DE19840681A1

DE19840681A1 - Mehrteilige Schaltwelle für ein Zahnräderwechselgetriebe

Info

Publication number: DE19840681A1
Application number: DE1998140681
Authority: DE
Inventors: Horst Doeppling; Reinhart Malik; Peter Schnapp
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 1998-09-07
Filing date: 1998-09-07
Publication date: 2000-03-09
Anticipated expiration: 2018-09-08
Also published as: BR9905327A; DE19840681B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltwelle (1) für eine Schaltvorrichtung eines Zahnräderwechselgetriebes von Fahrzeugen. Die in einem Gehäuse geführte Schaltstange (1) ist mehrteilig aufgebaut und umfaßt ein Anschlußstück (2), ein Zwischenstück (4) sowie ein Formstück (5). Zur Übertragung einer vom Handschalthebel ausgelösten Bewegung ist die Schaltwelle (1) mit einem Schaltfinger (9) versehen.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltwelle für eine manuell oder eine automati siert zu betätigende Schaltvorrichtung, eingesetzt in einer Getriebeschal tung für ein Zahnräderwechselgetriebe von Fahrzeugen. Die Schaltwelle ist gelenkig mit einem Handschalthebel verbunden und in einem Gehäuse, vorzugsweise wälzgelagert, geführt. Zur Vorwahl von Schaltgassen ist die Schaltwelle verschiebbar und zur Schaltung von Gängen verdrehbar. Auf der Schaltwelle angeordnete Übertragungselemente dienen zur Positionie rung bzw. zur Übertragung der Schaltbewegung auf Bauteile, die der Schaltwelle nachgeordnet sind.

Hintergrund der Erfindung

Die GB 2 097 493 zeigt eine gattungsbildende Getriebeschaltung mit einer massiv gestalteten Schaltwelle. Die in einem Gehäuse geführte Schaltwelle ragt mit einem Ende aus dem Gehäuse, von dem aus eine Verbindung zum Schalthebel besteht. Auf der mehrfach gestuften Schaltwelle ist ein Schalt finger drehfest angeordnet, der in eine seitlich zur Schaltwelle plazierte Schaltkulisse formschlüssig eingreift. Die Herstellung dieser Schaltwelle erfordert einen hohen Aufwand für die spanabhebende Bearbeitung. Neben hohen Herstellkosten hat die massive Bauweise der Schaltwelle außerdem einen Gewichtsnachteil.

Aufgabe der Erfindung

Von den bekannten Nachteilen der Erfindung ausgehend, ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltwelle zu realisieren, mit einem ein fachen, die Herstellkosten senkenden Aufbau, der einen Gewichtsvorteil besitzt, unter Einhaltung der Festigkeitsanforderungen.

Zusammenfassung der Erfindung

Zur Lösung der zuvor genannten Aufgabenstellung ist ein mehrteiliger Auf bau der Schaltwelle vorgesehen. Eine zumindest zwei Einzelteile umfas sende Schaltwelle ist vorteilhaft entsprechend den Erfordernissen zur Befe stigung von Übertragungselementen gestaltet. Die Einzelteile der Schalt welle sind dabei so angeordnet, daß deren Trennebene rechtwinkelig durch die Längsachse der Schaltwelle verläuft. Die Erfindung ermöglicht weiterhin die Ausbildung von geometrisch abweichend gestalteten Einzelteilen der Schaltwelle. Damit kann beispielsweise ein Querschnittsprofil der Schalt welle in Abhängigkeit von der jeweiligen Beanspruchung den eingeleiteten Kräften bzw. den zu übertragenden Momenten ausgelegt werden. Dabei kann die Formgebung der Einzelteile der Befestigung von Übertragungs elementen angepaßt sein. Erfindungsgemäß sind zur Herstellung der Schaltwellen-Einzelteile auch verschiedene Herstellverfahren einsetzbar, die nach den Gesichtspunkten einer Kosten- und Gewichtsoptimierung aus gewählt werden. Vorzugsweise ist ein Einzelteil durch ein spanloses Verfah ren herstellbar. Alternativ ist eine Schaltwelle darstellbar, die ohne ein spa nendes Verfahren herstellbar ist. Die Einzelteile der erfindungsgemäßen Schaltwelle können weiterhin aus gleichen oder unterschiedlichen Werk stoffen gefertigt sein, was sich ebenfalls als Kostenvorteil auswirken kann. Die Möglichkeit, für die Einzelteile unterschiedliche Werkstoffe auszuwäh len, schafft optimale Werkstoffpaarungen für die einzelnen, unterschiedlich beanspruchten Bauteile der Schaltwelle.

Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhän gigen Ansprüche 2 bis 14.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht eine Schaltwelle vor, die drei Einzelteile umfaßt. Ein endseitiges Anschlußstück, ist mit einer se paraten Schaltungskomponente verbunden ist, über die eine Verbindung zu dem Handschalthebel hergestellt ist. Ein als Mehrfunktionsteil ausgebildetes Formstück, das das weitere vom Anschlußstück gegenüberliegende Ende der Schaltstange bildet dient zur Aufnahme von Übertragungselementen. Ein Zwischenstück, das eine Verbindung zwischen dem Anschluß- und dem Formstück herstellt. Für eine derartig aufgeteilte Schaltwelle können unter schiedliche Fertigungstechniken zur Herstellung der Einzelteile sowie un terschiedliche Werkstoffe eingesetzt werden, die optimal auf die jeweils erforderliche Funktion des Einzelteils abgestimmt sind. Für das Anschluß stück kann danach eine Werkstoffwahl erfolgen, die nach den Gesichts punkten einer hohen Verschleißfestigkeit erfolgt. Damit ist eine hohe Stand zeit für das Anschlußteil erzielbar, welches eine bewegliche Verbindung zwischen dem Handschalthebel und den Übertragungselementen sicher stellt. Für das Formstück der Schaltstange eignet sich ein Werkstoff, der neben einer ausreichenden Festigkeit auch eine gewisse Zähigkeit besitzt, um auftretenden Stoßbelastungen besser standhalten zu können. Das Zwi schenstück erfordert keine besonderen Werkstoffeigenschaften und kann beispielsweise aus einem Werkstoff mit relativ niedriger Festigkeit gefertigt werden.

Zur Herstellung der Einzelteile sind vorzugsweise unterschiedliche Verfah ren vorgesehen. Für das Anschlußstück ist bevorzugt ein Fließpreßverfah ren geeignet, mit dem dieses Bauteil kostengünstig unter Einhaltung aller Festigkeits- und Qualitätsanforderungen herstellbar ist. Das als Mehrfunkti onsteil zu bezeichnende Formstück läßt sich vorteilhaft durch ein Tiefzieh verfahren spanlos aus einem metallischen Rohr oder Blech fertigen. Alter nativ kann dieses Formstück durch ein hydraulisches Aufweiten aus einem rohrförmigen Grundkörper hergestellt werden. Als Zwischenstück kann bei spielsweise ein kaltgepresstes Rohr oder eine massive Welle eingesetzt werden bzw. die weitestgehend ohne eine mechanische Nacharbeit mit dem Formstück verbunden werden kann.

Für die einzelnen Bauteile eignen sich vorzugsweise folgende Werkstoffe. Für das Anschlußstück und für das als Mehrfunktionsteil dienende Form stück, vorzugsweise ein kaltgepreßtes Rohr, ist erfindungsgemäß 15 Cr oder 16 Mn Cr5 vorgesehen. Für die massive Welle zur Herstellung des Zwischenstücks ist vorzugsweise als Werkstoff 100 Cr6, C45 oder Cf53 eingesetzt.

Zur wirksamen Befestigung der Einzelteile der erfindungsgemäß mehrteilig gestalteten Schaltwelle ist vorzugsweise jeweils eine formschlüssige Ver bindung vorgesehen, die mittels einer Schweißung oder Lötung gesichert ist. Alternativ schließt die Erfindung Einzelteile ein, die reibgeschweißt und/oder über einen Reibschluß zusammengefügt sind.

Zur Erzielung einer exakten Ausrichtung bzw. eines lageorientierten Ein baus ist zwischen dem Anschlußstück und dem Zwischenstück der mehrtei lig aufgebauten Schaltwelle ein Zentrieransatz vorgesehen. Dieser ist in eine dem Zentrieransatz angepaßte Paßbohrung des zugehörigen Bauteils eingefügt, bevor diese Bauteile unlösbar vorzugsweise durch eine Schwei ßung verbunden werden. Ein wirksamer, die Fertigung vereinfachender Formschluß zwischen dem Endabschnitt und dem Zwischenschnitt sieht vor, daß in den rohrförmigen Endabschnitt ein Endbereich des Zwischenstücks eingepaßt ist, bevor beide Teile durch eine Schweißung unlösbar verbun den werden.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Anschlußstücks, an dem form schlüssig Schaltungskomponenten befestigt sind, die eine Verbindung zu dem Handschalthebel der Getriebeschaltung herstellen, umfaßt vielfältige Ausgestaltungen. Vorzugsweise ist das Anschlußstück mit einem Außenge winde oder einer Kerbverzahnung versehen. Alternativ bietet es sich eben falls an, das Anschlußstück mit einem Mehrkantprofil oder einem Konus zu versehen, die mit entsprechenden Profilen des zugehörigen Bauteils korre spondieren. Eine weitere Ausführungsform sieht ein Anschlußstück vor, an dem einstückig ein Kugelkopf angeformt ist, der an einem entsprechenden Gegenstück der Schaltungskomponente gelenkig befestigt werden kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung beziehen sich auf die Querschnittsform einzelner Bauteile der mehrteilig aufgebauten Schaltwelle. Danach eignet sich vorzugsweise für das Zwischenstück ein massives Mehrkantprofil, das in eine entsprechend geformte Aufnahme des als Hohl körper gestalteten Endstücks eingepaßt ist.

Das als Mehrfunktionsteil dienende Formteil ist mit zumindest einem Über tragungselement, beispielsweise einem Schaltfinger und/oder Rastierhülse, versehen. Mit diesem Übertragungselement wird die von dem manuell zu betätigenden Schalthebel ausgelöste Bewegung von dem Schaltfinger auf eine Schaltkulisse übertragen. Die mit einem im Gehäuse lagepositionierten radial auslenkbaren Rastierelement zusammenwirkende Rastierhülse sorgt für eine exakte Lagepositionierung der Schaltwelle. Zur einfachen und wir kungsvollen Befestigung ist das als hohlzylindrischer Körper gestaltete Formteil mit einem einseitig radialen Ausschnitt versehen, in dem der Schaltfinger beispielsweise lagepositioniert gehalten und mit dem Formteil verschweißt ist. Eine weitere Befestigung sieht eine Durchgangsbohrung im Formteil vor, die eine Schraubverbindung zwischen dem Formteil und dem Übertragungselement ermöglicht.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt, die nachfolgend näher beschrieben sind. Es zeigen:

Fig. 1 in einer Ansicht eine mehrteilig aufgebaute Schaltwelle;

Fig. 2 die Draufsicht der Schaltwelle gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen Längsschnitt der in Fig. 2 abgebildeten Schalt welle;

Fig. 4 einen bekannten Stand der Technik, in dem eine eintei lige Schaltwelle im eingebauten Zustand abgebildet ist.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Eine erfindungsgemäß mehrteilig aufgebaute Schaltwelle 1 zeigt die Fig. 1. Die Schaltwelle 1 setzt sich zusammen aus einen endseitigen Anschluß stück 2, an dem über eine Außenverzahnung 3 eine separate Schaltungs komponente befestigbar ist, die mit einem in Fig. 1 nicht abgebildeten Handschalthebel in Verbindung steht. Das Anschlußstück 2 ist unlösbar, beispielsweise durch eine Reibschweißung mit einem Zwischenstück 4 ver bunden, an dessen vom Anschlußstück 2 abgewandten Ende ein Formstück 5 befestigt ist.

Die Schaltwelle 1 ist vorzugsweise als ein Schaltungsorgan einer Hand schaltvorrichtung in einem Schaltdom gemäß Fig. 4 eines Zahnräderwech selgetriebes integriert. Die an beiden Enden in einem Gehäuse 6 geführte Schaltwelle 1 ist sowohl verschiebbar als auch verdrehbar. Zur Übertragung einer Schaltbewegung von einem Schalthebel auf die Schaltwelle sind Schaltungskomponenten in Form von Verbindungsgestänge vorgesehen.

Das Anschlußstück 2 ist mit einer Außenverzahnung 3 versehen, die mit einem in Fig. 1 nicht abgebildeten Bauteil einer Schaltungskomponente formschlüssig eingreift. Dem verzahnten Abschnitt des Anschlußstücks 2 ist ein Führungsansatz 7 vorangestellt, auf dem vorzugsweise ein Bauteil der Schaltungskomponente zentriert werden kann. Der Außenumfang des An schlußstücks 2 ist so gestaltet, daß dieser kleiner ist als der Durchmesser von dem Zwischenstück 4, wodurch ein Einbau der Schaltwelle 1 in die Füh rungsbohrung des Gehäuses 6 nicht behindert ist.

Als Zwischenstück 4 ist vorzugsweise eine Vollwelle oder ein Stahlrohr vor gesehen, die bzw. das weitestgehend ohne eine spanende Nacharbeit mit dem Anschlußstück 3 und dem Formstück 5 zusammenfügbar ist. Über eine Mantelfläche 8 ist das Zwischenstück in einer Aufnahmebohrung des Ge häuses 6, gemäß Fig. 4 gelagert.

Das Formstück 5 stellt einen Rohrkörper dar, der beispielsweise durch ein spanloses Tiefziehverfahren herstellbar ist. Das auch als ein Mehrfunkti onsteil zu bezeichnende Formstück 5 ist mit einem radial nach außen ge richteten Schaltfinger 9 versehen, der in eine Schaltkulisse eingreift. Wei terhin umfaßt das Formstück einen radialen Ausschnitt 10, der sich bis nahe an eine Längsachse 11 halbkreisförmig erstreckt. Axial vom Ausschnitt 10 in Richtung des Anschlußstücks 2 versetzt ist im Formstück 5 eine Querboh rung 12 eingebracht, deren Mittenachse 13 weitestgehend dem Verlauf des Ausschnitts 10 entspricht. Die Querbohrung 12 wie auch der Ausschnitt 10 dienen zur Aufnahme bzw. zur Befestigung von einem oder mehreren Über tragungselementen. Der Abschnitt des Formstücks 5 vom Schaltfinger 9 bis zum freien Ende bildet die zweite Lagerstelle der Schaltwelle 1, die mit der Mantelfläche 14 in eine Aufnahmebohrung des Gehäuses 6 eingepaßt ist.

Die Fig. 2 zeigt die Schaltwelle 1 in der Draufsicht, aus der insbesondere die Gestaltung des Ausschnitts 10 sowie der Querbohrung 12 ersichtlich ist. Die geometrische Gestaltung des Ausschnitts 10 sieht, jeweils von der Längsachse 10 der Schaltwelle 1 aus betrachtet, schräg parallel versetzt verlaufende und rechtwinklig verlaufende Wandungsabschnitte vor. Die Wandung 16 ist rechtwinkelig zur Längsachse ausgerichtet, und die Wan dung 17 verläuft unter einem Neigungswinkel <90°. Die Querbohrung 12 ist auf einer Seite mit einer als Schräge 18 gestalteten Eintritt bzw. Austritt versehen. Das Anschlußstück 2 gemäß Fig. 2 ist abweichend von der Dar stellung gemäß Fig. 1 mit einem der Außenverzahnung vorgelagerten Ku gelkopf 15 versehen, an dem Schaltkomponenten schwenkbar angelenkt werden können.

Die Schnittdarstellung der Schaltwelle 1 gemäß Fig. 3 zeigt die Zuordnung bzw. die Befestigung der einzelnen Bauteile der Schaltwelle 1. Das An schlußstück 2 ist mit einem Zentrieransatz 19 versehen, der in eine stirnsei tige Ausnehmung 20 des Zwischenstücks 4 eingepaßt ist, bevor beide Bauteile vorzugsweise durch eine Schweißung unlösbar verbunden werden. Die Befestigung des Formstücks 5 am Zwischenstück 4 erfolgt durch ein Einfügen eines Endabschnitts des Zwischenstücks 4 in das als Rohrkörper gestaltete Formstück 5. Eine innere Schulter 22 des Formstücks 5 dient als Endanschlag für das Zwischenstück 4. Zur Befestigung dieser Bauteile kann beispielsweise eine Schweißung oder Lötung vorgesehen werden. Alterna tiv dazu ist weiterhin ein Aufschrumpfen des Endbereichs vom Formstück 5 auf das Zwischenstück möglich. Bei Bedarf kann auch ein lageorientierter Einbau aller Bauteile der Schaltwelle 1 vorgesehen werden.

Die Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt einer Schaltung aus einem mechanisch schaltbaren Zahnräderwechselgetriebe. Das Gehäuse 6 beinhaltet eine axial verschiebbare und drehbare Schaltwelle 21, die in Endzonen 23, 24 im Gehäuse 6 gelagert ist. Ein drehfest auf der Schaltwelle 21 befestigter Schaltfinger 25 ist in einer Schaltgasse 26 der Schaltkulisse 27 geführt.

Bezugszeichenliste

1

Schaltwelle

2

Anschlußstück

3

Außenverzahnung

4

Zwischenstück

5

Formstück

6

Gehäuse

7

Führungsansatz

8

Mantelfläche

9

Schaltfinger

10

Ausschnitt

11

Längsachse

12

Querbohrung

13

Mittenachse

14

Mantelfläche

15

Kugelkopf

16

Wandung

17

Wandung

18

Schräge

19

Zentrieransatz

20

Ausnehmung

21

Schaltwelle

22

Schulter

23

Endzone

24

Endzone

25

Schaltfinger

26

Schaltgasse

27

Schaltkulisse

Claims

1. Schaltwelle für eine Schaltvorrichtung in einer Getriebeschaltung eines Zahnräderwechselgetriebes von Fahrzeugen, die in einem Gehäuse (6) geführt, zur Vorwahl von Schaltgassen (26) und zur Schaltung von Gän gen unterschiedlich bewegbar ist, wobei zur Positionierung, Führung sowie Weiterleitung einer Stellbewegung die Schaltwelle (1, 21) mit Übertragungselementen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltwelle (1) zumindest zwei Einzelteile umfaßt, deren Trennebe ne rechtwinkelig durch eine Längsachse (11) der Schaltwelle (1) ver läuft, wobei von den geometrisch abweichend gestalteten Einzelteilen zumindest ein Einzelteil spanlos herstellbar ist.

2. Schaltwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltwelle (1) folgende Einzelteile umfaßt,

- ein endseitiges Anschlußstück (2), an das eine Schaltungskompo nente befestigbar ist, die eine Verbindung zu einem Handschalthebel herstellt;
- ein Zwischenstück (4), das bedarfsweise mit einem oder mehreren Übertragungselementen koppelbar ist;
- ein als Mehrfunktionsteil ausgelegtes Formstück (5), an dem Über tragungselemente angeordnet sind.

3. Schaltwelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein spanlos mittels eines Fließpreßverfahrens hergestelltes Anschlußstück (2).

4. Schaltwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ein zelteile der Schaltwelle (1) bevorzugt folgende Werkstoffe vorgesehen sind

- für das Anschlußstück (2) 16 Mn Cr5;
- für das Formstück (5) 15 Cr3 oder 16 Mn Cr5;
- für das Zwischenstück (4) C45, Cf53, 100 Cr6.

5. Schaltwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein zelteile der Schaltwelle (1) vorzugsweise formschlüssig miteinander ver bunden und mittels einer Schweißung oder Lötung unlösbar befestigt sind.

6. Schaltwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein zelteile, insbesondere das Zwischenstück (4) und das Formstück (5) der Schaltwelle (1) durch einen Reibschluß, d. h. einen Reibverband miteinan der verbunden sind.

7. Schaltwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zen trieransatz (19) zwischen dem Anschlußstück (2) und dem Zwischenstück (4) vorgesehen ist.

8. Schaltwelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß endseitig in das rohrförmig gestaltete Formstück (5) das Zwischenstück (4) form schlüssig eingepaßt ist.

9. Schaltwelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine formschlüssi ge Anbindung einer Schaltungskomponente am Anschlußstück (2), wobei das Anschlußstück (2) beispielsweise mit einer Außenverzahnung (3), einer Kerbverzahnung, einem Mehrkantprofil oder einem Konus versehen ist, und die Schaltungskomponente eine dazu korrespondierende Innenkontur auf weist.

10. Schaltwelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine gelenkige Anbindung einer Schaltungskomponente an der Schaltstange (1) und dazu das Anschlußstück (2) der Schaltstange (1) mit einem Kugelkopf (15) ver sehen ist.

11. Schaltstange nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein als vollzy lindrische Welle gestaltetes Zwischenstück (4), das mittels einer Schweiß verbindung mit dem Anschlußstück (2) und dem Formstück (5) verbunden ist.

12. Schaltwelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch durch ein aus einem massiven Vollmaterial durch Umformen gefertigtes Zwischenstück (4), das vorzugsweise über ein endseitiges Mehrkantprofil mit dem Form stück (5) verbunden ist.

13. Schaltwelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Formstück (5), auf dem als Übertragungselement beispielsweise ein Schaltfinger (9) und/oder eine Rastierhülse befestigt ist.

14. Schaltwelle nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Formstück (5) mit einem einseitig radialen Ausschnitt (10) und/oder Quer bohrung (12) zur fixierten Befestigung des Schaltfingers (9) und/oder eines beliebigen Übertragungselementes versehen ist.