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Die Erfindung betrifft ein Schaltbauteil für ein Fahrzeug mit einem Tragkörper, mit mindestens einem Schaltorgan und mit mindestens einem Blechabschnitt, wobei in dem Blechabschnitt eine Schaltkulisse angeordnet ist, wobei das Schaltorgan und der Blechabschnitt auf dem Tragkörper angeordnet sind.
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In Schaltgetrieben von Fahrzeugen werden Schaltbewegungen, welche manuell oder teilautomatisiert erfolgen können, umgesetzt, so dass in Abhängigkeit einer gewählten Schaltstellung das Schaltgetriebe in den zu der Schaltstellung zugehörigen Schaltzustand überführt wird.
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Details einer Schaltmechanik für ein derartiges Schaltgetriebe sind beispielsweise in der Gebrauchsmusterschrift
DE 299 23 146 U1 offenbart, die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet. Die Schaltmechanik ist für ein Wechselgetriebe von Fahrzeugen ausgebildet und umfasst eine axial verschiebbare und schwenkbare Schaltwelle, die mit einem spanlos hergestellten, topfartig gestalteten, die Schaltwelle koaxial umschließenden Schaltelement eine Baueinheit bildet. Das Schaltelement ist hülsenartig ausgebildet und umfasst einen Boden, über den es mit der Schaltwelle verbunden ist. Der Grundkörper des Schaltelements ist als eine mittels Stanz-Biegevorgang hergestellte Metallhülse ausgebildet. In der Metallhülse ist unter anderem ein Schaltfinger eingesetzt und mit der Schalthülse verstemmt sowie eine Schaltkulisse eingebracht.
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Gebiet der Erfindung
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schaltbauteil für ein Fahrzeug vorzuschlagen, welches bei akzeptablen Fertigungskosten mit geringen Toleranzen hergestellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Schaltbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Schaltgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Im Rahmen der Erfindung wird somit ein Schaltbauteil vorgeschlagen, welches für ein Fahrzeug geeignet und/oder ausgebildet ist. Insbesondere ist das Schaltbauteil ausgebildet, eine Komponente in manuellen oder teilautomatisierten Schaltgetrieben, insbesondere in Wechselgetrieben, zu bilden.
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Das Schaltbauteil umfasst einen Tragkörper, welcher einen Grundkörper für das Schaltbauteil bildet. Besonders bevorzugt bildet der Tragkörper eine Aufnahme für eine Schaltwelle. Insbesondere ist die Aufnahme in dem Tragkörper so ausgebildet, dass diese formschlüssig eine im Querschnitt runde, insbesondere kreisrunde Schaltwelle aufnehmen kann.
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Das Schaltbauteil umfasst mindestens ein Schaltorgan, wobei das Schaltorgan besonders bevorzugt als ein Schaltfinger ausgebildet ist. Bei alternativen Ausführungsformen ist das Schaltorgan als ein Anschlagnocken oder als ein Achsenabschnitt ausgebildet. Insbesondere kragt das Schaltorgan aus dem Tragkörper aus. Z.B. erstreckt sich das Schaltorgan in seiner Längserstreckung in radialer Richtung zu einer durch die Schaltwelle oder durch die Aufnahme der Schaltwelle definierten Hauptachse des Schaltbauteils.
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Ferner umfasst das Schaltbauteil mindestens einen Blechabschnitt, wobei in dem Blechabschnitt eine Schaltkulisse, insbesondere eine Schaltführung, angeordnet ist. Der Blechabschnitt ist z.B. als ein gerades oder gekrümmtes Blechteil, insbesondere Stanzblechteil ausgebildet. Die Schaltkulisse bildet eine Zwangsführung für ein Tastelement, welches durch die oder in der Schaltkulisse führbar ist. Die Schaltkulisse ist insbesondere als eine Aussparung in dem Blechabschnitt eingebracht. Die Schaltkulisse umfasst bei bevorzugten Ausführungsformen einen Hauptweg, von dem gewinkelt, insbesondere senkrecht, Nebenwege abzweigen, wobei den Endpositionen der Nebenwege Schaltzuständen, insbesondere einem Gang, des Schaltgetriebes zugeordnet sind. So ist es beispielsweise möglich, dass die Schaltkulisse für ein Fünfgangschaltgetriebe sechs derartige Nebenwege aufweist, wobei fünf Nebenwege den fünf Gängen und der sechste Nebenweg dem Rückwärtsgang zugeordnet ist. Der Hauptweg dient dazu, die Nebenwege auswählen zu können. Vorzugsweise weist die Schaltkulisse mindestens einen Hauptweg und mindestens vier Nebenwege auf.
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Konstruktiv betrachtet ist das Schaltorgan und der Blechabschnitt auf dem Tragkörper angeordnet, insbesondere werden das Schaltorgan und der Blechabschnitt von dem Tragkörper getragen. Der Blechabschnitt und das Schaltorgan sind in der Einbaulage des Schaltbauteils über den Tragkörper beispielsweise mit der Schaltwelle verbunden.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Tragkörper mit dem Schaltorgan als ein Urformteil ausgebildet ist. Als Urformteil werden Teile und somit auch das Schaltbauteil bezeichnet, bei denen aus einem formlosen Stoff ein fester Körper hergestellt wird. Die durch das Urformen hergestellte Erstform umfasst zumindest bereits die Grobkontur oder vorzugsweise sogar die Feinkontur des Tragkörpers und des Schaltorgans. Es ist allerdings möglich, dass der Tragkörper oder das Schaltorgan nach dem Urformen noch nachbehandelt, zum Beispiel spanend bearbeitet, geschliffen oder poliert wird. Besonders bevorzugt werden jedoch die Funktionsflächen, insbesondere die Kontaktflächen des Schaltorgans und/oder die Flächen zur Anlage an der Schaltwelle und/oder weitere Flächen, wie diese später noch beschrieben werden, nachbearbeitungsfrei durch den Urformvorgang gebildet. Insbesondere ist der Tragkörper und/oder das Schaltorgan und/oder das Urformteil aus einem Metall hergestellt.
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Es ist dabei eine Überlegung der Erfindung, das Schaltbauteil fertigungstechnisch betrachtet als ein Bauteil in Hybridweise herzustellen. So wird zum einen die komplexe geometrische Form von Schaltorgan und Tragkörper durch Urformen gefertigt, um einen robusten und toleranzarmen Grundkörper für das Schaltbauteil zu bekommen. Durch das Urformen können die Toleranzen fertigungstechnisch betrachtet in einfacherer Weise niedrig gehalten werden als durch die fertigungstechnisch komplexe Herstellung der Metallhülse, wie sie im Stand der Technik gewürdigt wurde. Dies liegt insbesondere daran, dass die Metallhülse nach dem Stand der Technik in einer mehrstufigen Fertigungskette produziert wird, die zugleich eine mehrstufige Toleranzkette bildet. Die Integration der Schaltkulisse erfolgt durch den Blechabschnitt, da eine derartige Schaltkulisse in einem Blechabschnitt durch ein trennendes Verfahren, wie zum Beispiel Stanzen oder Schneiden, mit hoher Präzision und kostengünstig hergestellt werden kann. Somit wird das Schaltbauteil maßgeblich aus zwei Komponenten, nämlich dem Urformteil und dem Blechabschnitt, hergestellt.
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Durch die geringe Anzahl der Komponenten ist – wieder verglichen mit dem Stand der Technik – die Toleranzkette stark verkürzt, sodass das erfindungsgemäße Schaltbauteil mit hoher Präzision gefertigt werden kann. Die Fertigungskosten bleiben trotzdem akzeptabel, da durch die Umsetzung der Schaltkulisse in dem Blechabschnitt diese sehr kostengünstig verglichen zum Beispiel mit spanenden Verfahren hergestellt werden kann.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Urformteil als ein Sinterteil, ein Gussteil oder als ein Feingussteil ausgebildet. Betrachtet man insbesondere eine Massenfertigung, so ist es bevorzugt, dass das Urformteil als Feingussteil ausgebildet ist. Als Feingussteil kann das Urformteil mit geringer oder ohne Nachbearbeitung einbaufertig produziert werden.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Tragkörper als eine Hülse ausgebildet, wobei eine axiale Durchgangsöffnung die Aufnahme für die Schaltwelle bildet. Bei der Integration des Schaltbauteils in dem Schaltgetriebe kann der Tragkörper mit der Schaltwelle zum Beispiel stoffschlüssig verbunden werden.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist der Blechabschnitt als ein Trenn-Biegeteil ausgebildet. Insbesondere wird der Blechabschnitt aus einem Blechhalbzeug, wie zum Beispiel aus einem ebenen Blech oder Blech von einer Blechrolle oder von einem Coil, zunächst getrennt. Insbesondere wird die Schaltkulisse durch einen weiteren oder den gleiche trennenden Verfahrensschritt in den Blechabschnitt eingebracht. In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird der Blechabschnitt gebogen. Bei abgewandelten Ausführungsformen können die Verfahrensschritte Trennen-Biegen auch in der umgedrehten Reihenfolge stattfinden. Besonders bevorzugt entspricht der Krümmungsradius beim Biegen dem Abstand des Blechabschnitts zu einer Schwenkachse des Schaltbauteils. Insbesondere ist der Blechabschnitt koaxial auf dem Tragkörper angeordnet. Durch die Ausbildung als Trenn-Biegeteil ist der Blechabschnitt kostengünstig und in hoher Genauigkeit und/oder mir geringen Toleranzen zu fertigen.
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Bei einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Urformteil eine Schnittstelle und der Blechabschnitt eine Gegenschnittstelle, wobei die Schnittstelle und die Gegenschnittstelle gemeinsam einen Befestigungsbereich zwischen dem Blechabschnitt und dem Urformteil bilden. Die Schnittstelle bildet insbesondere einen integralen Bestandteil des Urformteils und kann bei der Formgebung beim Urformen berücksichtigt werden. Somit sind keine zusätzlichen Fertigungsschritte erforderlich, um die Schnittstelle zu fertigen und die Produktion des Schaltbauteils bleibt einfach und kostengünstig. In gleicher Weise kann die Gegenschnittstelle im Rahmen der Fertigung des Blechabschnitts bereits in den Blechabschnitt integriert werden. Es ist dabei besonders bevorzugt, dass die Schnittstelle als mindestens eine urgeformte Steckschnittstelle und die Gegenschnittstelle als mindestens eine trennend gefertigte Buchsenschnittstelle ausgebildet ist. Bei dem Verbinden von Urformteil und Blechabschnitt wird die Steckschnittstelle in die Buchsenschnittstelle eingeführt und Steckschnittstelle und Buchsenschnittstelle miteinander verbunden.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Schnittstelle mindestens einen Anlagebereich zur lagerichtigen Anlage des Blechabschnitts an dem Urformteil auf. Der Anlagebereich ist wie die Schnittstelle ein integraler Bestandteil des Urformteils und kann daher beim Urformvorgang eingebracht werden. Besonders bevorzugt ist der Anlagebereich in dem Urformvorgang nachbearbeitungsfrei gefertigt. Insbesondere ist der Anlagebereich eine konzentrisch zu der Schwenkachse angeordnete Fläche auf der Schnittstelle.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die Schnittstelle, im Speziellen als Steckschnittstelle, mindestens einen Stiftabschnitt und die Gegenschnittstelle, im Speziellen als Buchsenschnittstelle, eine komplementär dazu ausgebildete Durchgangsöffnung zur Aufnahme des Stiftabschnitts. Bei der Montage muss der mindestens eine Stiftabschnitt in die mindestens eine komplementär dazu ausgebildete Durchgangsöffnung eingeführt werden und der Blechabschnitt in Anlage zu dem Anlagebereich gebracht werden. In dieser geometrisch bestimmten Endlage ist der Blechabschnitt lagerichtig und toleranzarm auf dem Urformteil angeordnet.
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Prinzipiell wäre es möglich, nach der lagerichtigen Positionierung des Blechabschnitts diesen stoffschlüssig, zum Beispiel über Schweißen oder Kleben, zu befestigen. Es ist jedoch besonders bevorzugt, dass der mindestens eine Stiftabschnitt am freien Ende verformt, insbesondere verstemmt oder vertaumelt ist, um den Blechabschnitt formschlüssig zu fixieren. Durch den Umformvorgang wird der Blechabschnitt gegen den Anlagebereich gedrückt und ist zugleich in Bezug auf Verschieberichtungen parallel zu dem Anlagebereich durch den mindestens einen Stiftabschnitt in der Endlage definiert. Damit bildet die formschlüssige Befestigung des Blechabschnitts auf dem Urformteil eine schnelle, kostengünstige und toleranzarme Befestigung des Blechabschnitts auf dem Urformteil.
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Bei einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung ist die Schnittstelle als zwei Podestabschnitte ausgebildet, wobei die zwei Podestabschnitte einstückig an das Urformteil angeformt sind. Insbesondere sind die Podestabschnitte beim Urformvorgang gemeinsam mit dem Tragkörper und dem Schaltorgan gefertigt. Die Anlagebereiche befinden sich an den freien Enden der Podestabschnitte, die Stiftabschnitte sind innerhalb der Anlagebereiche, besonders bevorzugt mittig zu den Anlagebereichen angeordnet. Die Podestabschnitte sind vorzugsweise derart voneinander beabstandet, dass in seitlicher oder radialer Draufsicht auf das Schaltbauteil die Schaltkulisse zwischen den Podestabschnitten liegt. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass ein Tastelement zum Abfahren der Schaltkulisse auch durch den Blechabschnitt hindurchgreifen kann, wobei durch die Podestabschnitte sichergestellt ist, dass das Tastelement nicht den Tragkörper kontaktiert, sondern durch einen freien Raum unter der Schaltkulisse von dem Tragkörper beabstandet sind.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Schaltgetriebe für ein Fahrzeug, wobei das Schaltgetriebe mindestens ein Schaltbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
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1 eine schematische dreidimensionale Darstellung von einem Schaltbauteil als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 das Schaltbauteil in der 1 in gleicher Darstellung, jedoch in einer anderen Perspektive;
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3 eine schematische dreidimensionale Darstellung des Schaltbauteils in den vorhergehenden Figuren während der Montage;
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4, 5, 6 das Schaltbauteil in den vorhergehenden Figuren in einer radialen Seitenansicht aus zwei Perspektiven sowie in axialer Draufsicht.
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Die 1 zeigt in einer schematischen dreidimensionalen Darstellung ein Schaltbauteil 1 für ein Schaltgetriebe eines Fahrzeugs als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei dem Schaltgetriebe kann es sich insbesondere um ein Wechselschaltgetriebe handeln.
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Das Schaltbauteil 1 umfasst einen Tragkörper 2, welcher als eine Hülse, insbesondere als ein Hohlzylinder ausgebildet ist. Durch den Tragkörper 2 wird eine Hauptachse H definiert. Auf dem Tragkörper 2 ist in dieser Perspektive nach hinten abstehend ein Schaltorgan in Form eines Schaltfingers 3 aufgesetzt. Der Schaltfinger 3 ist senkrecht zu der Hauptachse H ausgerichtet und steht von dem Tragkörper 2 ab. Auf der in der 1 dargestellten Vorderseite des Tragkörpers 2 ist um 180° um die Hauptdrehachse H versetzt ein Blechabschnitt 4 aufgesetzt, in den eine Schaltkulisse 5 eingebracht ist. Der Blechabschnitt 4 wird von zwei Podestabschnitten 6a, b getragen, welche als Schnittstelle auf dem Tragkörper 2 angeordnet sind.
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Der Tragkörper 2 gemeinsam mit dem Schaltfinger 3 und den Podestabschnitten 6a, b als Schnittstelle zu dem Blechabschnitt 4 sind als ein gemeinsames und/oder einstückiges Urformteil, in diesem Ausführungsbeispiel als ein Feingussteil ausgebildet. Somit wird während des Gießvorgangs bereits die Kontur des Tragkörpers 2, des Schaltfingers 3 und der Podestabschnitte 6a, b geformt. Optional ist es möglich, dass eine spanende oder schleifende oder polierende Nachbehandlung des Urformteils erfolgt. Beispielsweise ist es auch möglich, dass zum Beispiel Gusskanäle oder dergleichen entfernt werden. Mindestens die Grobform, vorzugsweise die Endform des Urformteils ist jedoch durch den Urformvorgang definiert. Der Blechabschnitt 4 ist dagegen durch einen Stanz-Biegevorgang aus einem Blech als Halbzeug gefertigt. Damit ist das Schaltbauteil 1 fertigungstechnisch betrachtet als ein Hybridbauteil ausgebildet, wobei ein erstes Bauteil durch Urformen und ein zweites Bauteil durch ein Stanz-Biegevorgang gebildet ist.
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Diese Fertigungskombination hat den Vorteil, dass die komplexen Strukturen des Urformteils kostengünstig durch den Gussvorgang, insbesondere Feingussvorgang, gefertigt werden können. Allerdings ist der Blechabschnitt 4 mit der Schaltkulisse 5 freitragend auf den Podestabschnitten 6a, b ausgebildet, insbesondere bildet dieser eine Brücke zwischen den Podestabschnitten 6a, b, sodass die Schaltkulisse 5 nicht im Rahmen des Urformvorgangs hergestellt werden kann. Somit wird das Urformteil durch den Blechabschnitt 4 ergänzt.
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Betrachtet man das Schaltbauteil 1 etwas genauer, so erkennt man, dass der Schaltfinger 3 an seinem freien Ende in der axialen Draufsicht von oben verbreitert ausgeführt ist und zudem einen Rampenabschnitt 7 aufweist. Für die mechanische Abstützung und Verstärkung des Schaltfingers 3 sind axial beidseitig Verstärkungsbereiche 8a, b vorgesehen.
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Der Tragkörper 2 weist eine in axialer Richtung zu der Hauptachse H verlaufende Durchgangsöffnung 9 auf, welche im Querschnitt kreisrund ausgebildet ist und welche die Aufnahme einer Schaltwelle des Schaltgetriebes erlaubt. Beispielsweise wird das Schaltbauteil 1 mit der Schaltwelle drehfest verbunden, sodass dieses mit der Schaltwelle in axialer Richtung verschoben und um die Hauptdrehachse verschwenkt oder verdreht werden kann.
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Der Blechabschnitt 4 ist – wie dieses insbesondere in der 6 zu erkennen ist, die eine axiale Draufsicht auf das Schaltbauteil 1 zeigt – als ein Biegeteil ausgebildet, wobei der Biegeradius r dem Abstand von der Hauptachse H zu dem Blechabschnitt 4 entspricht. Insbesondere erstreckt sich der Blechabschnitt 4 in axialer Draufsicht koaxial und konzentrisch zu der Hauptachse H.
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Die Schaltkulisse 5 ist durch ein trennendes Verfahren, zum Beispiel Stanzen, in den Blechabschnitt 4 eingebracht und weist einen in axialer Richtung verlaufenden Hauptweg 10 und sechs, senkrecht davon abgehende Nebenwege 11 auf, wie dies in der 5 eingezeichnet ist. Die Nebenwege 11 entsprechen beispielsweise der Auswahl von fünf Gängen und einem Rückwärtsgang bei dem Schaltgetriebe.
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Die 3 zeigt das Schaltbauteil 1 in einer Explosionsdarstellung, wobei auf der linken Seite das Urformteil umfassend den Tragkörper 2, den Schaltfinger 3 und die Podestabschnitts 6a, b und auf der rechten Seite der Blechabschnitt 4 dargestellt ist. Die Podestabschnitte 6a, b bilden eine Schnittstelle zur Befestigung des Blechabschnitts 4 auf dem Tragkörper 2. Der Blechabschnitt 4 weist zwei Durchgangsöffnungen 12a, b als Gegenschnittstelle auf. Die Durchgangsöffnungen 12a, b sind in einfacher Weise in den Blechabschnitt 4 durch ein trennendes Verfahren, zum Beispiel Stanzen, eingebracht.
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An den freien Enden weisen die Podestabschnitte 6a, b Anlagebereiche 13a, b für den Blechabschnitt 4 auf. Die Anlagebereiche 13a, b sind auf einer Zylindermantelfläche angeordnet, wobei die Zylindermantelfläche koaxial und konzentrisch zu der Hauptachse H verläuft. Mittig in den Anlagebereichen 13a, b sind Stiftabschnitte 14a, b angeformt, welche in diesem Ausführungsbeispiel in Erstreckungsrichtung einen konstanten Durchmesser aufweisen und welche sich in radialer Richtung zu der Hauptachse H erstrecken. Der Durchmesser der Stiftabschnitte 14a, b ist auf die freien Durchmesser der Durchgangsöffnungen 12a, b derart abgestimmt, dass die Stiftabschnitte 14a, b in die Durchgangsöffnungen 12a, b eingeführt werden können. Somit bildet die Schnittstelle umfassend die Podestabschnitte 6a, b mit den Stiftabschnitten 14a, b eine Steckschnittstelle und die Gegenschnittstelle mit den Durchgangsöffnungen 12a, b eine Buchsenschnittstelle zur Befestigung des Blechabschnitts 4 an dem Urformteil. Bei dem Aufsetzen des Blechabschnitts 4 auf das Urformteil U wird der Blechabschnitt 4 in Anlage mit den Anlagebereichen 13a, b gebracht. Der Durchmesser der Stiftabschnitte 14a, b ist so gewählt, dass der Blechabschnitt 4 in Umlaufrichtung oder in axialer Richtung zu der Hauptachse H toleranzfrei angeordnet ist.
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Nach dem Aufsetzen des Blechabschnitts 4 werden die Stiftabschnitte 14a, b durch Verstemmen oder Vertaumeln umgeformt und auf diese Weise der Blechabschnitt 4 auf den Podestabschnitten 6a, b fixiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schaltbauteil
- 2
- Tragkörper
- 3
- Schaltfinger
- 4
- Blechabschnitt
- 5
- Schaltkulisse
- 6a, b
- Podestabschnitte
- 7
- Rampenabschnitt
- 8a, b
- Verstärkungsbereiche
- 9
- Durchgangsöffnung
- 10a
- Hauptweg
- 11
- Nebenwege
- 12a, b
- Durchgangsöffnungen
- 13a, b
- Anlagebereiche
- 14a, b
- Stiftabschnitte
- r
- Radius
- H
- Hauptachse
- U
- Urformteil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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