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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen Schalthebel für ein Fahrzeuggetriebe.
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In Kraftfahrzeugen mit Handschaltgetrieben oder mit automatisiert schaltenden Wechselgetrieben sind Betätigungseinrichtungen zur Verschiebung und Verdrehung einer Schaltwelle notwendig, die in der Regel zwei Hebel umfassen. Ein Wählhebel als ein erster Hebel dieser Anordnung wird geschwenkt, um die Schaltwelle axial zu verschieben. Hierbei wird die Gassenvorwahl in eine lineare Bewegung der Schaltwelle übertragen. Ein Schalthebel als zweiter Hebel dieser Anordnung verdreht die Schaltwelle zum Schalten und Einlegen der Gänge. Die beiden Hebel sind über Gestänge, Seilzüge und dergleichen kinematisch mit einem Handschalthebel oder mit Stellmotoren verbunden.
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Es ist relativ aufwändig, den Wählhebel mit der Schaltwelle zu koppeln, da eine Schwenkbewegung in eine lineare Stellbewegung übertragen werden muss. Bei den bekannten Schalteinheiten ist dieser Eingriff zur Koppelung der beiden Teile normalerweise aus Blech gefertigt bzw. in einem Ausgleichsgewicht eines im Gießverfahren gefertigten Bauteils integriert, um auch hohe Schaltkräfte sicher übertragen zu können. Die so ausgebildeten Schaltdome sind relativ massiv, aufwändig in der Herstellung und haben eine hohe Masse zur Folge.
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Die Gesamtmasse der Anordnung kann reduziert werden, wenn einzelne Bauteile aus Aluminium hergestellt werden. Zur Vermeidung von Kontaktkorrosion sind dann Beschichtungen, Dichtringe oder, wie in
DE 10 2007 045 673 A1 vorgeschlagen, Kunststoffbuchsen erforderlich. Zwar sinkt die der Gesamtvorrichtung etwas. Damit verbunden ist allerdings ein steigender Aufwand durch das Beschichten.
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Um eine schwingungsdämpfende Schaltmasse mit einem hohen Trägheitsmoment bei gleichzeitig geringer Masse zu erhalten, ist in
DE 10 2011 079 620 A1 ein Schalthebel mit einer integrierten Schaltmasse als ein Kunststoff-Metall-Verbundbauteil vorgeschlagen. Um die Kräfte sicher übertragen zu können, weist der Schalthebel ein Verbindungsteil als eine Blechplatte auf, die mit zwei Ausnehmungen für die Schaltwelle und den Kugelzapfen versehen ist, so dass diese sich über die Blechplatte abstützen können. Ein derartiger Schalthebel ermöglicht allerdings keine Wählhebelanbindung, so dass zusätzliche Bauteile erforderlich werden.
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Ein Schalthebel mit einer Wählhebelanbindung geht aus
DE 10 2007 052 460 A1 hervor, wobei der Schalthebel ein komplex geformtes Bauteil ist und in Kunststoffausführung die Anforderungen an die abzustützenden Missbrauchskräfte nicht erfüllt. Gleiches gilt für den in
EP 0 704 643 A1 gezeigten Kunststoffschalthebel.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden und insbesondere eine Vorrichtung zu schaffen, die einfach aufgebaut ist, leicht ist und eine Koppelung zwischen einem Wählhebel und einer Schaltwelle eines Wechselgetriebes ermöglicht, um eine Übertragung einer Schwenkbewegung des Wählhebels in eine Linearverschiebung der Schaltwelle zu erlauben. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, ein Fertigungsverfahren für eine derartige Vorrichtung anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 und das Verfahren des Anspruchs 13 gelöst. Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Der Schalthebel ist als ein Leichtbau-Metall-Verbundbauteil ausgebildet und weist einen metallischen Trägerkörper und einen Leichtbaukorpus auf, wobei der Trägerkörper einen Wählhebeleingriff aufweist. Der Leichtbaukorpus kann aus einem spezifisch leichteren, aber weniger belastbaren Material wie Kunststoff bestehen. In einer weiteren Ausbildung ist er aus einem gleichen oder ähnlichen Werkstoff ausgebildet, dessen Wandstärke gegenüber der des Trägerkörpers deutlich reduziert ist. So kann der Leichtbaukorpus aus einem relativ dünneren Blechmaterial gebildet sein. Der Trägerkörper kann als Massivbauteil aus Stahl ausgebildet sein. In einer Ausbildungsform ist er als Schmiede- oder Gussteil ausgebildet.
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Dadurch dass der Wählhebeleingriff am metallischen Trägerkörper ausgebildet ist, können die zur Verschiebung der Schaltwelle erforderlichen Kräfte sicher übertragen werden. Insbesondere wenn der Trägerkörper als ein Bauteil mit relativ geringer radialer Erstreckung ausgebildet ist und damit wenig Fläche zur Übertragung der Wählbewegung zur Verfügung steht, ist sichergestellt, dass die eingeleiteten Kräfte und Momente den Kunststoff nicht überbeanspruchen. Auch Missbrauchskräfte beispielsweise in Endpositionen können am metallischen Trägerkörper besser abgestützt werden, als es bei einem reinen Kunststoffschalthebel der Fall wäre.
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Vorzugsweise sind die Bereiche des Schalthebels aus Metall ausgebildet, die im Kraftfluss liegen bzw. Momente übertragen und damit hoch belastet sind. Dadurch ist einerseits sichergestellt, dass die Kräfte sicher aufgenommen werden und andererseits der Schalthebel dennoch leicht baut.
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In einer Ausbildung der Erfindung steht der Trägerkörper unmittelbar mit der Schaltwelle oder anderen metallischen Bauteilen auf der Schaltwelle fest in Verbindung. In diesem Fall werden die Wählkräfte ausschließlich oder zumindest überwiegend über metallische Bauteile übertragen.
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Der Trägerkörper kann als eine Nabe ausgebildet sein, die mit der Schaltwelle drehfest verbunden ist. Die Nabe kann dazu beispielsweise auf der Schaltwelle verpresst sein; selbstverständlich sind auch andere Welle-Nabe-Verbindungen denkbar.
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Der Trägerkörper ist drehfest mit dem Kunststoffkorpus verbunden. Dazu kann er in den Kunststoffkorpus eingepresst sein. Die radiale Erstreckung des Trägerkörpers kann an die zu übertragenden Kräfte angepasst werden, indem der Durchmesser des Trägerkörpers entsprechend bemessen wird. Die hohen Einpresskräfte können sicher übertragen werden, wenn der Trägerkörper zweiteilig ausgebildet ist und beide Teile sich aneinander anstatt am Kunststoff bzw. Leichtbaumaterial abstützen.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Trägerkörper radial teilweise oder vollständig vom Kunststoffkorpus umgeben. Um die Anbindung dieser beiden Werkstoffe auch bei hohen Kräften und wechselnden Temperaturen sicherzustellen kann vorgesehen sein, dass hierfür zusätzlich Mittel eingesetzt werden. Dazu können die Bauteile mit reibungserhöhenden Beschichtungen versehen sein oder beispielsweise eine Verzahnung aufweisen. In einer weiteren Ausbildung ist vorgesehen, dass der Trägerkörper und seine komplementäre Einfassung im Kunststoffkörper unrunde Querschnitte aufweisen.
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Der Trägerkörper weist einen Wählhebeleingriff auf. Damit kann sich der Wählhebel an dem relativ massiven Trägerkörper abstützen. In einer Ausbildungsform ist der Wählhebeleingriff als eine in Umfangsrichtung verlaufende Ausnehmung ausgebildet. Die axialen Flanken des Wählhebeleingriffs sind ganz oder vorwiegend durch den Trägerkörper selbst gebildet. Die Ausnehmung ist vorzugsweise als eine Umfangsnut, eine Teilumfangsnut oder als ein Schlitz ausgebildet. Die die Ausnehmung axial begrenzenden Wände können von dem eingreifenden Wählhebel in einer Mittelstellung beabstandet sein, so dass die Schwingungsübertragung reduziert ist. Vorzugsweise ist der Abstand der begrenzenden Wände konstant oder abschnittsweise konstant.
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Der Trägerkörper ist aus mehreren, vorzugsweise aus zwei Trägerteilen als Einzelteilen hergestellt. Die Trägerteile lassen sich ohne Hinterschnitte ausbilden und können damit auf einfache Weise hergestellt werden. Eine feste Verbindung der Trägerteile untereinander ist nicht notwendigerweise erforderlich; sie können beispielsweise jeweils mit dem Leichtbaukorpus fest verbunden sein und sich optional aneinander abstützen.
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Bei mehreren Trägerteilen kann der Wählhebeleingriff durch das Zusammenwirken zweier oder mehrerer Trägerteile gebildet sein. Das hat den Vorteil, dass zum einen in den Trägerkörper kein Wählhebeleingriff möglicherweise spanend eingearbeitet oder nachbearbeitet werden muss, sondern er durch zwei oder mehrere, axial aufeinanderfolgende Bauteile gebildet sein kann. Beispielsweise ist der Wählhebeleingriff durch die stirnseitige Geometrie zweier Trägerteile gebildet.
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In einer Weiterentwicklung dieser Ausbildung sind zwei Trägerteile als Gleichteile ausgebildet. Die Gleichteile können mit einem Axialvorsprung als einem Abstützelement wie einem Stift, einem Zapfen oder einem Flansch versehen sein, wobei im verbauten Zustand die Stirnflächen mit den Stiften zueinander gewandt und in Umfangsrichtung versetzt sind. Die Anordnung gewinnt zusätzlich an Stabilität und baut kompakt, wenn sich die Axialvorsprünge am jeweils anderen Trägerteil abstützen.
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Durch die Axialvorsprünge werden zwei oder mehr Teilringnuten gebildet. Eine der Teilringnuten kann als Eingriff für den Wählhebel dienen, mit dem die Schaltwelle axial verschoben wird. Die Axialvorsprünge können in Umfangsrichtung zusätzlich ein oder zwei Anschläge für den Wählhebel bilden, die durch Teileingriffsnuten voneinander beabstandet sind.
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Die Axialvorsprünge können beispielsweise auch als ein oder mehrere Teilringflansche gebildet sein. Dadurch ist die Fläche, mit der die Trägerteile sich aneinander abstützen, vergrößert.
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Der Teilringflansch ist in Umfangsrichtung nicht geschlossen ausgebildet, sondern weist einen Bereich verminderter oder nicht vorhandener Axialerstreckung auf, der den eigentlichen Wählhebeleingriff bildet.
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In einer weiteren Ausgestaltung bilden die Axialvorsprünge Endanschläge für die Schaltbewegung.
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Die Axialvorsprünge können als Abstützelemente ausgebildet sein. Über sie kann ein unmittelbares Abstützen an einem anderen metallischen Bauteil erfolgen.
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Die Trägerteile können massiv ausgebildet sein. Dazu können sie als Schmiede- oder Sinterbauteil gefertigt sein. Auch umformtechnisch hergestellte Hülsen wie beispielsweise Blechhülsen sind denkbar.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Schalthebel über ein Schalthebelauslenkungsmittel bewegbar ist, das als Stift oder Kugelzapfen ausgebildet sein kann. Das Schalthebelauslenkungsmittel ist über einen Seilzug, über ein Gestänge oder ähnliches mit dem Handschalthebel des Fahrers oder einer Aktuatorik verbunden.
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Das Schalthebelauslenkungsmittel kann einteilig mit dem Schalthebel hergestellt sein. Vorzugsweise ist es mit dem Schalthebel form- und/oder kraftschlüssig drehfest verbunden. Dazu ist es beispielsweise verpresst. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Bereich seiner Anbindung der Schalthebel verstärkt ist. Dazu kann das Material des Leichtbaukorpus' dicker ausgebildet sein. Durch eine große Führungslänge können die Schaltkräfte sicher auf den Leichtbaukorpus übertragen werden.
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Eine andere Möglichkeit ist es, den Trägerkörper mit einer Aufnahme für das Schalthebelauslenkungsmittel zu versehen. Dazu kann ein eigenes Inlay vorgesehen sein; alternativ ist die Anbindung einteilig mit dem Trägerkörper ausgebildet.
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Der Schalthebel ist im verbauten Zustand in der Regel mit einer Schaltwelle drehfest verbunden und wird als Teil eines Schaltdoms verliersicher verbaut.
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Durch die Leichtbauweise des Schalthebels kann er einen größeren Raum abdecken, ohne das Gewicht eines Schaltdoms zu sehr zu erhöhen. Dadurch kann er in einer Zusatzfunktion als Schmutzkappe den Schaltdom zusätzlich abdichten. Ist das Leichtbauteil aus Kunststoff ausgebildet, ist zudem sichergestellt, dass zwischen unterschiedlichen Werkstoffen des Trägerkörpers und des Getriebegehäuses keine galvanisch leitende Verbindung besteht.
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Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung eines Schalthebels. Damit ein aus einem Leichtbaumaterial wie Kunststoff hergestellter Leichtbaukorpus hohe Einpresskräfte ertragen kann, ist vorgesehen, zwei Trägerteile in entgegen gesetzte Richtung einzupressen. Am Ende des Einpressvorgangs stützen sich diese dann gegenseitig ab, so dass die hohen Einpresskräfte sicher ertragen werden, ohne dass diese vom Kunststoff ertragen werden müssen.
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Ist der Trägerkörper aus zwei Trägerteilen aufgebaut, ist es in einer Weiterbildung vorgesehen, dass die Trägerteile separat voneinander mit dem Leichtbauteil verbunden werden. Dazu können sie gleichzeitig oder nacheinander aus einander um 180° versetzter Richtung in eine entsprechende Aufnahme verpresst werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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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 Explosionsdarstellung eines Schalthebels mit einem Leichtbaukorpus, zwei Trägerteilen und einem Kugel gedrehte Darstellung des Schaltdoms aus 1 und einem Kugelkopf,
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2 eine gedrehte und vergrößerte Ansicht des Trägerteils aus 1 in perspektivischer Ansicht,
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3 eine vergrößerte Ansicht eines anderen Trägerteils für einen Schalthebel nach 1 in perspektivischer Ansicht,
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4 einen Längsschnitt des Schalthebels nach 1 in montierbarem Zustand,
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5 einen Längsschnitt des Schalthebels nach 1 in montierbarem Zustand in einer in Bezug auf 4 um 90° versetzten Ebene,
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6 die perspektivische Darstellung des Schalthebels nach 1 in montierbarem Zustand,
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7 die perspektivische Darstellung des Schalthebels nach 6 in einer gedrehten Ansicht,
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8 einen Schaltdom für einen erfindungsgemäßen Schalthebel in einer perspektivischen Schrägansicht und
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9 eine gedrehte Darstellung des Schaltdoms aus 8.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die 8 und 9 zeigen einen Schaltdom 1 eines manuell betätigten Kraftfahrzeugwechselgetriebes nach dem Stand der Technik, an dem ein erfindungsgemäßer Schalthebel einsetzbar ist. Der Schaltdom 1 weist einen Gehäuseflansch 2 mit einer Ausnehmung 3 als Wellendurchführung für eine als Schaltwelle 4 ausgebildete Schaltstange auf. Der Gehäuseflansch 2 ist zum einen durch eine sich in einer Ebene erstreckende Platte 5 konstanter Dicke mit einer im Wesentlichen kreisförmigen Außenkontur gebildet. Die Außenkontur ist mit Gewindebohrungen versehen, über die der Gehäuseflansch 2 mittels Schrauben mit einem nicht weiter dargestellten Getriebegehäuse des Kraftfahrzeugwechselgetriebes verbunden werden kann.
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Der Gehäuseflansch 2 weist einen turmartigen Ausleger 6 auf. Der Ausleger 6 und die Platte 5 sind einteilig ausgebildet und stehen im rechten Winkel zueinander.
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Die Ausnehmung 3 ist komplementär zur Außenkontur der Schaltwelle 4 ausgebildet. Die Ränder der Ausnehmung 3 sind durch einen umlaufenden Kragen 10 eingefasst, der die Schaltwelle 4 führt und lagert. Die Schaltwelle 4 weist getriebeinnenseitig eine Funktionseinheit 11 mit einem Schaltfinger 12, einer Rastkontur 16 und Sperrelementen 17 auf. Mittels des Schaltfingers 12 können nicht dargestellte Schaltgabeln betätigt werden, die ihrerseits mittels Schaltmuffen eine formschlüssige Verbindung zwischen Getriebeeingangswelle und Getriebeausgangswelle herstellen.
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Getriebeaußenseitig ist ein gekröpfter Hebel 7 als Schalthebel 18 drehfest mit der Schaltwelle 4 verbunden. Mittels des Schalthebels 18 ist die Schaltwelle 4 um ihre Längsachse drehbar.
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Der Schaltdom 1 weist ferner einen weiteren Hebel 7 auf, der als Wählhebel 19 eine axiale Verschiebbarkeit der Schaltwelle 4 bewirkt. Der Wählhebel 19 ist an dem getriebeaußenseitig orientierten Ende 20 des Auslegers 6 angeordnet und über eine Hebellagerung 9 an diesem gelagert, wobei sich die Hebellagerung 9 des Wählhebels 19 und die Anbindung des Schalthebels 18 auf gleicher axialer Höhe der Schaltwelle 4 befinden.
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Räumlich nah zur Hebellagerung 9 in Richtung der Platte 5 weist der Ausleger 6 eine Entlüftungsöffnung 8 auf, die als Querbohrung parallel zur Achse der Hebellagerung 9 orientiert ist. Die Entlüftungsöffnung 8 mündet in einem rückseitigen Hohlraum des Auslegers 6, in dem sich die Luft des Getriebes sammeln und zur Entlüftungsöffnung 8 strömen kann.
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1 zeigt eine Ausführungsform eines Schalthebels 18, der einen Kunststoff- oder einen Aluminiumkorpus als Leichtbaukorpus 13 für einen Schaltdom 1 aufweist, der gegenüber dem Schaltdom der 8 und 9 leicht modifiziert ist. Der Leichtbaukorpus 13 weist eine hohlzylindrische Aufnahme 14 für einen Trägerkörper 15 auf. Wie aus 4 ersichtlich ist, ist der Trägerkörper 15 aus zwei Trägerteilen 21, 22 gebildet. Beide Trägerteile 21, 22 sind als Hülsen und identisch ausgebildet. Die Hülsen sind durch hohlzylindrische Hauptkörper 26, 27 mit je einer Außenverzahnung 23 und je einer Durchgangsausnehmung 3 versehen, in die die Schaltwelle 4 verpresst werden kann. Axial aus den Hauptkörper 26, 27 steht jeweils ein Abstützelement 28, 29 hervor, der einen Vorsprung in Form eines Stifts bildet.
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Der hohlzylindrische Aufnahme 14 des Leichtbaukorpus 13 nimmt vorliegend beide Trägerteile 21, 22 auf. Dazu weist sie zwei Innenverzahnungen 24 für die Außenverzahnungen 23 der Trägerteile auf. Werden die Trägerteile 21, 22 in dem Leichtbaukorpus 13 verpresst, ist über den Form-/Kraftschluss der Verzahnungen 23, 24 eine hohe Momentenübertragung gewährleistet.
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Die Außenverzahnungen 23 der Trägerteile sind besonders sicher im Leichtbaukorpus 13 gehalten, wenn sie, wie in 1 dargestellt, vollumfänglich in die Innenverzahnungen 24 als Gegenverzahnungen eingreifen.
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Eine Schaltvorrichtung mit dem erfindungsgemäßen Schalthebel 1 kann an das zu übertragende Moment angepasst werden. Bei hohen Momenten wird der Durchmesser der Hauptkörper so groß gewählt, dass im Bereich der Anbindung an den Leichtbauwerkstoff die zulässigen Belastungen nicht überschritten werden.
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Wie aus 4 weiter hervorgeht, stützen sich beide Trägerteile 21, 22 durch die Abstützelemente 28, 29 aneinander ab. Dadurch sind zwei Teilringnuten, von denen eine Teilringnut den Wählhebeleingriff 25 bildet. Die andere Teilringnut ist durch einen Wulst 30 des Leichtbaukorpus' 13 zumindest teilweise ausgefüllt. In den Wählhebeleingriff 25 greift beispielsweise eine Rolle eines nicht dargestellten Wählhebels ein, um den auf der Schaltwelle 4 befestigten Schalthebel 18 und damit die Schaltwelle 4 axial zu verschieben.
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In der Ausführungsform nach 4 sind beide überstreichen beide Teilringnuten den gleichen Winkelbereich. In einer anderen, nicht dargestellten Ausführungsform sind die Teilringnuten unterschiedlich lang. Da für die Schaltbewegung ein Winkelbereich von in der Regel deutlich weniger als 60° vorgesehen ist, können die beiden Trägerteile 21, 22 sich auch durch mehr als zwei Abstützelemente 28, 29 aneinander abstützen.
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Durch die Abstützelemente 28, 29 sind die Hauptkörper 26, 27 der Trägerteile 21, 22 voneinander axial beabstandet. Sie bildet damit Abstandhalter, die das jeweils andere Trägerteil so kontaktieren, dass die Stirnflächen der Hauptkörper 26, 27 voneinander beabstandet sind und nur im Bereich 33 der Abstützelemente 28, 29 einander kontaktieren.
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5 zeigt, dass der Schalthebel 18 mit einem Kugelzapfen 31 fest verbunden ist. Dazu ist dieser in einer Kugelzapfenaufnahme 32 verpresst. Über den Kugelzapfen 31 lässt sich die Schaltbewegung initiieren und der Schalthebel 18 verdrehen. In einer nicht dargestellten Variante ist der Kugelkopf 31 ebenfalls über ein separates Trägerteil mit der Schaltwelle 4 verbunden.
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3 zeigt eine Variante eines Trägerteils 21. Es weist anstatt eines Stifts oder Zapfens einen Ringvorsprung auf, der das Abstützelement 28 bildet. Das andere Trägerteil kann einen durchbrochenen Ringvorsprung als Teilringflansch aufweisen, so dass der Wählhebeleingriff 25 dann durch den Durchbruch gebildet ist. Vorteilhaft an dieser Ausgestaltung ist, dass die Fläche, über die sich die Trägerteile aneinander abstützen, vergrößert ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schaltdom
- 2
- Gehäuseflansch
- 3
- Ausnehmung
- 4
- Schaltwelle
- 5
- Platte
- 6
- Ausleger
- 7
- Hebel
- 8
- Entlüftungsöffnung
- 9
- Hebellagerung
- 10
- Kragen
- 11
- Funktionseinheit
- 12
- Schaltfinger
- 13
- Leichtbaukorpus
- 14
- hohlzylindrische Aufnahme
- 15
- Trägerkörper
- 16
- Rastkontur
- 17
- Sperrelement
- 18
- Schalthebel
- 19
- Wählhebel
- 20
- Ende
- 21
- erstes Trägerteil
- 22
- zweites Trägerteil
- 23
- Außenverzahnung
- 24
- Innenverzahnung
- 25
- Wählhebeleingriff
- 26
- Hauptkörper
- 27
- Hauptkörper
- 28
- Abstützelement
- 29
- Abstützelement
- 30
- Wulst
- 31
- Kugelzapfen
- 32
- Kugelzapfenaufnahme
- 33
- Bereich
