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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Schaltgabel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Ein Getriebe besteht heute nicht nur aus Radsatz und Gehäuse, sondern auch aus mechanischen und elektronischen Steuerungselementen, die der Umsetzung von Schaltungsvorgängen dienen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich vor allem, jedoch nicht ausschliesslich, auf Getriebe für Fahrzeuge und hier insbesondere auf die Herstellung von schaltenden Getriebeteilen, wie Schaltgabeln. Derartige Schaltgabeln bestehen in der Regel aus einem Hülsenteil, welches auf einem Schaltrohr axial verstellbar angeordnet ist und einer Schaltgabel, die in unterschiedliche Schaltmuffen eingreift. Zur Verbindung mit einem entsprechenden, die Schaltgabel auf dem Schaltrohr bewegenden Schaltfingers ist dem Hülsenabschnitt noch eine Aufnahme, dem sogenannten Mitnehmer für den Schaltfinger zugeordnet.
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Eine derartige Schaltgabel ist bspw. aus der
DE 10 2005 035 529 A1 bekannt. In dieser Schrift wird auch aufgezeigt, dass die Einzelteile, aus denen eine Schaltgabel besteht, zuerst einzeln hergestellt und dann miteinander in der Regel durch Schweissen verbunden werden. Vor allem geschieht dies durch Laserschweissen und Lichtbogenschweißverfahren.
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Aufgabe
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Getriebeteile der o.g. Art und insbesondere eine Schaltgabel oder ähnliche komplexe Teile aus verschiedenen Einzelteilen auf preisgünstigere Art und Weise herzustellen.
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Lösung der Aufgabe
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Zur Lösung der Aufgabe führen die Merkmale nach Anspruch 1. Ein erfindungsgemässes Verfahren dient zur Herstellung einer Schaltgabel. Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung einer Schaltgabel ist derart gestaltet, dass Teile der Schaltgabel, bevorzugt, ein gabelförmiger Grundkörper und ein Bolzen durch verschiedene Schritte zu einer Schaltgabel miteinander verbunden werden. Dazu wird zunächst durch Fügen des Bolzens und des gabelförmigen Grundkörpers eine Schaltgabelvorform hergestellt. Anschliessend wird diese Schaltgabelvorform zu einem Schaltgabelrohling weiterbearbeitet, indem die Schaltgabelvorform halbwarm- oder warmumgeformt wird. Zuletzt wird der Schaltgabelrohling mechanisch nachbearbeitet, um eine Schaltgabel zu erhalten.
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Der Bolzen und der gabelförmige Grundkörper werden durch Kalt- oder Warmumformen hergestellt. Anschliessend werden der zylindrische Bolzen und der gabelförmige Grundkörper gefügt, sodass eine Schaltgabelvorform entsteht. Die Schaltgabelvorform stellt einen Zwischenschritt der Herstellung dar. Fügen bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die einzelnen Teile miteinander verschweisst. Die Schaltgabelvorform wird durch Halbwarm- oder Warmumformung zum Schaltgabelrohling geschmiedet. Dazu wird die Schaltgabelvorform erwärmt und anschliessend verformt. Durch die Halbwarmumformung oder Warmumformung werden der Bolzen und der gabelförmige Grundkörper noch besser miteinander verbunden. Zuletzt wird der Schaltgabelrohling mechanisch nachbearbeitet. Dazu werden beispielsweise notwendige Bohrungen eingebracht oder Teile des Schaltgabelrohlings spanabhebend verarbeitet, um vorliegende Sollwerte zu erfüllen.
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Die dabei entstehende Schaltgabelvorform besteht in erster Linie aber nicht ausschliesslich aus einem gabelförmigen Grundkörper und einem Bolzen. Neben dem gabelförmigen Grundkörper oder dem Bolzen können auch weitere Teile vorhanden sein, welche dann beispielsweise an den gabelförmigen Grundkörper oder den Bolzen angebracht werden. Die Anbringung der weiteren Teile kann hier durch Fügen an den gabelförmigen Grundkörper oder den Bolzen geschehen. Es ist auch denkbar, dass der Schaltgabelrohling oder die Schaltgabel teilweise umspritzt werden oder weitere Teile nach den oben gezeigten Schritten angefügt werden.
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Der gabelförmige Grundkörper wird aus einem geraden Draht- bzw. Stababschnitt durch Warm- oder Kaltumformen, wie bspw. Biegen, hergestellt. Das Warm- und Kaltumformen beschreibt ein Verfahren bei dem ein metallener Werkstoff zwischen zwei Werkzeugen durch Form- und/oder Querschnittsveränderung verarbeitet wird. Vorteile hierbei sind geringer Materialverlust im Gegensatz zur spanenden Bearbeitung und die gezielte Änderung des Feingefüges, also der Kristallstruktur. Der Bolzen entspricht einem definierten zumeist geraden Draht- bzw. Stababschnitt. Die Querschnittsform des Stab- bzw. Drahtabschnittes kann zylindrisch oder auch polygonal sein.
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Anschliessend werden der gerade Bolzen und der gabelförmige gebogene Grundkörper durch Fügen zur Schaltgabelvorform miteinander verbunden. Fügen wird hier allgemein als Schweissen angesehen.
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Die Schaltgabelvorform, bestehend aus Bolzen und dem gabelförmigen Grundkörper oder andere mit diesen zu verbindende Teile, wird als Gesamtteil oder auch partiell auf eine gewünschte Temperatur erwärmt und anschliessend in einem Schmiedewerkzeug halbwarm oder warm umgeformt.
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Durch das Warmumformen entstehen Getriebeteile mit bevorzugten Eigenschaften für ihre Verwendung. Es ist bekannt, dass ein Werkstück durch Schmieden einen günstigen Faserverlauf erhält. Damit wird die Rissempfindlichkeit gesenkt und die Bauteilesicherheit erhöht. Da im vorliegenden Fall das Warmumformen bevorzugt wird, geht das Metall bei einer hohen Temperatur in eine andere Kristallstruktur über und wird, infolge geringer werdender Umformfestigkeit, weicher. Dies beeinflusst das Umformen des Getriebeteils wesentlich. Auch das Umformen im Temperaturbereich des Halbwarmschmiedens ist möglich, um den Einfluss der Verzunderung zu minimieren.
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Warmumformen bedeutet hierbei eine Formänderung des metallenen Werkstoffs über die Temperatur hinaus, bei der es bestimmungsgemäss genutzt wird.
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Eine erfindungsgemässe Schaltgabel weist sich dadurch aus, dass der Bolzen, der gabelförmige Grundkörper und beispielsweise das Blechelement nach dem Fügen zueinander durch Warmumformen fertig gestellt werden können.
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Als Fügemöglichkeit kommt beispielsweise das Schweissen in Frage. Hierbei ist es von der herzustellenden Schaltgabel und den eingesetzten Materialien abhängig, welche Art des Schweissens eingesetzt wird. Wesentlich ist vielmehr der Umstand, dass nach dem Fügen des Bolzens, des gabelförmigen Grundkörpers und des Blechelements die erfindungsgemässe Schaltgabel durch Schmieden fertig gestellt wird.
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Nachteilig an dem Herstellen durch Warmumformen ist die gegenüber spanenden Verfahren geringere Genauigkeit. Die geringere Genauigkeit wird durch eine nachgeschaltete Bearbeitung ausgeglichen. Auf diese Weise wird einfach und kostengünstig eine Anpassung der einzelnen Teile der warmumgeformten Schaltgabel, wie dem Bolzen, dem gabelförmigen Grundkörper oder dem flächigen Blechelement an die Anforderungen einzelner Getriebearten ermöglicht. Ausserdem werden die durch das Warmumformen bei der Herstellung entstehenden Abweichungen vom Sollzustand ausgeglichen bzw. korrigiert.
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In dem Verfahren werden der zylindrische Bolzen, der gabelförmige Grundkörper oder auch ein flächiges Blechelement also zuerst zur Schaltgabelvorform gefügt und dann verformt. Bei der nachgeschalteten Verformung kann es sich um ein Warmumformen oder aber auch um ein Halbwarmumformen handeln.
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Daneben wird die Verwendung einer erfindungsgemässen Schaltgabel, welche nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt wurde in einem Getriebe eines Kraftfahrzeugs, eines Lastkraftwagens, eines Seefahrzeugs od. dgl. beansprucht.
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Die grossen Vorteile der vorliegenden Erfindung gegenüber anderen bekannten Technologien sind vor allem der Entfall von Fügearbeitsgängen, insbesondere von Schweissvorgängen. Es können höherfestere Werkstoffe verwendet werden. Des Weiteren können konfektionierte Halbzeuge, wie Draht, Blechteile, Profile od. dgl. verarbeitet werden. Die einzelnen zu verbindenden Teile werden vorkonfektioniert, insbesondere als Draht, Bolzen, Stab, Rohr oder Blechteile, , gefügt und dann zur Umformung gebracht. Gezielt können die zu fügendenEinzelteile auch vor dem Umformen durch entsprechendes Drahtbiegen oder Stanzen, je nach gewünschter Endform des Einzelteils, hergestellt werden.
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Als Draht werden hierbei Stabstrukturen angesehen, welche grundsätzlich einen geringeren Durchmesser als Bolzen aufweisen. Als Bolzen werden Stabstrukturen angesehen, welche manuell nicht mehr gewünscht verbogen werden können. Anders als der Bolzen kann der Draht manuell verbogen werden. Bevorzugt weist der Draht einen Durchmesserbereich von 4 bis 15 mm auf, um im Bereich der Schaltgabel eingesetzt zu werden. Der Bolzen hingegen weist im Bereich der Schaltgabel bevorzugt einen Durchmesserbereich von 20 bis 50 mm auf, um den Anforderungen gerecht zu werden. Die Querschnittsform des Bolzens oder des Drahtes ist bedarfsweise zylindrisch oder polygonal.
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Figurenbeschreibung
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
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1 eine perspektivische Ansicht einer Schaltgabel nach dem Stand der Technik;
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2 eine perspektivische Ansicht eines Gabelteils der Schaltgabel nach 1;
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3 eine perspektivische Ansicht ein Verstärkungsteil für eine Schaltgabel nach 1;
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4 eine perspektivische Ansicht eines Hülsenabschnitts, an dem das Gabelteil gemäss 2 und das Verstärkungsteil gemäß 3 festgelegt wird;
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5 eine perspektivische Ansicht eines Mitnehmers für einen nicht näher gezeigten Schaltfinger
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6 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemässen Zylindrische Bolzens;
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7 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemässen gabelförmigen Grundkörpers;
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8 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemässen Blechelements.
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Die 1 bis 5 zeigen eine Schaltgabel nach dem Stand der Technik. Eine solche Schaltgabel weist im Wesentlichen einen Hülsenabschnitt 1 auf, an dem ein Gabelteil 2 festgelegt ist. Daneben ist ein Verstärkungsteil 3 gezeigt, welches den Hülsenabschnitt 1 teilweise umfängt. Hierdurch wird eine grössere Anlagefläche ausgebildet. Des Weiteren ist noch an dem Hülsenabschnitt 1 ein Mitnehmer 4 festgelegt, der einen Schlitz 5 aufweist, welcher mit einem nicht näher gezeigten Schaltfinger zusammenwirken kann. Auch das Verstärkungsteil 3 gemäß 3 ist derart gestaltet, dass es dann einer äußeren Kontur des Gabelteils 2 angepasst werden kann. Des Weiteren weist es eine Mulde 6 auf, die den Hülsenabschnitt 1 aufnimmt. Der Hülsenabschnitt 1 gemäß 4 kann aus einem Rohr hergestellt werden, wobei von diesem Rohr Stücke entsprechend der gewünschten Länge des Hülsenabschnitts abgelängt werden.
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Die 6 bis 8 zeigen die bei der erfindungsgemässen Schaltgabel genutzten Teile. Es handelt sich dabei um einen zylindrischen Bolzen 11 nach 6, einen gabelförmigen Grundkörper 12 nach 7 und ein flächiges Blechelement 14 nach 8.
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Die erfindungsgemässe Herstellung der Schaltgabel geschieht folgendermaßen:
Die zu verbindenden Teile, namentlich der zylindrische Bolzen 11 der gabelförmige Grundkörper 12 und das flächige Blechelement 14 werden separat voneinander hergestellt und vorkonfektioniert. Die Herstellung erfolgt dabei dadurch, dass der zylindrische Bolzen 11 und das Vormaterial des gabelförmigen Grundkörpers 12 durch ein spanloses Zieh- oder Walzverfahren hergestellt werden. Der gabelförmige Grundkörper 12 erfährt noch eine Umformung zur Gabelform. Das flächige Blechelement 14 kann durch spanloses Druckumformen, bspw. durch Stanzen, hergestellt werden. Anschliessend werden der zylindrische Bolzen 11 und der gabelförmige Grundkörper 12 durch Fügen miteinander verbunden. Der zylindrische Bolzen 11 und das flächige Blechelement 14 werden ebenfalls miteinander durch Fügen verbunden.
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Bei dem spanlosen Druckumformen kann es sich um Warmumformen und/oder Kaltumformen handeln. Beim Fügen kann es sich beim erfindungsgemässen Verfahren um Schweissen handeln.
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Der zylindrische Bolzen 11, der gabelförmige Grundkörper 12 und das flächige Blechelement 14 werden dabei zuerst gefügt und dann umgeformt.
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Die Option des Fügens einzelner oder aller Einzelteile vor dem Schmieden oder das Fügen von Einzelteilen an den geschmiedeten Schaltgabelvorform nach dem Schmieden ist hiervon nicht ausgeschlossen. Im Fall einer geschweißten oder gegossenen einfachen Schaltgabelvorform wird mit dem Warm- oder Halbwarmumformen die finale Form eines Schmiedeschaltgabelrohlings erzeugt. Die mechanische Bearbeitung des umgeformten Schaltgabelrohlings reduziert nachfolgend sich auf wenige toleranzrelevante Bauteilbereiche. Bezugszeichenliste
| 1 | Hülsenabschnitt |
| 2 | Gabelteil |
| 3 | Verstärkungsteil |
| 4 | Mitnehmer |
| 5 | Schlitz für Rastierfinger |
| 6 | Mulde |
| 7 | |
| 8 | |
| 9 | |
| 10 | |
| 11 | Bolzen |
| 12 | Gabelförmiger |
| 13 | Grundkörper |
| 14 | Blechelement |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005035529 A1 [0003]
