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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Handschaltgetriebe für Fahrzeuge gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 18.
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Handschaltgetriebe weisen häufig eine Schaltwelle auf, die verschieblich entlang ihrer Längsachse und drehbar um ihre Längsachse angeordnet ist. Ein Außenumfang oder ein Außenumfangsabschnitt der Schaltwelle bildet eine Steuerkontur, welche mit mindestens einem sog. „Schieberahmen” zusammenwirkt, über den eine Verschiebe- und/oder Drehbewegung der Schaltwelle in eine Verschiebebewegung des Schieberahmens umgesetzt wird. Mittels des Schieberahmens und einem Übertragungsmechanismus wird die Bewegung des Schieberahmens auf ein Schaltelement, z. B. eine Schaltgabel oder eine Schaltschwinge übertragen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Handschaltgetriebe zu schaffen, das, insbesondere mit Blick auf den Schieberahmen, eine hohe Fertigungsgenauigkeit aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines eine hohe Fertigungsgenauigkeit aufweisenden Schieberahmens anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch ein Handschaltgetriebe mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 bzw. durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 18 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Handschaltgetriebe mit einer Schaltwelle, die verschieblich entlang ihrer Längsachse und drehbar oder schwenkbar um ihre Längsachse angeordnet ist, wobei mindestens ein Außenumfangsabschnitt der Schaltwelle eine „Steuerkontur” bildet.
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Die Schaltwelle ist über einen Kupplungsmechanismus mit einem von Hand zu betätigenden, im Innenraum eines Fahrzeugs angeordneten oder anzuordnenden Schalthebel verbunden. Durch Verschwenken des Schalthebels in Fahrzeugquerrichtung kann die Schaltwelle verdreht bzw. verschwenkt und durch Verschwenken des Schalthebels in Fahrzeuglängsrichtung kann die Schaltwelle entlang ihrer Längsachse verschoben werden. Alternativ dazu kann auch vorgesehen sein, dass durch Verschwenken des Schalthebels in Fahrzeugquerrichtung die Schaltwelle entlang ihrer Längsachse verschoben und durch Verschwenken des Schalthebels in Fahrzeuglängsrichtung die Schaltwelle verdreht wird.
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Ein Handschaltgetriebe gemäß der Erfindung weist ferner einen Schieberahmen auf, durch den sich die Schaltwelle hindurch erstreckt. Ein solcher Verschieberahmen ist verschieblich in einer zur Längsachse der Schaltwelle senkrechten Ebene gelagert. Von einer Innenseite des Schieberahmens steht mindestens eine „Abnehmereinrichtung” ab, die an der Steuerkontur der Schaltwelle anliegt. Durch das Zusammenspiel der mindestens einen Abnehmereinrichtung mit der Steuerkontur wird erreicht, dass eine Verschiebe- und/oder Drehbewegung der Schaltwelle entsprechend der Form der Steuerkontur in eine Verschiebebewegung des Schieberahmens umgesetzt wird. Durch „Bewegen” der Schaltwelle kann also eine Verschiebebewegung des Schieberahmens in der zur Längsachse der Schaltwelle senkrechten Ebene erzeugt werden.
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Der Kern der Erfindung besteht darin, dass der Schieberahmen ein in mindestens zwei Teile gebrochenes Guss- oder Sinterteil ist, wobei die mindestens zwei Teile im Bereich einer Bruchkontur miteinander verbunden, insbesondere miteinander verschraubt, sind. Die Bruchkontur ermöglicht ein äußerst präzises Zusammenfügen der beiden Teile. Sich ergebende Toleranzen in Bezug auf das ungebrochene „Ausgangsteil” sind minimal.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung bilden die mindestens zwei Teile einen geschlossenen Rahmen.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Schieberahmen einen oberen Rahmenabschnitt und einen unteren Rahmenabschnitt und zwei seitliche Rahmenabschnitte aufweist, die jeweils den oberen und den unteren Rahmenabschnitt miteinander verbinden.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Bruchkontur zwischen dem oberen Rahmenabschnitt und einem seitlichen Rahmenabschnitt und/oder zwischen dem unteren Rahmenabschnitt und einem seitlichen Rahmenabschnitt verläuft. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Bruchkontur durch einen ersten Eckbereich und durch einen dem ersten Eckbereich diagonal gegenüberliegenden Eckbereich des Schieberahmens verläuft.
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Die mindestens eine Abnehmereinrichtung muss im oder am Schieberahmen lagerichtig fixiert sein. Dies kann durch Definition der Lage über das Anbringen von „Funktionsflächen” und/oder Bohrungen und/oder Anschlagflächen und/oder Passflächen usw. erreicht werden, welche die Position der Abnehmereinrichtung in Bezug auf den Schiebrahmen eindeutig definieren.
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Die mindestens eine Abnehmereinrichtung kann mit dem Schieberahmen bzw. mit einem der mindestens zwei Teile des Schieberahmens verschraubt bzw. daran angeschraubt oder in anderer Weise damit verbunden sein. Alternativ zu einer lösbaren Verbindung (z. B. über eine Schraubverbindung) kann die Abnehmereinrichtung unlösbar mit dem Schieberahmen verbunden werden, z. B. durch formschlüssiges „Verstemmen” (d. h. plastisches Verformen) der Abnehmereinrichtung in einer im Schiebrahmen vorgesehenen Aufnahmebohrung für die Abnehmereinrichtung.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die mindestens eine Abnehmereinrichtung an ihrem freien Ende eine drehbar gelagerte Abnehmerrolle auf, die an der Steuerkontur anliegt. Eine derart gestaltete Abnehmereinrichtung kann als „Rollenabnehmer” bezeichnet werden.
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Alternativ dazu könnte am freien Ende der Abnehmereinrichtung auch eine „Abnehmerkugel” oder eine kugelähnliche Abnehmergeometrie vorgesehen sein („Kugelabnehmer”).
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist das Handschaltgetriebe einen „Schaltrahmen” auf, an dem die Schaltwelle verschieblich entlang ihrer Längsachse und drehbar um ihre Längsachse gelagert ist.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass von einer Innenseite des Schieberahmens mindestens ein Führungselement, z. B. ein Führungszapfen absteht, der, in eine zugeordnete Ausnehmung eingreift, die in dem Schaltrahmen vorgesehen ist. Durch ein oder mehrere derartige Führungselemente kann der Schieberahmen in bzw. an dem Schaltrahmen gleitgelagert oder auch wälzgelagert sein (z. B. über Linear-Gleitlagerbuchsen oder Kugelhülsen-Linearlager). Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass sich das Führungselement bzw. der Führungszapfen durch eine in einem seitlichen Rahmenabschnitt des Schieberahmens vorgesehene Bohrung hindurch erstreckt und zu einer Innenseite des Schieberahmens hin von dem seitlichen Rahmenabschnitt absteht.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Schieberahmen über einen Übertragungsmechanismus mit einem Schaltelement, z. B. einer Schaltgabel und einer Schaltschwinge kinematisch gekoppelt. Der Übertragungsmechanismus kann bspw. einen am Schaltrahmen schwenkbar gelagerten, L-förmigen Umlenkhebel aufweisen, dessen einer Schenkel in den Schieberahmen eingreift oder damit gekoppelt ist und dessen anderer Schenkel in das Schaltelement eingreift oder damit gekoppelt ist.
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Hierzu kann am Schieberahmen ein „Schaltmaul” vorgesehen sein, in das das eine Ende des Umlenkhebels eingreift. Das Schaltmaul kann bspw. durch eine U-förmige Ausnehmung des Schieberahmens gebildet sein.
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Ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Schieberahmens für ein Handschaltgetriebe eines Fahrzeugs weist zumindest folgende Schritte auf:
- • Zunächst wird ein geschlossener Rahmen gesintert oder gegossen. Die Herstellung des Rahmens kann insbesondere durch „Feingießen” oder „Feinsintern” hergestellt werden. Der Rahmen weist einen oberen Rahmenabschnitt, einen unteren Rahmenabschnitt und zwei seitliche Rahmenabschnitte auf, die jeweils den oberen und den unteren Rahmenabstand miteinander verbinden.
- • Nach dem Herstellen des Rahmens durch Gießen oder Sintern, wird dieser in mindestens zwei Teile gebrochen.
- • Anschließend werden diese wieder miteinander verbunden, z. B. durch eine Schraubverbindung. Durch das Brechen und das anschließende erneute Verbinden des Schieberahmens kann dieser sehr leicht montiert werden. Nach dem Anbauen einer Abnehmereinrichtung (z. B. Rollenabnehmer) und eines Führungselements (z. B. Führungszapfen) werden die mindestens zwei Teile des gebrochenen Schieberahmens auf die Schaltwelle des Handschaltgetriebes „aufgefädelt” und miteinander verbunden, z. B. miteinander verschraubt.
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An dem Schieberahmen werden im „geschlossenen”, d. h. noch nicht aufgebrochenen oder gecrackten Zustand die Funktionsflächen bearbeitet bzw. hergestellt. Dies kann z. B. in einer „Stapel- oder Mehrfachbearbeitung” erfolgen, d. h. um eine gleiche Fertigungsgüte an mehreren Schieberahmen zu erreichen, werden diese in der Bearbeitungsmaschine gemeinsam aufgespannt und gemeinsam bearbeitet. Beispielsweise können sämtliche für ein Getriebe vorgesehene Schieberahmen in einem gemeinsamen Arbeitsgang aufeinandergestapelt bearbeitet werden. Hierzu müssen entsprechende Aufnahmeflächen oder Fixierungsflächen am Ausgangswerkstück angebracht erzeugt bzw. hergestellt werden. Die gemeinsame spanende Bearbeitung, beispielsweise über einen „Räumprozess”, der Aufnahme- oder Sitzflächen der Rollenabnehmer bei mehreren Schieberahmen in einer Aufspannung, mindestens in der Anzahl, die auch in einer Getriebeschaltung Verwendung finden, sichert enge Toleranzen. Durch das Aufbrechen oder Cracken des Schieberahmens nach diesen Bearbeitungsschritten ist durch die Art der Bruchfläche sicher gestellt, dass die zuvor realisierte Fertigungsgüte nicht durch weitere Passflächentoleranzen negativ beeinflusst wird. Zudem entfällt die Herstellung dieser Passflächen oder das Einbringen zusätzlicher Bauteile z. B. Passstifte oder Passhülsen.
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Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen Schieberahmen gemäß der Erfindung in perspektivischer Darstellung;
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2 eine vergrößerte Darstellung des Schieberahmens der 1 im Bereich eines Schaltmauls;
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3 eine vergrößerte Darstellung des Schieberahmens der 1 im Bereich eines Führungszapfens;
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4 einen Längsschnitt durch den in 1 dargestellten Schieberahmen zur Verdeutlichung des Verlaufs der Bruchkontur;
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5 eine stark schematisierte Darstellung der Kinematik zur Umsetzung von Verschiebe- und/oder Drehbewegungen einer Schaltwelle in eine Schaltbewegung eines Schaltelements; und
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6 eine perspektivische Darstellung einer Schalteinrichtung eines hier nicht näher dargestellten Handschaltgetriebes gemäß der Erfindung.
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1 zeigt einen Schieberahmen 1 für ein Handschaltgetriebe eines Fahrzeugs. Wie aus 1 und insbesondere aus 4 ersichtlich ist, ist der Schieberahmen 1 durch in zwei Teile 1a, 1b gebrochen, die miteinander verschraubt sind. Das Teil 1a des Schieberahmens 1 bildet einen ersten seitlichen Rahmenabschnitt. Das Teil 1b weist einen oberen Rahmenabschnitt 1ba, einen unteren Rahmenabschnitt 1bb und einen dem seitlichen Rahmenabschnitt 1a gegenüberliegenden zweiten seitlichen Rahmenabschnitt 1bc auf.
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Eine Bruchkontur 2 des Schieberahmens erstreckt sich bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel durch einen Verbindungsbereich des ersten Rahmenteils 1a mit dem oberen Rahmenabschnitt 1ba sowie durch einen Verbindungsbereich des ersten Rahmenteils 1a mit dem unteren Rahmenabschnitt 1bb.
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Wie aus den 1 und 4 ersichtlich ist, sind die beiden Rahmenteile 1a, 1b mittels zweier Senkkopfschrauben 3, 4 verschraubt.
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Von dem durch das Rahmenteil 1a gebildeten ersten seitlichen Rahmenabschnitt und dem gegenüberliegenden zweiten Rahmenabschnitt 1bc steht jeweils ein Rollenabnehmer 4, 5 nach innen zu einem Mittelbereich des Schieberahmens 1 hin ab. Die Rollenabnehmer 4, 5 sind hier jeweils über Senkkopfschrauben 6, 7 mit den seitlichen Rahmenabschnitten 1a, 1bc verschraubt. Die Rollenabnehmer 4, 5 können auch anders als durch Senkkopfschrauben im Schieberahmen 1 fixiert sein, z. B. form- und/oder kraftschlüssig durch Verstemmen (= plastisches Verformen) eines in eine Aufnahmebohrung des Schieberahmens eingestecken Endes eines Rollenabnehmers.
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An den freien Enden der Rollenabnehmer 4, 5 ist jeweils eine „Abnehmerrolle” 8, 9 drehbar gelagert. Die Abnehmerrollen 8, 9 sind dazu vorgesehen, auf einer Steuerkontur einer Schaltwelle abzurollen, was im Zusammenhang mit den 5 bzw. 6 noch näher erläutert wird.
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In dem durch das Teil 1a gebildeten seitlichen Rahmenabschnitt ist eine Durchgangsbohrung 10 vorgesehen, durch die von außen her ein Führungsbolzen 11 hindurchgesteckt ist. Der Führungsbolzen 11 greift in eine hier nicht näher dargestellte Aufnahmebohrung eines Schaltrahmens des eines Handschaltgetriebes ein, wodurch der Schieberahmen translatorisch verschieblich in Bezug auf den Schaltrahmen geführt bzw. gelagert ist.
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Wie am besten aus den 1 und 4 ersichtlich ist, weist der Führungsbolzen 11 einen an einer Außenseite des seitlichen Rahmenabschnitts 1a anliegenden Kopf 12 auf. Der aus dem seitlichen Rahmenabschnitt 1a nach innen heraus stehende Abschnitt des Führungsbolzens 11 weist eine Nut auf, in die ein Sicherungsblech 13 eingreift, wodurch der Führungsbolzen 11 relativ zu dem seitlichen Rahmenabschnitt 1a fixiert ist.
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Wie am besten aus den 1 und 2 ersichtlich ist, weist der Schieberahmen 1 ein von dem seitlichen Rahmenabschnitt 1bc abstehendes, U-förmiges Schaltmaul 14 auf, das zur Aufnahme eines Endes eines Umlenkhebels vorgesehen ist, was in Zusammenhang mit 6 noch näher erläutert wird. Wie am besten aus 1 ersichtlich ist, weist der Schieberahmen auf seiner Vorder- und Rückseite jeweils fein bearbeitete Abstandspads bzw. Abstandsflächen 15–21 auf, die es erlauben, während des Fertigungsprozesses mehrere solcher Schieberahmen 1 aufeinander bzw. aneinander anliegend zu stapeln und einer gleichzeitigen oder sequentiellen Bearbeitung (z. B. Bohren der Löcher für die Senkkopfschrauben 3a, 3b oder Bohren der Löcher für die Schrauben der Rollenabnehmer 4, 5 etc.) zuzuführen.
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Diese Abstandsflächen 15–21 dienen zusammen mit eventuellen weiteren Anschlagflächen einer äußerst präzisen, lagerichtigen Ausrichtung in Bezug auf hier nicht näher dargestellte Fertigungsspannvorrichtungen.
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Wie aus dem Längsschnitt der 4 ersichtlich ist, können in den seitlichen Rahmenabschnitten 1a, 1bc vorgesehene Aufnahmeflächen für die Rollenabnehmer 4, 5 sowie die Bohrungen für die Senkkopfschrauben 6, 7 mit sehr engen Toleranzen hergestellt werden, wodurch sich insgesamt eine hohe Fertigungsgenauigkeit erzielen lässt.
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Die Gewindebohrungen für die Senkkopfschrauben 3, 4, über welche die beiden Teile 1a, 1b miteinander verschraubt werden, können vor dem Auseinanderbrechen des Schieberahmens 1 in die beiden Teile 1a, 1b gebohrt und geschnitten werden, was ebenfalls zu einer hohen Fertigungsgenauigkeit beiträgt.
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Der Führungsbolzen 11 wird von außen her durch die im seitlichen Rahmenteil 1a vorgesehene Bohrung 10 eingeschoben. Der Kopf 12 dient dabei als Anschlag zur Sicherung des Führungsbolzens 11. Gegen Herausfallen können alternativ zu den in den 1, 4 gezeigten Blechumbiegelaschen z. B. auch Federdrahtelemente, Splinte o. ä. verwendet werden.
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Wie aus den 5, 6 ersichtlich ist, kann ein Handschaltgetriebe mehrere „Radsatzebenen” aufweisen, wobei jeder Radsatzebene jeweils ein Schieberahmen 1, 1', 1'', 1''' zugeordnet ist. Ein hier nicht näher dargestellter, von Hand zu betätigender, in einem Fahrgastraum eines Fahrzeugs angeordneter Schalthebel ist über eine Kopplungseinrichtung (nicht dargestellt) mit einer Schaltwelle 22 verbunden.
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Die Schaltwelle 22 ist längsverschieblich und drehbar bzw. schwenkbar in einem Schaltrahmen 23 gelagert. Außenumfangsabschnitte der Schaltwelle 22 bilden Steuerkonturen. Die Schaltwelle 22 erstreckt sich dabei durch die einzelnen Schaltrahmen 1, 1', 1'', 1''' hindurch. Die Rollenabnehmer 4, 5 eines jeden der Schaltrahmen liegen dabei von außen her an Außenumfangsabschnitten (Steuerkonturen) der Schaltwelle 22 an. Eine Verschiebe- und/oder Drehbewegung der Schaltwelle wird über die Rollenabnehmer 4, 5 auf einen oder mehrere Schaltrahmen 1, 1, 1'', 1''' übertragen, was zu einer Verschiebung mindestens eines zugeordneten Schaltrahmens in einer Ebene 24 (vgl. 5), die senkrecht zur Längsachse 25 der Schaltwelle 22 ist, führt.
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Betrachtet man bspw. den Schieberahmen 1'' der 6, so erkennt man einen L-förmigen Umlenkhebel 26, dessen einer Schenkel in ein Schaltmaul des Schieberahmens 1'' eingreift und dessen anderer Schenkel in eine Schaltgabel 27, die zur Betätigung einer zugeordneten Schiebemuffe vorgesehen ist, eingreift. Der Umlenkhebel 26 ist über ein Schwenklager 28 in dem Schaltrahmen 23 gelagert.
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In ganz analoger Weise wird auch bei den anderen Schieberahmen 1, 1', 1''' eine Verschiebebewegung eines Schieberahmens in Querrichtung (Teil 29 in 5) in eine Verschiebebewegung der jeweils zugeordneten Schaltgabel parallel zur Längsrichtung der Schaltwelle 22 umgesetzt.
