DE10255412B4

DE10255412B4 - Wellenanordnung, insbesondere Wählschaltwellenanordnung eines Kraftfahrzeuggetriebes

Info

Publication number: DE10255412B4
Application number: DE10255412A
Authority: DE
Inventors: Manfred Keller
Original assignee: Selzer Fertigungstechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Selzer Fertigungstechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2002-11-28
Filing date: 2002-11-28
Publication date: 2005-04-07
Anticipated expiration: 2022-11-29
Also published as: DE10255412A1

Abstract

Wählschaltwellenanordnung eines Kraftfahrzeuggetriebes mit mehreren an der Welle (3) dreh- und verschiebefest befestigten, gegenseitig beabstandeten und mittels entsprechender Bohrungen (5, 6) sämtlich von demselben Wellenende (4) her auf die Welle (3) aufgeschobenen und darauf positionierten Schaltfingerelementen (1, 2), wobei in die Umfangsfläche der Welle (3) an den Befestigungsstellen für die Schaltfingerelemente (1, 2) parallel zur Wellenachse verlaufende Vertiefungen (7, 8), deren Länge etwa der axialen Länge der Bohrungen (5, 6) der Schaltfingerelemente (1, 2) entspricht, unter Bildung von aus der Umfangsfläche vorstehenden Rändern (9, 10) eingedrückt sind, auf welche die Schaltfingerelemente (1, 2) zu ihrer Befestigung axial aufgepreßt sind, wobei die Vertiefungen (7) und ihre aus der Umfangsfläche der Welle (3) vorstehenden Ränder (9) einer Befestigungsstelle für ein Schaltfingerelement (1) zu den Vertiefungen (8) und zugehörigen Rändern (10) einer benachbarten Befestigungsstelle für ein benachbartes Schaltfingerelement (2) einen axialen Abstand aufweisen, der mindestens der axialen Länge der Bohrungen (5, 6) der...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wählschaltwellenanordnung eines Kraftfahrzeuggetriebes mit mehreren an der Welle dreh- und verschiebefest befestigten und gegenseitig beabstandeten Schaltfingerelementen, entsprechend dem Patentanspruch 1. Die Erfindung schließt auch ein Verfahren zur Herstellung der Wählschaltwellenanordnung ein.
Nach dem Stande der Technik sind bei derartigen Wählschaltwellenanordnungen die Schaltfingerelemente auf die Welle aufgeschoben, axial und in Drehlage positioniert und mit der Welle verstiftet. Diese Anordnungen sind wegen der geforderten engen Toleranzen sehr aufwendig herzustellen, insbesondere wenn mehrere Schaltfingerelemente in definierter Relativlage zueinander an der Welle zu befestigen sind. Vorgeschlagen wurde auch bereits, die Schaltfingerelemente auf die Welle thermisch aufzuschrumpfen, was die Herstellung derartiger Wellenanordnungen ebenfalls aufwendig gestaltet.

Wellenanordnungen mit daran durch Preßsitze befestigten ringförmigen Bauteilen sind in unterschiedlichen Ausbildungen bekannt (JP-2001 020 966 A, DE-198 53 798 C1, DE-39 40 516 A1, DE-199 54 969 A1, DE-38 13 272 C2, CH-54 543 A1). Diese bekannten Wellenanordnungen betreffen jedoch keine Wählschaltwellenanordnungen.

Bei einer dieser bekannten Wellenanordnungen (JP-2001 020 966 A) ist eine Welle mit einer Kerbverzahnung versehen, die in die Bohrung eines aufnehmenden Teils axial eingepreßt ist. Hierbei ist die Kerbverzahnung aus zwei unterschiedlich hohen Verzahnungen zusammengesetzt, um wegen der Bruchempfindlichkeit des aufnehmenden Teils, eines Kommutators, die Einpreßkräfte entsprechend niedrig zu halten.

Bei einer anderen dieser bekannten Wellenanordnungen (CH-54 543 A1) sind durchgehende Rillen achsparallel an der Welle und auch in den daran zu befestigenden Naben von Turbinenrädern vorgesehen, wobei die zwischen den Rillen der Naben vorhandenen Erhöhungen in den Rillen der Welle verschiebbar geführt sind. Die Festsetzung der Naben auf der Welle erfolgt nicht durch axiales Verpressen, sondern durch ein Verpressen in Umfangsrichtung, erzielt durch Relativdrehung zwischen den Naben/Turbinenrädern und der Welle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wählschaltwellenanordnung der eingangs angegebenen Gattung so auszubilden, daß sie mit vergleichsweise geringem Aufwand bei dennoch großer Maßgenauigkeit mit engen Toleranzen und zuverlässiger Befestigung der Schaltfingerelemente an der Welle herstellbar ist, ohne daß dafür zusätzliche Befestigungsmittel erforderlich sind.

Die gestellte Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der Wählschaltwellenanordnung gehen aus den Unteransprüchen 2 bis 5 und ein besonders geeignetes Herstellungsverfahren geht aus Anspruch 6 hervor.

Obwohl das Anwendungsgebiet der Erfindung Wählschaltwellenanordnungen an inneren Schaltbetätigungseinrichtungen von Kraftfahrzeuggetrieben mit an der Welle befestigten Schaltfingerelementen sind, ist nachfolgend zur sprachlichen Vereinfachung durchweg von Wellenanordnungen mit an der Welle befestigten Bauteilen die Rede.

Bei der erfindungsgemäßen Wählschaltwellenanordnung verursachen die längsgerichteten Vertiefungen bei ihrer Eindrückung in die Umfangsfläche der Welle Werkstoffverdrängungen nach beiden Seiten, welche aus der Umfangsfläche vorstehende Ränder zu beiden Seiten jeder Vertiefung bilden. Da der gedachte mit der Wellenachse konzentrische Umkreis um diese Ränder gegenüber dem Durchmesser der Bohrung des Bauteils Übermaß hat, kommt es beim Aufschieben des Bauteils auf die Welle, auf wel cher das Bauteil zunächst noch frei drehbar und verschiebbar ist, beim Auftreffen des betreffenden Bohrungsrandes auf diese Ränder und bei unter Kraftaufwand fortgesetztem Aufschieben auf diese Ränder zu einem Längspreßsitz zwischen Bauteil und Welle. Der dabei durch überwiegend plastische Werkstoffverformungen hervorgerufene Klemmeffekt zwischen Bauteil und Welle setzt das Bauteil gegen Drehungen und Verschiebungen zuverlässig gesichert in der gewünschten positionierten Relativlage auf der Welle formschlüssig fest. Zur Erzielung einer bezogen auf die Bohrungslänge im Bauteil optimalen Klemm- oder Längspreßsitzwirkung entspricht hierbei die Länge der Vertiefungen und damit die Länge ihrer nach außen aufgewölbten Ränder etwa der axialen Länge der Bauteilbohrung.

Da mehrere Bauteile mit Abstand nebeneinander an der Welle zu befestigen sind, dabei sämtlich von demselben Wellenende her auf die Welle aufgeschoben und darauf positioniert werden sollen, wobei jedes Bauteil auf der Welle im Längspreßsitz festgesetzt werden soll, sind bei der Erfindung die in der Wandfläche der Bohrung der Bauteile durchgehenden nutförmigen Ausnehmungen vorgesehen, die aufgrund ihrer Anordnung und Abmessungen ein Überschieben der Vertiefungen mit ihren nach außen vorstehenden Rändern an den Befestigungsstellen für Bauteile ermöglichen, an welchen das betreffende Bauteil nicht festgesetzt werden soll. Wird schließlich die Befestigungsstelle für das betreffende Bauteil bei der Verschiebebewegung erreicht, wird das Bauteil durch freies Drehen auf der Welle richtig winkelpositioniert, bevor der Längspreßvorgang erfolgt, der das Bauteil an der Welle in positionierter Axiallage festsetzt. Lediglich für das zuletzt auf die Welle aufzuschiebende Bauteil werden keine nutförmigen Ausnehmungen benötigt, weil mit diesem Bauteil keine Befestigungsstellen überschoben werden müssen, bevor es auf die ihm zugeordnete Befestigungsstelle auftrifft.

Wenn die Werkstoffe von Bauteil und Welle zumindest im Klemmeingriffsbereich von unterschiedlicher Härte sind, kommt es auf der Seite des weicheren Werkstoffs zu plastischen Ver formungen, bei der im Anspruch 2 angegebenen bevorzugten Ausbildung zu plastischen Verformungen am Bauteil.

Entsprechend Anspruch 3 sind vorteilhaft mehrere, beispielsweise vier, gleichmäßig am Wellenumfang verteilte Vertiefungen vorgesehen, so daß das Bauteil bei Herstellung des Längspreßsitzes bezüglich seiner Bohrung konzentrisch zur Welle festgesetzt wird.

Für die Vertiefungen sollte eine Querschnittsform gewählt werden, welche die gewünschte Werkstoffverdrängung zur Erzeugung der nach außen aufgewölbten Ränder begünstigt. Dieses wird erreicht, wenn die Vertiefungen außen ihre größte und innen ihre geringste Breite haben. Vorzugsweise sind die Vertiefungen im Wellenquerschnitt betrachtet gemäß Anspruch 4 etwa V-förmig ausgebildet.

Entsprechend Anspruch 5 sind die Vertiefungen/Ränder der Befestigungsstellen miteinander fluchtend angeordnet.

Im Anspruch 6 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Wählschaltwellenanordnung angegeben, bei welchem nach der Herstellung der Welle entsprechend den Merkmalen a) und b) mehrere Bauteile, die sämtlich von demselben Wellenende her auf die Welle aufgeschoben werden, nacheinander entsprechend den Merkmalen c) bis e) aufgeschoben, positioniert und axial aufgepreßt werden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:
1 eine teilweise aufgebrochene und geschnittene Seitenansicht einer Wählschaltwellenanordnung mit zwei Schaltfingerelementen,
2 die Wellenanordnung mit dem zuerst auf die Welle aufgeschobenen und befestigten Bauteil entlang der Schnittverlaufslinie II-II in 1,
3 einen Querschnitt durch das zuletzt auf die Welle aufzuschiebende Bauteil vor dem Aufschiebevorgang und
4 einen Querschnitt durch die Wellenanordnung mit dem zuletzt auf die Welle aufgeschobenen und befestigten Bauteil entlang der Schnittverlaufslinie IV-IV in 1.
Die Zeichnungen veranschaulichen eine zwei Bauteile 1 und 2 aufweisende Wellenanordnung, wie sie typisch als zwei Schaltfingerelemente aufweisende Wählschaltwellenanordnung einer inneren Schaltbetätigung für Kraftfahrzeug-Sechsgangschaltgetriebe eingesetzt wird. Die Bauteile 1 und 2 sind nacheinander auf die Welle 3 vom Wellenende 4 her aufgeschoben und darin in positionierter Lage dreh- und verschiebefest auf noch zu beschreibende Weise befestigt. In beiden Bauteilen 1 und 2 befinden sich durchgehende Bohrungen 5 bzw. 6 gleichen Durchmessers, die dem Durchmesser der Welle 3 in einer Spielpassung zugeordnet sind, so daß sich die Bauteile vor ihrer Befestigung auf der Welle 3 verschieben und drehen lassen.
In die Umfangsfläche der Welle 3 sind an den beiden Befestigungsstellen für die Bauteile 1 und 2 parallel zur Wellenachse verlaufende Vertiefungen 7 bzw. 8 eingedrückt. Im gezeigten Beispiel sind an jeder Befestigungsstelle vier gleichmäßig über den Umfang der Welle 3 verteilte Vertiefungen 7 bzw. 8 eingedrückt, d.h. die vier Vertiefungen jeder Befestigungsstelle haben Winkelabstände von 90°.
Die Vertiefungen 7, 8 sind im Wellenquerschnitt betrachtet etwa V-förmig ausgebildet, so daß beim Eindrücken der Vertiefungen in die Umfangsfläche der Welle 3 durch Werkstoffverdrängung aus der Umfangsfläche vorstehende Ränder 9 bzw. 10 ausgeformt werden. Die Längen der Vertiefungen 7, 8 und damit die Längen der Ränder 9 bzw. 10 entsprechen etwa den axialen Längen der Bohrungen 5 bzw. 6 des jeweiligen Bauteils 1 bzw. 2.
Das nacheinander erfolgende Aufpressen der Bauteile 1, 2 auf die zugehörigen Ränder 9 bzw. 10 erfolgt nach der jeweiligen Drehpositionierung der Bauteile 1 und 2 auf der Welle 3 in axialer Richtung, bis die Bauteile 1 und 2 die in 1 dargestellten Positionen erreicht haben, in welcher zwischen den Bauteilen 1, 2 und der Welle 3 Längspreßsitze vorliegen, welche die Bauteile 1, 2 an der Welle 3 formschlüssig festlegen. Um das Eindringen und plastische Einbetten der Ränder 9, 10 in den Bauteilen 1 bzw. 2 zu erleichtern, sollte die Welle 3 nach dem Eindrücken der Vertiefungen 7, 8 eine Oberflächenhärtung erfahren, so daß der Werkstoff der Welle 3 im Bereich der Ränder 9, 10 härter ist als der Werkstoff der Bauteile 1, 2, jedenfalls mindestens im Bereich der Bohrungen 5, 6. Eine geeignete Werkstoffpaarung für die Welle und die Bauteile 1, 2 sind einsatzgehärtete oder nitrierte Wellen aus den Werkstoffen 25CrMo₄ oder 42CrMo₄ und Bauteile aus Sintermetallen. Hierbei beträgt die Härte der Ränder nach dem Härtevorgang beispielsweise etwa 800 HV, während die Bauteile eine geringere Härte aufweisen, ausgedrückt durch eine Zugfestigkeit von etwa 400–500 N/mm².
Da das zuerst auf die Welle 3 aufzuschiebende Bauteil 1 über die Befestigungsstelle für das zuletzt aufzuschiebende Bauteil 2 hinweggeschoben werden muß, ohne daß die Ränder 10 der Vertiefung 8 in das Bauteil 1 eingepreßt werden, sind in der Wandfläche der Bohrung 5 des Bauteils 1 über die axiale Länge der Bohrung 5 durchgehende nutförmige Ausnehmungen 11 eingearbeitet, z.B. eingefräst. Diese Ausnehmungen 11 entsprechen nach Anzahl und gegenseitigem Umfangsabstand, d.h. dem Winkelabstand, der Anordnung der Vertiefungen 8 an der Befestigungsstelle für das Bauteil 2, wie 2 verdeutlicht. Daraus geht auch hervor, daß die Breite der Ausnehmungen 11 etwas größer ist als die Breite der Vertiefungen 8 zuzüglich der vorstehenden Ränder 10, während die Tiefe der Ausnehmungen 11 etwas größer ist als die radiale Höhe der über die Umfangsfläche der Welle 3 vorstehenden Ränder 10. Das Bauteil 1 läßt sich somit ohne Eingriff mit den Rändern 10 über die Befestigungsstelle des Bauteils 2 hinwegschieben.
Im gezeichneten Ausführungsbeispiel sind die Vertiefungen 7 und 8 der beiden beabstandeten Befestigungsstellen für die Bauteile 1 bzw. 2 gegeneinander um 45° gedreht angeordnet, wie aus 2 zu entnehmen ist. Die Vertiefungen können aber auch auf zur Wellenachse parallelen Fluchtungslinien angeordnet sein, so daß das Bauteil 1 nach dem Überschieben der Vertiefungen 8/Ränder 10 mit Hilfe der Ausnehmungen 11 vor Erreichen der Vertiefungen 7/Ränder 9 um 45° um die Welle 3 zu drehen ist, bevor das axiale Aufpressen auf die Ränder 9 erfolgt. Selbstverständlich sind hierbei die Ausnehmungen 11 gegenüber ihrer in 2 gezeichneten Lage um 45° um die Wellenachse gedreht im Bauteil 1 anzubringen.
Bei der vorstehend erläuterten und in den Zeichnungen nicht dargestellten Ausführungsform mit axial fluchtenden Vertiefungen 7, 8/Rändern 9, 10 sind die Vertiefungen 7 und Ränder 9 der einen Befestigungsstelle für das Bauteil 1 zu den Vertiefungen 8 und Rändern 10 der anderen Befestigungsstelle für das Bauteil 2 in einem axialen Abstand anzuordnen, der mindestens der axialen Länge der Bohrung 5 des Bauteils 1 entspricht, damit das Bauteil 1 nach Überschieben der Ränder 10 und vor dem Auftreffen auf die Ränder 9 um 45° um die Welle 3 gedreht werden kann. Das im Verfahrensanspruch 9 angegebene Herstellungsverfahren für eine Wellenanordnung mit mehreren daran befestigten Bauteilen betrifft die vorstehend beschriebene, nicht gezeichnete Ausführungsform.
Es wird eine Wellenanordnung mit an der Welle dreh- und verschiebefest ohne Zuhilfenahme zusätzlicher Befestigungsmittel genau positioniert befestigten Bauteilen vorgeschlagen, die zu diesem Zweck jeweils eine passende Durchgangsbohrung aufweisen, mit der sie unter Spielpassung auf die Welle aufgeschoben werden. An den Befestigungsstellen für die Bauteile befinden sich in die Welle unter nach außen erfolgender Werkstoffverdrängung eingedrückte längsgerichtete Vertiefungen. Die Werkstoffverdrängung bildet längsgerichtete Ränder an den Vertiefungen aus, auf welche die Bauteile durch axiale Krafteinwirkung bis zum Längspreßsitz aufgepreßt werden. Der Vorschlag umfaßt auch Herstellungsverfahren für verschiedene Ausführungsformen der Wellenanordnung. Die Erfindung eignet sich besonders für die positionierte Befestigung von Schaltfingerelementen an der Wählschaltwelle einer inneren Schaltbetätigungseinrichtung für Kraftfahrzeug-Schaltgetriebe.

1: Bauteil
2: Bauteil
3: Welle
4: Wellenende
5: Bohrung
6: Bohrung
7: Vertiefung
8: Vertiefung
9: Rand
10: Rand
11: Ausnehmungen

Claims

Wählschaltwellenanordnung eines Kraftfahrzeuggetriebes mit mehreren an der Welle (3) dreh- und verschiebefest befestigten, gegenseitig beabstandeten und mittels entsprechender Bohrungen (5, 6) sämtlich von demselben Wellenende (4) her auf die Welle (3) aufgeschobenen und darauf positionierten Schaltfingerelementen (1, 2), wobei in die Umfangsfläche der Welle (3) an den Befestigungsstellen für die Schaltfingerelemente (1, 2) parallel zur Wellenachse verlaufende Vertiefungen (7, 8), deren Länge etwa der axialen Länge der Bohrungen (5, 6) der Schaltfingerelemente (1, 2) entspricht, unter Bildung von aus der Umfangsfläche vorstehenden Rändern (9, 10) eingedrückt sind, auf welche die Schaltfingerelemente (1, 2) zu ihrer Befestigung axial aufgepreßt sind, wobei die Vertiefungen (7) und ihre aus der Umfangsfläche der Welle (3) vorstehenden Ränder (9) einer Befestigungsstelle für ein Schaltfingerelement (1) zu den Vertiefungen (8) und zugehörigen Rändern (10) einer benachbarten Befestigungsstelle für ein benachbartes Schaltfingerelement (2) einen axialen Abstand aufweisen, der mindestens der axialen Länge der Bohrungen (5, 6) der an den Befestigungsstellen axial aufzupressenden Schaltfingerelemente (1, 2) entspricht, und wobei in der Wandfläche der Bohrungen der Schaltfingerelemente (1, 2) über die axiale Länge der Bohrungen durchgehende nutförmige Ausnehmungen (11) vorgesehen sind, die nach Anzahl und gegenseitigem Umfangsabstand der Anordnung der Vertiefungen (7, 8) in der Welle (3) entsprechen und deren Breite etwas größer ist als die Breite der Vertiefungen (7, 8) zuzüglich der vorstehenden Ränder (9, 10) und deren Tiefe etwas größer ist als die radiale Höhe der über die Umfangsfläche der Welle (3) vorstehenden Ränder (9, 10).
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff der Welle (3) zumindest im Bereich der Ränder (9, 10) der Vertiefungen (7, 8) härter ist als der Werkstoff der Schaltfingerelemente (1, 2), zumindest im Bereich ihrer Bohrungen (5, 6).
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Befestigungsstellen für die Schaltfingerelemente (1, 2) mehrere gleichmäßig über den Umfang der Welle (3) verteilte Vertiefungen (7, 8) in die Umfangsfläche der Welle (3) eingedrückt sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (7, 8) im Wellenquerschnitt an den Befestigungsstellen betrachtet etwa V-förmig ausgebildet sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (7) und ihre aus der Umfangsfläche der Welle (3) vorstehenden Ränder (9) einer Befestigungsstelle für ein Schaltfingerelement (1) mit den Vertiefungen (8) und zugehörigen Rändern (10) einer benachbarten Befestigungsstelle für ein benachbartes Schaltfingerelement (2) fluchten.
Verfahren zur Herstellung einer Wählschaltwellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Die Vertiefungen (7, 8) der den einzelnen Schaltfingerelementen (1, 2) an der Welle (3) zugeordneten Befestigungsstellen werden in die Umfangsfläche der noch ungehärteten Welle (3) unter Bildung der über die Umfangsfläche der Welle (3) vorstehenden Ränder (9, 10) eingedrückt, b) danach wird die Welle (3) zumindest oberflächengehärtet, c) die einzelnen Schaltfingerelemente (1, 2) werden nacheinander auf die Welle (3) in einer Relativlage zur Welle (3) aufgeschoben, in welcher die nutförmigen Ausnehmungen (11) mit den Vertiefungen (7, 8) und den jeweils zugehörigen Rändern (9, 10) fluchten, d) die Schaltfingerelemente (1, 2) werden nacheinander unmittelbar vor Erreichen ihrer jeweiligen Befestigungsstelle auf der Welle (3) in Position gedreht, bei der ihre nutförmigen Ausnehmungen (11) nicht mit den Vertiefungen und zugehörigen Rändern ihrer Befestigungsstelle fluchten, und anschließend auf diese Ränder axial aufgepreßt, e) das letzte Schaltfingerelement (2) wird unmittelbar auf die ihm zugeordneten Ränder (10) axial aufgepreßt.