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Die Erfindung betrifft ein Arretierelement zur Sicherung von Verstellpositionen eines Stellelementes eines Fahrzeuggetriebes mit einer Rastkugel, die in einem Führungsteil eines federbelasteten Rastbolzens gelagert ist, wobei Stützkugeln, die einen gleichen Werkstoff enthalten, zwischen der Rastkugel und dem Führungsteil angeordnet sind.
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Hintergrund der Erfindung
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Ein Arretierelement dieser Gattung ist aus
DE 195 40 039 A1 bekannt. Dessen Rastkugel wird durch eine Bördelung in der Halbkugelschale des Führungsteiles gehalten. Die Bördelung ist am Rand der Halbkugelschale angebracht und bildet einen umlaufenden nach innen gerichteten Vorsprung, dessen freier Innendurchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Rastkugel. Die Rastkugel ist durch die Bördelung mit Spiel zu den Stützkugeln und somit zum Führungsteil gehalten. Dieses Spiel bewirkt, dass die Rastkugel und auch die Stützkugel frei abrollen können. Die Beweglichkeit der Kugeln wird weiterhin durch die Ausbildung der Halbkugelschale beeinflusst. Die Halbkugelschale ist in ihrem Zentrum mit einem Freiraum und/oder an ihrer Außenkante mit einer Erweiterung des Durchmessers versehen. Das im Querschnitt betrachtete Profil der reinen Halbkugelform wird auf diese Weise durch die Form eines gotischen Bogens oder eine andere sphärische Ausbildung ersetzt. Ein anderes Arretierelement mit einer Bördelung geht aus
DE 38 14 374 A1 hervor.
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Ohne Arretierelement kann eine Schaltwelle in der Regel nicht in ihrer Schaltposition verbleiben, da sie aufgrund von Erschütterungen und der Massenträgheit der mit ihr verbundenen Systeme, bestehend aus Hebeln und Schaltgestängen, ungewollten Verschiebe- und Drehkräften ausgesetzt ist. Diese Erschütterungen und Massenkräfte entstehen zum Beispiel durch Vibrationen des Motors und durch dynamische Fahrzustände. Die dadurch entstehenden Verschiebe- und Drehkräfte können sehr hoch sein. Die Druckfedern der Arretierelemente erzeugen deshalb in der Regel sehr hohe Vorspannkräfte, mit denen der Rastbolzen und somit die Rastkugel in die Ausnehmungen der Schaltstange gepresst werden. An den Kontaktstellen zwischen Schaltstange, Rastkugel, Stützkugeln und Rastbolzen entstehen hohe Spannungen infolge der Kontaktpressung. Aus diesem Grund sind die Einzelteile von Arretierelementen mit Ausnahme des Käfigs in der Regel aus Stahl gefertigt. Die hohe Federvorspannung und der Einsatz von Stahl als Werkstoff beeinflussen den Schaltkomfort des Fahrzeuges nachteilig. Ein wenig gemildert werden kann dieser Effekt durch eine geeignetes Durchmesserverhältnis von Rastkugel zu dem Durchmesser der Stützkugeln, wie es
DE 10 2004 007 577 A1 vorschlägt.
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Das Spiel in der Wälzlagerung kann bei geschaltetem Gang ein „Schlackern” des an die Schaltstange angeschlossenen nachgeschalteten Hebelsystems bis hin zum Fahrerschalthebel erzeugen. Durch dieses „Schlackern” entstehen zusätzliche unerwünschte Geräusche. Außerdem erzeugt dieses Spiel in Abhängigkeit von der Übersetzung dieses an die Schaltwelle angeschlossenen Hebelsystems teilweise beträchtliche Leerhübe am Schalthebel beim Wählen oder Schalten der Gänge. Zur Vermeidung des Spiels ist in
DE 198 33 101 A1 ein Arretierelement vorgeschlagen, bei dem einige Stützkugeln aus Kunststoff ausgebildet sind und einen größeren Durchmesser als die metallischen Stützkugeln aufweisen. Durch hohe Vorspannungen der Druckfeder auf den Rastbolzen federn diese etwas auf den Durchmesser der metallischen Kugeln ein und reduzieren das Spiel in der Wälzlagerung, so dass die Neigung zum „Schlackern” verringert ist.
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Nachteilig an dieser Ausbildung ist, dass die Kunststoffkugeln keine hohen Lasten tragen können und sie sich aufgrund ihrer Verformung zu einem Ellipsoid über ihre große Halbachse schwerer bewegen lassen, so dass das Abrollverhalten der Rastkugel nicht mehr isotrop ist. Unter hoher Vorspannung ergibt sich dadurch weiterhin ein hakeliger Lauf. Dieses Abrollverhalten erzeugt bei der Gangwahl und beim Schalten des Ganges am Ganghebel einen unsteten Kraftverlauf und beeinflusst somit den Schaltkomfort und das Schaltempfinden nachteilig.
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Aus der Wälzlagertechnik ist es bekannt,
DE 102 33 938 A1 , zwischen einem Innenring und einem Außenring Wälzkörper mit geringfügig unterschiedlichem Nominaldurchmesser einzusetzen, bei dem die Wälzkörper mit vermindertem Nominaldurchmesser erst im belasteten Zustand eine Tragfunktion erfüllen. Das Arretierelement ist allerdings im verbauten Zustand dauerhaft vorgespannt, um seine Funktion zu erfüllen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Arretierelement zu schaffen, das neben der eigentlichen Arretierfunktion auch geräuschdämmend wirkt, durch ein weiches Abrollverhalten gekennzeichnet ist und somit die vorgenannten Nachteile vermeidet sowie sich kostengünstig herstellen lässt.
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Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Arretierelement durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Im Führungsteil ist wenigstens eine Kugel vorgesehen, die im Vergleich zu weiteren Stützkugeln einen abweichenden Durchmesser aufweist und die den gleichen Werkstoff enthält wie die übrigen Stützkugeln.
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Dadurch dass die Stützkugeln die gleichen Werkstoffe enthalten, in einer bevorzugten Weiterbildung aus dem gleichen Werkstoff bestehen, ist ihr Einfederungsverhalten ähnlich. Es können damit sich einzelne Stützkugeln nicht derart verformen, dass sie ovalisieren und eine Bewegung über die große Längsachse erschwert ist. Andererseits wird dadurch, dass einige Stützkugeln kleiner als andere sind, erreicht, dass die Wahrscheinlichkeit, dass zwei gleich große Stützkugeln in der kalottenartigen Oberfläche des Führungsteils mit einer Kraft beaufschlagt werden, deren Vektor durch deren Mittelpunkte weist und die bei einem Auftreffen auf den begrenzenden Bördelrand ein Hakeln auslöst, signifikant vermindert wird.
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Die kleineren Stützkugeln dienen damit als Abstandhalter zwischen den tragenden größeren Stützkugeln. Ist ihr Durchmesser signifikant abweichend, ist die Anzahl der größeren Kugeln, die in dem Spalt zwischen dem Führungsteil und der Rastkugel angeordnet werden können, nur unwesentlich herabgesetzt.
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In einer Weiterbildung der Erfindung lassen sich die Stützkugeln in genau zwei Gruppen einteilen, wobei alle Stützkugeln jeder Gruppe untereinander den gleichen Durchmesser aufweisen. Beide Gruppen weisen in der Regel eine unterschiedliche Anzahl von Stützkugeln auf, weil sich herausgestellt hat, dass bereits wenige im Durchmesser verringerte Stützkugeln das Ablaufverhalten des Arretierelements verbessern; so ist schon bei einer Durchmesserreduzierung bei deutlich weniger als 1/3 der Stützkugeln eine Verbesserung zu erkennen; in Einzelfällen reicht es aus, wenn ca. 10% der Stützkugeln einen verringerten Durchmesser aufweisen. Eine gleiche Anzahl von Stützkugeln in beiden Gruppen ist natürlich ebenfalls denkbar.
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In einer anderen Ausbildung lassen sich die Stützkugeln in drei oder Gruppen mit unterschiedlichem Durchmesser einteilen. Schließlich kann vorgesehen sein, dass alle Stützkugeln einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen. Allerdings tragen dann nur wenige Stützkugeln die Rastkugel.
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Die Stützkugeln mit dem größten Durchmesser werden nur minimal verformt. Erfindungsgemäß tragen die Stützkugeln mit dem kleinsten Durchmesser nicht oder in nur seltenen Konstellationen zum Tragen der Rastkugel bei, sondern dienen als Abstandshalter zwischen den größeren Stützkugeln.
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Der Rastbolzen kann als Führungsteil des Arretierelements mittels einer Wälzlagerung über eine Führungsfläche entlang seiner Längsmittelachse verschiebbar in einer Hülse des Arretierelements gelagert sein. Die Wälzlagerung weist einen Käfig und tragende Wälzkörper auf, die durch diesen Käfig beabstandet und geführt sind. Die tragenden Wälzkörper sind mit im Wesentlichen gleichen Durchmesser ausgebildet und rollen zwischen der Führungsfläche des Rastbolzens und der inneren Mantelfläche der Hülse ab. Damit die tragenden Wälzkörper der Wälzlagerung ebenfalls frei abrollen können, ist der Rastbolzen mit Spiel in der Hülse des Rastelementes gelagert.
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Der mit der Wälzlagerung entlang seiner Längsmittelachse frei beweglich gelagerte Rastbolzen ist durch eine Druckfeder in Richtung des offenen Randes der Hülse vorgespannt. Die Druckfeder stützt sich an einem Federsitz im Boden der Hülse sowie an einem Federsitz des Rastbolzens ab und wird in einer im Rastbolzen ausgebildeten Federführung geführt.
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Das Arretierelement, häufig auch als Schaltarretierung bezeichnet, wird hauptsächlich in Handschaltgetrieben von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Das Arretierelement ist dabei mit seiner Hülse in einer Bohrung des Getriebegehäuses fixiert. Der Rastbolzen des Arretierelements wirkt mit seiner Rastkugel in der Regel auf eine Schaltstange ein. Die Schaltstange ist dabei entlang ihrer Längsmittelachse verschiebbar und/oder um ihre Längsmittelachse schwenkbar im Getriebegehäuse gelagert. Auf der Schaltstange sind Übertragungselemente zur Weitergabe der Schalt- bzw. Wählbewegung angeordnet. Diese Schalt- bzw. Wählbewegung wird zur Schaltstange über beispielsweise Hebel, Umlenkhebel, Gestänge oder Seilzüge übertragen. In die Schaltstange, oder häufig in ein auf der Schaltstange fixiertes Stellelement, sind Ausnehmungen eingebracht, die durch Rampenprofile voneinander getrennt sind. Die Rastkugel des Rastbolzens, die unter Wirkung der Druckfeder in einer seiner Ausnehmungen der Schaltstange anliegt, hält die Schaltstange in ihrer jeweiligen Schaltposition. Wird die Schaltposition der Schaltwelle geändert, rollt die Rastkugel über die Rampenprofile in eine andere Ausnehmung, die in ihrer Lage der geänderten Schaltposition der Schaltwelle entspricht.
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Es ist möglich, die Stützkugeln bei der Montage des Rastbolzens entweder unter Vorspannung zu montieren oder soviel Raum zu lassen, dass zwischen den Stützkugeln und der Rastkugel sowie dem Führungsteil ein Spiel verbleibt.
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Die Stützkugeln sind vorzugsweise aus einem Stahl, einem Metall oder einer Legierung hergestellt, die sich kaum verformen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen:
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1 eine beispielhafte Anordnung eines Arretierelementes und eines Stellelementes in einem Fahrzeuggetriebe, wobei in der 1 ein Teilschnitt durch ein Arretierelement und dessen Sitz im Getriebeteil dargestellt ist und
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2 einen Teillängsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Arretierelementes.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
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In 1 ist mit 1 ein Arretierelement bezeichnet, das in eine Bohrung 2 des Getriebegehäuses 3 eingepresst ist. Das Arretierelement 1 besteht aus einem Rastbolzen 4, einer Hülse als Arretiergehäuse 5, einer Wälzlagerung 6 und einer Druckfeder 7. Im Führungsteil 8 des Rastbolzens 4 ist eine Rastkugel 9 angeordnet, die sich an Stützkugeln 10 abstützt. Die Wälzlagerung 6 lagert mit ihren tragenden Wälzkörpern 6a den Rastbolzen 4, entlang seiner Längsmittelachse 4a verschiebbar in der Hülse 5. Die tragenden Wälzkörper 6a werden in der Wälzlagerung 6 durch einen Käfig 6b geführt und gehalten. Die Druckfeder 7 ist vorgespannt zwischen dem Federsitz 4b des Rastbolzens 4 und einem weiteren Federsitz 5a der Hülse 5 montiert und wird durch die Federführung 4c geführt.
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Im Getriebegehäuse 3 ist ein Stellelement 11 gelagert, an dessen Umfang Ausnehmungen 12 und andere Ausnehmungen 13 eingebracht sind. Der Übergang von der Ausnehmung 12 zu den anderen Ausnehmungen 13 erfolgt über Rampenprofile 14. Der Rastbolzen 4 ist mit seiner Rastkugel 9 in das Stellelement 11 eingerastet. Dabei wird die Rastkugel 9 über die Stützkugeln 10 und das Führungsteil 8 durch die Vorspannung der Druckfeder 7 in die Ausnehmung 12 gepresst.
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2 zeigt einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Arretierelementes 1. Das Arretierelement 1 weist einen Rastbolzen 4 und eine Druckfeder 7 auf.
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Im Führungsteil 8 des Rastbolzens 4 sind erste Stützkugeln 10 und zweite Stützkugeln 15 mit einem verminderten Durchmesser und eine Rastkugel 9 angeordnet. Die Rastkugel 9 wird durch einen umlaufenden Bördelrand 8a gehalten. Die Druckfeder 7 ist vorgespannt in die Federführung 4c und die Hülse (1) montiert und stützt sich dabei am Federsitz 4b des Rastbolzens 4 und den Federsitz 5a der Hülse ab.
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Die Stützkugeln 10 stehen im Kontakt zur Außenfläche der Rastkugel 9 und zur Innenfläche des Führungsteils 8.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Arretierelement
- 2
- Bohrung
- 3
- Getriebegehäuse
- 4
- Rastbolzen
- 4a
- Längsmittelachse
- 4b
- Federsitz
- 4c
- Federführung
- 5
- Arretiergehäuse
- 6
- Wälzlagerung
- 6a
- tragende Wälzkörper
- 6b
- Käfig
- 7
- Druckfeder
- 8
- Führungsteil
- 8a
- Bördelrand
- 9
- Rastkugel
- 10
- erste Stützkugel
- 11
- Stellelement
- 12
- Ausnehmung
- 13
- andere Ausnehmung
- 14
- Rampenprofil
- 15
- zweite Stützkugel
