen angeordnet. An einem axialen Ende der Schalthülse 3 ist sie innenseitig mit einer weiteren topfförmigen Innenhülse 8 als Verlängerungshülse verbunden, die ihrerseits am Außenring des Radial-Linearlagers 13 abstützt.
Zur Überbrückung des Abstandes d des Innendurchmessers der Innenhülse 8 und des Außendurchmessers des mit der Schaltwelle 2 drehfest gekoppelten Wellenstücks 17 ist auf dem Wellenstück 17 ein Halbring als Stützelement 5 aufgeschrumpft. Der Halbring weist (3) ein Betätigungselement 7 auf, das in eine Führung 19 der Schalthülse 3 im Wesentlichen formschlüssig eingreift und diese mitnimmt.
Über das Betätigungselement 7 ist das Wellenstück 17 von außen verdrehbar. Durch den großen Axialabstand des Schaltfingers 4 von dem Betätigungselement 7 könnte die Schalthülse 3 bei großer Belastung verkippen (überzeichnet gestrichelt dargestellt). Bei einsetzender Verkippung oder Verformung der Schalthülse 3 kann sich diese jedoch auf dem Stützelement 5 abstützen, so dass die Verkippung begrenzt ist. Zwischen dem Stützelement 5 und dem Innenumfang der Innenhülse 8 ist ein dünner Spalt 6 als Teilringspalt, so dass die Innenhülse 8 und die Schaltwelle 2 nicht dauerhaft über das Stützelement 5 verbunden sind. Der Spalt 6 kann auch mit einem nicht dargestellten Elastomer gefüllt sein.
2 zeigt eine weitere Ausführungsvariante, deren Aufbau im Wesentlichen der Ausführungsform nach 1 gleicht. Zusätzlich weist die Schaltvorrichtung 1 eine Scheibe 20 auf. Die Scheibe 20 ist auf der Schaltwelle 2 axial an der Innenhülse 8 gegenüberliegenden Ende der Schalthülse 3 angeordnet. Die Scheibe 20 ist als Ringscheibe ausgebildet und an ihrem Außenumfang mit einem Elastomer versehen, das als Dämpfungsmittel 11 die Scheibe 20 mit der der Schalthülse 3 verbindet.
Bezugszeichenliste

1: Schaltvorrichtung
2: Schaltwelle
3: Schalthülse
4: Übertragungselement
5: Stützelement
6: Spalt
7: Betätigungselement
8: Innenhülse
9: Rastiersegment
10: Kopplungsmittel
11: Dämpfungsmittel
12: Sackloch
13: Radial-Linearlager
14: (erster) zylindrischer Abschnitt
15: (zweiter) Radialabschnitt
16: (dritter) Axialabschnitt
17: Wellenstück
18: Innenhülse
19: Führung
20: Scheibe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10007190 A1 [0007]

Claims

Schaltvorrichtung (1) eines Kraftfahrzeug-Zahnräderwechselgetriebes mit einer Schaltwelle (2) und mit einer auf der Schaltwelle (2) über Kopplungsmittel (10) bewegbaren Schalthülse (3), welche ein Übertragungselement (4) zum Bewegen von der Schaltwelle (2) nebengeordneten Bauelementen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Schalthülse (3) und der Schaltwelle (2) ein Stützelement (5) so angeordnet ist, dass im unbelasteten Zustand zwischen dem Stützelement (5) und der Schalthülse (3) oder der Schaltwelle (2) ein Spalt (6) verbleibt und dass die Schalthülse (3) oder ein mit der Schalthülse (3) verbundenes Bauteil sich bei Belastung über das Stützelement (5) an der Schaltwelle (2) abstützen kann.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Stützelemente (5) auf der Schaltwelle angeordnet sind.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (5) als ein Ring oder Halbring ausgebildet ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (5) ein Betätigungselement (7) aufweist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (5) auf die Schaltwelle (2) aufgeschrumpft ist.
Schaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Stützelement (5) und der Schalthülse (3) eine Innenhülse (8) angeordnet ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalthülse (3) über mehrere axial zueinander versetzte Innenhülsen (8, 18) auf der Schaltwelle (2) angeordnet ist.
Schaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalthülse (3) ein oder mehrere Rastiersegmente (9) aufweist.
Schaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (5) und die Schaltwelle (2) axial zueinander beweglich sind.
Schaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Spalt (6) ein das Stützelement (5) und die Schalthülse (3) bzw. die Schaltwelle (2) kontaktierendes Dämpfungsmittel (11) angeordnet ist.