WO2007090763A1 - Schaltgabel für ein zahnräderwechselgetriebe - Google Patents

Schaltgabel für ein zahnräderwechselgetriebe Download PDF

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Volker Pechtl
Klaus Krämer
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Schaeffler Kg
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    • F16H63/32—Gear shift yokes, e.g. shift forks
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H2063/327—Gear shift yokes, e.g. shift forks essentially made of sheet metal

Definitions

  • the invention relates to a shift fork for a change-speed gearbox with a fork-shaped base body, a bearing element and a driver element, which is suitable for cooperation with an actuator, wherein at least two of the three parts base body, bearing element and driver element consist of separately manufactured parts, which permanently connected to each other are.
  • Shift forks as required for change-speed gearboxes for gear changes, are often produced as castings of aluminum or steel, as described for example in EP 0 479 346 B1.
  • shift forks of the type mentioned are used, as they are known for example from DE 103 09 407 A1.
  • the bearing element - typically designed as a sleeve - and the driver element are here produced as separate components, which are joined together by welding to the finished shift fork.
  • the present invention is therefore based on the invention, a shift fork of the type mentioned in such a way that even then a shift fork of several, separately manufactured parts can be formed when only poorly weldable or not weldable materials are to be used.
  • the solution of this problem by the invention is characterized in that the permanent connection between at least two of the separately manufactured parts of the shift fork by a riveted or by a Upsetting pressing process is made.
  • the main body and the driving element of the shift fork are permanently connected to each other by the rivet connection or by the compression-compression process.
  • At least two of the three parts body, bearing element and driver element are made of a sheet of constant thickness.
  • the sheet thickness of the parts made of sheet metal can be different in size at least two of the parts. This allows the specific adaptation to the required component rigidity, so that the lowest possible weight of the shift fork can be realized.
  • At least two of the separately produced parts are made of high-strength or heat-treated material. They can also be made of hardened material. Furthermore, they may consist of non-weldable material. Manufacturing advantages arise when the fork-shaped base body and / or the driver element are produced by a stamping and bending process.
  • the appropriate design of the intended for the preparation of the individual parts starting materials in particular the thickness of the used plates, allows optimal adaptation of the material to the required component stiffness.
  • the shift fork can be made sufficiently stiff in the relevant areas with low weight, without having to increase the total weight of the fork.
  • the shift fork is preferably used in motor vehicle manual transmissions. sentence.
  • FIGS. 1 and 2 show the front view of the shift fork according to FIGS. 1 and 2
  • FIGS. 1 and 2 shows the side view of the shift fork according to FIGS. 1 and 2,
  • Fig. 5 is a front view of the shift fork according to Fig. 1 and 2, viewed from the opposite direction than in Fig. 3, and
  • FIG. 6 shows an enlarged section of the section A-B according to FIG. 3.
  • a shift fork 1 for a gear shift transmission can be seen.
  • the shift fork 1 consists of three separately manufactured and then assembled parts. This is on the one hand a fork-shaped body 2, then a bearing element 3 and finally a driver element 4, which cooperates with an actuator, not shown, which translates the shift fork on a shaft, also not shown.
  • the fork-shaped base body 2 engages a gear in a gear change gear and shifts it axially.
  • the bearing element 3 is formed from two sleeve parts (see in particular FIG. 2), which are aligned with each other and allow the passage of a bearing shaft (not shown).
  • All three said parts 2, 3, 4 are made of sheet metal, ie they are made of a metal sheet by forming.
  • the thickness of the sheet di, d 2 (see Fig. 6) is chosen so that there is an optimal stiffness for the specific component stress. As a rule, therefore, different sheet metal thicknesses d 1 , d 2 are selected in order to make the shift fork sufficiently stable on the one hand, but to make it as light as possible on the other hand.
  • Fig. 6 is shown how to proceed in the case of compression-compression bonding, d. H. for producing a compression-compression connection 5.
  • This connection is also referred to as push-through or "toxins".
  • the two sheets 2 and 4 of the main body or the driver element are to be connected to each other.
  • the sheet thickness di of the driver element 4 is significantly smaller than the sheet thickness d 2 of the main body 2.
  • the shift fork design is load-oriented. Ie.
  • the choice of sheet thicknesses is such that only in those area, which must be carried out according to rigid, a larger sheet thickness is present.
  • the area of high torsional or bending stresses - in particular at the junction between the main body 2 and the driver element 4 - thicker sheet is used, in the range of lower strength requirements can be used with significantly reduced sheet thickness.
  • High-strength or hardened materials that are not weldable can be easily joined together.
  • a further possibility for joining is to attach welding lugs to a part to be connected and then to connect the parts to be joined together, for example by means of spot welding. This applies both to the connection of the base body 2 with the driver element 4 and to the connection between the bearing element 3 and the base body 2.
  • the used sheets for the individual components are selected according to the required properties. Usually steel sheets will be used. But it is also possible to provide light metal sheets. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltgabel (1) für ein Zahnräderwechselgetriebe mit einem gabelförmig ausgebildeten Grundkörper (2), einem Lagerelement (3) und einem Mitnehmerelement (4), das zum Zusammenwirken mit einem Betätigungsorgan geeignet ist, wobei mindestens zwei der drei Teile Grundkörper (2), Lagerelement (3) und Mitnehmerelement (4) aus separat hergestellten Teilen bestehen, die bleibend miteinander verbunden sind. Um auch schlecht oder nicht schweißbare Einzelteile miteinander zuverlässig verbinden zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die bleibende Verbindung zwischen mindestens zwei der separat hergestellten Teile (2, 3, 4) durch eine Nietverbindung oder durch einen Stauch-Pressvorgang (5) hergestellt ist.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Schaltgabel für ein Zahnräderwechselgetriebe
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Schaltgabel für ein Zahnräderwechselgetriebe mit einem gabelförmig ausgebildeten Grundkörper, einem Lagerelement und einem Mitnehmerelement, das zum Zusammenwirken mit einem Betätigungsorgan geeignet ist, wobei mindestens zwei der drei Teile Grundkörper, Lagerelement und Mitnehmerelement aus separat hergestellten Teilen bestehen, die bleibend miteinander verbunden sind.
Hintergrund der Erfindung
Schaltgabeln, wie sie für Zahnräderwechselgetriebe zum Gangwechsel benötigt werden, werden häufig als Gussteile aus Aluminium oder Stahl hergestellt, wie es beispielsweise in der EP 0 479 346 B1 beschrieben ist.
Möglich ist es auch, eine Schaltgabel aus Blech herzustellen, wobei die gesamte Gabel aus einem einzigen Blechteil durch Stanzen und Umformen produziert wird. Derartige Lösungen sind beispielsweise aus der DE 199 19 270 A1 und aus der DE 199 19 271 A1 bekannt.
In anderen Fällen werden auch Schaltgabeln der eingangs genannten Art verwendet, wie sie beispielsweise aus der DE 103 09 407 A1 bekannt sind. Der gabelförmig ausgebildete Gabelgrundkörper, das Lagerelement - typischerweise ausgebildet als Hülse - und das Mitnehmerelement sind hier als separate Bauteile hergestellt, die mittels Schweißen zur fertigen Schaltgabel zusammengefügt werden.
Eine ähnliche Lösung ist aus der DE 101 25 098 A1 bekannt. Hier werden alle Einzelbestandteile der Schaltgabel aus Blech geformt. Nach dem Abschluss der Herstellung der Einzelteile werden diese miteinander verbunden, wobei auch wieder das Schweißen zum Einsatz kommt.
Nachteilig ist bei den vorbekannten Schaltgabeln, die aus separat hergestellten Teilen zusammengesetzt werden, dass in machen Fällen das Verbinden der einzelnen, separat hergestellten Einzelteile problematisch ist. Dies hat mit dem Material zu tun, aus dem die Einzelteile bestehen. Beispielsweise gestaltet sich bei zu hohem Kohlenstoffanteil im Stahl das Verschweißen schwierig, bzw. es ist nicht möglich. Andererseits empfiehlt sich Stahl mit entsprechend hohem Kohlenstoffgehalt deshalb für die Herstellung der Schaltgabel, da das Material dann härtbar und im Betrieb entsprechend verschleißstabil ist.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die A u f g a b e zugrunde, eine Schaltgabel der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass auch dann eine Schaltgabel aus mehreren, separat gefertigten Teilen gebildet werden kann, wenn nur schlecht schweißbare oder überhaupt nicht schweißbare Materialien verwendet werden sollen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die bleibende Verbindung zwischen mindestens zwei der separat hergestellten Teile der Schaltgabel durch eine Nietverbindung oder durch einen Stauch-Pressvorgang hergestellt ist. Insbesondere kann vorgesehen werden, dass der Grundkörper und das Mitnehmerelement der Schaltgabel durch die Nietverbindung oder durch den Stauch-Pressvorgang miteinander bleibend verbunden sind.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es möglich, unabhängig von der Frage der Schweißbarkeit des Werkstoffs der Bestandteile der Schaltgabel eine dauerhafte und feste Verbindung sicherzustellen.
Bevorzugt ist dabei daran gedacht, dass mindestens zwei der drei Teile Grundkörper, Lagerelement und Mitnehmerelement aus einem Blech konstanter Dicke hergestellt sind. Die Blechdicke der aus Blech hergestellten Teile kann dabei bei mindestens zwei der Teile unterschiedlich groß sein. Dies ermöglicht die spezifische Anpassung an die benötigte Bauteilsteifigkeit, so dass ein ge- ringstmögliches Gewicht der Schaltgabel realisierbar ist.
Im Falle der Verbindung zweier Teile mittels eines Stauch-Pressvorgangs ist bevorzugt vorgesehen, dass Material aus dem dickeren Blech durch eine Ausnehmung, insbesondere durch eine Bohrung, im dünneren Blech verdrängt wird. Das Stauch-Pressen ist auch unter der Bezeichnung „toxen" als solches bekannt.
Im Falle der Verbindung zweier Teile mittels einer Nietverbindung hat sich insbesondere das Taumelnieten bewährt, das ebenfalls als solches im Stand der Technik bekannt ist. Diesbezüglich wird exemplarisch auf die DE 33 15 758 A1 Bezug genommen.
Bevorzugt bestehen mindestens zwei der separat hergestellten Teile aus hochfestem oder wärmebehandeltem Material. Sie können auch aus gehärtetem Material bestehen. Weiterhin können sie aus nicht-schweißbarem Material bestehen. Fertigungstechnische Vorteile ergeben sich, wenn der gabelförmig ausgebildete Grundkörper und/oder das Mitnehmerelement durch einen Stanz- und Biege- prozess hergestellt sind.
Mit dem Erfindungsvorschlag wird es möglich, eine Verbundschaltgabel zu schaffen, die aus mehreren separat gefertigten Teilen besteht. Es können dabei beliebige Ausgangswerkstoffe verwendet werden; es ist dabei nicht erforderlich, darauf zu achten, ob diese (ver)schweißbar sind.
Die entsprechende Auslegung der für die Herstellung der einzelnen Teile vorgesehenen Ausgangsmaterialien, insbesondere die Dicke der zum Einsatz kommenden Bleche, ermöglicht eine optimale Anpassung des Material an die geforderte Bauteilsteif igkeit. Damit kann die Schaltgabel bei geringem Gewicht in den maßgeblichen Bereichen hinreichend steif ausgebildet werden, ohne das Gesamtgewicht der Gabel erhöhen zu müssen.
Es kann also ein insgesamt geringes Gewicht der Gabel bei maximaler Steifigkeit bzw. Bauteilfestigkeit in denjenigen Bereich realisiert werden, die besonders steif ausgebildet sein müssen. Die Auswahl der Blechdicke für das jeweili- ge Bauteil macht dies möglich.
Durch das vorgeschlagene Fügeverfahren der einzelnen, separat hergestellten Teile ist kein Verzug der Bauteile zu befürchten. Ferner ist es mit dem vorgeschlagenen Vorgehen möglich, einen Toleranzausgleich beim Fügen zu be- werkstelligen. Da kein Verzug der Bauteile zu befürchten ist, ist keine entsprechende Nachbearbeitung der Gabel erforderlich, was die Wirtschaftlichkeit der Herstellung der Schaltgabel erhöht.
Es wird möglich, hochfesten bzw. wärmebehandelten Werkstoff als Ausgangs- material einzusetzen, was der Verschleißstabilität der Schaltgabel zugute kommt.
Die Schaltgabel kommt bevorzugt bei Kraftfahrzeug-Schaltgetrieben zum Ein- satz.
Kurze Beschreibung der Figuren
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 die Schaltgabel eines Zahnradwechselgetriebes in perspektivischer Ansicht,
Fig. 2 die Schaltgabel gemäß Fig. 1 aus einer anderen Blickrichtung betrachtet,
Fig. 3 die Vorderansicht der Schaltgabel nach Fig. 1 bzw. 2,
Fig. 4 die Seitenansicht der Schaltgabel nach Fig. 1 bzw. 2,
Fig. 5 die Vorderansicht der Schaltgabel nach Fig. 1 bzw. 2, aus der entgegengesetzten Richtung als in Fig. 3 aus betrachtet, und
Fig. 6 einen vergrößerten Ausschnitt des Schnitts A-B gemäß Fig. 3.
Ausführliche Beschreibung der Figuren
In den Figuren ist eine Schaltgabel 1 für ein Zahnradwechselgetriebe zu sehen. Die Schaltgabel 1 besteht aus drei separat gefertigten und dann zusammengesetzten Teilen. Dies ist zum einen ein gabelförmig ausgebildeter Grundkörper 2, dann ein Lagerelement 3 und schließlich ein Mitnehmerelement 4, das mit einem nicht dargestellten Betätigungsorgan zusammenwirkt, das die Schaltgabel auf einer ebenfalls nicht dargestellten Welle translatorisch verschiebt. Dabei greift der gabelförmig ausgebildete Grundkörper 2 ein Zahnrad in einem Zahnradwechselgetriebe und verschiebt es axial. Das Lagerelement 3 wird vorliegend aus zwei Hülsenteilen gebildet (s. hierzu insbesondere Fig. 2), die miteinander fluchten und den Durchtritt einer nicht dargestellten Lagerungswelle ermöglichen.
Alle drei genannten Teile 2, 3, 4 bestehen aus Blech, d. h. sie sind aus einer Blechtafel durch Umformen hergestellt. Die Dicke des Blechs d-i, d2 (s. Fig. 6) wird dabei so gewählt, dass sich für die spezifische Bauteilbeanspruchung eine optimale Steifigkeit ergibt. In der Regel werden also unterschiedliche Blechdi- cken d-i, d2 gewählt werden, um die Schaltgabel einerseits hinreichend stabil zu gestalten, sie andererseits jedoch so leicht wie möglich auszuführen.
Um die einzelnen Teile auch dann, wenn sie nur schwer oder gar nicht schweißbar sind, genau und fest bleibend verbinden zu können, ist eine Lösung vorgesehen, nach der die Verbindung der Teile entweder durch einen Nietvorgang oder durch einen Stauch-Pressvorgang erfolgt.
In Fig. 6 ist dargestellt, wie im Falle des Stauch-Press-Verbindens vorgegangen wird, d. h. zur Erzeugung einer Stauch-Pressverbindung 5. Diese Verbindungs- weise wird auch als Durchsetzfügen oder als „toxen" bezeichnet.
Vorliegend sind die beiden Bleche 2 und 4 des Grundkörpers bzw. des Mitnehmerelements miteinander zu verbinden. Wie zu sehen ist, ist die Blechdicke di des Mitnehmerelements 4 deutlich kleiner als die Blechdicke d2 des Grundkör- pers 2.
In das Mitnehmerelement 4 sind zwei Bohrungen 7 eingebracht. Nachdem beide Bleche 2, 4 aufeinander gelegt sind, wird mit einem nicht dargestellten Stauch-Press-Werkzeug von der vom Blech 4 abgewandten Seite in das Mate- rial des Blechs 2 gedrückt, so dass sich die Eindrücke 8 ergeben. Hierdurch wird Material 6 des Blechs 2 durch die Bohrungen 7 im Blech 4 hindurchgedrückt. An der den Eindrücken 8 abgewandten Seite des Blechs 4 sind hierbei nicht dargestellte Gegenwerkzeuge angeordnet, die die Köpfe 9 ausformen. Diese sorgen für einen Formschluss zwischen den beiden Blechen 2 und 4.
Beim Stauch-Pressen erfolgt lediglich eine Verdrängung von Material ohne Beschädigung der Bauteiloberfläche. Durch das Verdichten von Material an der Verbindungsstelle wird das Material, insbesondere der Stahl, verfestigt. Eine mechanische Kerbwirkung tritt nicht auf. Insbesondere ergibt sich ein günstiges dynamisches Verhalten im Betrieb, d. h. die Verbindung ist auch bei dynamischer Bauteilbeanspruchung dauerstabil.
Die Schaltgabelausführung ist belastungsorientiert gestaltet. D. h. insbesondere ist die Wahl der Blechdicken so erfolgt, dass nur in denjenigen Bereich, die entsprechend steif ausgeführt sein müssen, eine größere Blechdicke vorliegt. Im Bereich hoher Torsions- bzw. Biegespannungen - insbesondere an der Verbindungsstelle zwischen dem Grundkörper 2 und dem Mitnehmerelement 4 - kommt dickeres Blech zum Einsatz, im Bereich geringerer Festigkeitsanforderungen kann mit erheblich reduzierter Blechdicke gearbeitet werden.
Es können hochfeste bzw. gehärtet Werkstoffe, die nicht schweißbar sind, problemlos miteinander verbunden werden.
Eine weitere Fügemöglichkeit besteht gegebenenfalls darin, Schweißwarzen an einem zu verbindenden Teil anzubringen und dann die zu verbindenden Teile beispielsweise mittels Punktschweißen miteinander zu verbinden. Dies gilt sowohl für die Verbindung des Grundkörpers 2 mit dem Mitnehmerelement 4 als auch für die Verbindung zwischen Lagerelement 3 und Grundkörper 2.
Die zum Einsatz kommenden Bleche für die einzelnen Bauteile werden gemäß der benötigten Eigenschaften ausgesucht. Meist werden Stahlbleche zum Einsatz kommen. Es ist aber auch möglich, Leichtmetall-Bleche vorzusehen. Bezugszeichenliste
1 Schaltgabel
2 gabelförmig ausgebildeter Grundkörper
3 Lagerelement
4 Mitnehmerelement
5 Stauch-Pressverbindung
6 verdrängtes Material
7 Bohrung
8 Eindruck
9 Kopf
di Dicke des Blechs d2 Dicke des Blechs

Claims

Patentansprüche
1. Schaltgabel (1 ) für ein Zahnräderwechselgetriebe mit einem gabelförmig ausgebildeten Grundkörper (2), einem Lagerelement (3) und einem Mitnehmerelement (4), das zum Zusammenwirken mit einem Betätigungsorgan geeignet ist, wobei mindestens zwei der drei Teile Grundkörper (2), Lagerelement (3) und Mitnehmerelement (4) aus separat hergestellten
Teilen bestehen, die bleibend miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die bleibende Verbindung zwischen mindestens zwei der separat hergestellten Teile (2, 3, 4) durch eine Nietverbindung oder durch einen Stauch-Pressvorgang (5) hergestellt ist.
2. Schaltgabel nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) und das Mitnehmerelement (4) durch die Nietverbindung oder durch den Stauch-Pressvorgang (5) miteinander bleibend verbunden sind.
3. Schaltgabel nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der drei Teile Grundkörper (2), Lagerelement (3) und Mitnehmerelement (4) aus einem Blech konstanter Dicke (d-i, d2) hergestellt sind.
4. Schaltgabel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Blech- dicke (d-i, d2) der aus Blech hergestellten Teile (2, 3, 4) bei mindestens zwei der Teile (2, 3, 4) unterschiedlich groß ist.
5. Schaltgabel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle der Verbindung zweier Teile mittels eines Stauch-Pressvorgang (5) Mate- rial (6) aus dem dickeren Blech durch eine Ausnehmung (7), insbesondere
Bohrung, im dünneren Blech verdrängt wird.
6. Schaltgabel nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im Falle der Verbindung zweier Teile (2, 3, 4) mittels einer Nietverbindung diese durch Taumelnieten hergestellt ist.
7. Schaltgabel nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der separat hergestellten Teile (2, 3, 4) aus hochfestem oder wärmebehandeltem Material bestehen.
8. Schaltgabel nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindes- tens zwei der separat hergestellten Teile (2, 3, 4) aus gehärtetem Material bestehen.
9. Schaltgabel nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der separat hergestellten Teile (2, 3, 4) aus nicht-schweißbarem Material bestehen.
10. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der gabelförmig ausgebildete Grundkörper (2) und/oder das Mitnehmerelement (4) durch einen Stanz- und Biegeprozess hergestellt sind.
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