DE19645791A1

DE19645791A1 - Spanlos hergestellte Schaltwalze für ein Zahnräderwechselgetriebe

Info

Publication number: DE19645791A1
Application number: DE1996145791
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl Ing Doeppling; Wolfgang Dipl Ing Steinberger; Manfred Dipl Ing Winkler
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 1996-11-07
Filing date: 1996-11-07
Publication date: 1998-05-14

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung für Zahnräderwechselgetriebe von Fahrzeugen, umfassend eine Schaltwalze, die parallel zu einer Getriebewelle drehbar angeordnet ist und deren Mantelfläche zumindest mit einer Führung versehen ist, in die ein Mitnehmer einer Schaltgabel eingreift, dessen Gabel in einer mit der Getriebewelle verzahnten, axial verschiebbaren Schaltmuffe formschlüssig geführt ist.

Hintergrund der Erfindung

Die Verwendung von Schaltwalzen, die auch als Schaltzylinder bezeichnet werden, ermöglicht eine sequentielle, d. h. fortlaufende Getriebeschaltung der einzelnen Gänge in einer Reihe, anstelle einer üblichen H-Schaltung. Die Drehung der Schaltwalze erfolgt durch einen Stellmotor, der mittels eines vom Schalthebel ausgelösten Schaltimpulses eine begrenzte Verdrehung der Schalt walze ermöglicht, deren Drehbewegung eine Axialverschiebung der Schaltgabel auslöst, aufgrund von formschlüssig in eine Führung der Schaltwalze eingreifen de Mitnehmer der Schaltgabel. Diese sequentielle Schaltung ist beispielsweise kombinierbar mit einer konventionellen Reibscheibenkupplung zur Schaffung einer Alternative zu herkömmlichen Automatikgetrieben, wobei sich dadurch ein deutlicher Kostenvorteil einstellt. Aufgrund des höheren Wirkungsgrades eines Schaltgetriebes gegenüber einem Automatgetriebe stellt sich außerdem ein Verbrauchsvorteil des Fahrzeugs ein. Die sequentielle, geradlinige Schaltweise garantiert darüber hinaus einen gewünschten schnellen, exakten Gangwechsel.

Eine Schaltwalze der gallungsgemäßen Bauart ist in dem Fachbuch - Klassische Motorräder, Honda, Heel Verlag - auf Seite 137 abgebildet. Diese hohlzylin drisch gestaltete Schaltwalze besitzt einen einteiligen Aufbau und ist spange bend hergestellt. Nach diesen Fertigungsverfahren hergestellte Schaltwalzen erfordern einen kosten intensiven Herstellungs- bzw. Fertigstellungsaufwand, verbunden mit einem relativ hohen Eigengewicht.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltwalze zu schaffen, die eine einfache Herstellung ermöglicht und einen Kosten- und Gewichtsvorteil besitzt.

Zusammenfassung der Erfindung

Nach der erfindungsgemäßen Lösung, den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1, ist die Schaltwalze erfindungsgemäß aus jeweils durch ein spanlo ses Umformverfahren hergestellten Einzelteilen zusammengesetzt. Ein Spanlos verfahren bietet dabei den Vorteil, eine gewichtsoptimierte Schaltwalze herzu stellen, die sich auf die Schaltgeschwindigkeit bzw. das Stellvermögen der von einem Elektromotor angetriebenen Schaltwalze auswirkt. Die gewichtsoptimierte Schaltwalze kommt außerdem der heute im Kraftfahrzeugsektor, insbesondere im Automobilbau bestehenden Forderung nach einem Leichtbau entgegen. Aufgrund der heute vorherrschenden Fertigungstechnologie bietet das Spanlos verfahren, insbesondere Tiefziehverfahren, außerdem einen Kostenvorteil gegenüber bisherigen spangebenden Verfahren oder Gießverfahren zur Her stellung einer Schaltwalze. Die Forderung nach einer Gewichtsoptimierung unterstreichend, kann zur Herstellung der spanlos gefertigten Schaltwalze ein dünnwandiges Stahlblech zur Anwendung kommen, das zur Erreichung einer erforderlichen Festigkeit bzw. Steifigkeit mit Rippen versehen werden kann. Die weiterhin vorgesehene erfindungsgemäße Maßnahme, die eine aus Einzelteilen zusammengesetzte Schaltwalze vorsieht, ermöglicht einen Kostenvorteil, da Gleichteile von Schaltwalzen mit unterschiedlichen Schaltcharakteristiken zusammenfaßbar sind, zur Bildung von größeren Fertigungsstückzahlen. Damit ergibt sich eine Fertigungsvereinfachung verbunden mit einem Kostenvorteil.

In bevorzugter Weise umfaßt die erfindungsgemäße Schaltwalze ein hohlzylin drisch gestaltetes Gehäuse, welches durch Rollen eines quadratisch bzw. rechteckförmig gestalteten Blechbandes herstellbar ist, wobei die Stoßkanten unlösbar, beispielsweise durch eine Lötung oder Schweißung verbunden sind. Das Gehäuse ist an beiden Stirnseiten von einem Deckel verschlossen, die beispielsweise formschlüssig an den Endseiten des Gehäuses gehalten und/oder mit diesem durch eine Schweißung oder Lötung unlösbar verbunden sind.

Als besonders vorteilhaft zur Versteifung des zylindrischen Gehäuses und zur Erzielung einer ausreichenden Befestigung der Deckel am Gehäuse umfaßt die Erfindung jeweils topfförmig gestaltete Deckel. Der radial nach außen vorstehen de umlaufende oder sektionsweise angeordnete Bund des Deckels gewährleistet dabei eine gewisse axiale Überdeckung mit dem Gehäuse der Schaltwalze. Beiden Deckeln gemeinsam ist außerdem ein zentrisch axial vorstehender, hohlzylindrisch ausgebildeter Zapfen. Die Zapfen dienen dabei zur Schaffung einer drehbaren Lagerung der Schaltwalze im Getriebegehäuse. Die unterschied liche Ausbildung der Deckel unterstreichend, sieht die Erfindung vor, daß der Bund des Deckels die Mantelfläche des Gehäuses außenseitig umgreift oder im Gehäuse eingepaßt ist. Alternativ dazu kann auch eine Kombination der Deckel befestigungen am Gehäuse vorgesehen werden, bei der an einem Ende der Bund außenseitig am Gehäuse anliegt und der Bund des gegenüberliegenden Deckels im Gehäuse eingepaßt ist.

Zur Schaffung einer Antriebsverbindung der Schaltwalze bietet es sich an, den Deckel, dessen Bund das Gehäuse außen oder innen umgreift, mit einer Außen verzahnung zu versehen, die ebenfalls spanlos hergestellt ist. Beispielsweise kann zur Schaffung einer gezielten Verdrehung der Schaltwalze ein Zahnrad des Stellmotors unmittelbar in die Verzahnung des Deckels eingreifen oder eine An triebsverbindung mittels einer Zahnstange hergestellt werden.

In einer Weiterbildung der Erfindung zur Realisierung eines verringerten Bautei leumfangs ist dem Zapfen eines Deckels ein axial vorstehender, mit einer län genbegrenzten Abflachung versehener Formstift zugeordnet. Dieser ebenfalls durch ein Spanlosverfahren hergestellte Formstift, ist dabei stirnseitig einteilig am Zapfen angeordnet. Dieser Formstift kann beispielsweise mit einem Sensor oder Schalter in Verbindung gebracht werden, zur Anzeige des aktuell geschal teten Gangs oder zur Betätigung eines Rücklichtschalters bei eingelegtem Rückwärtsgang bzw. zur Aktivierung einer Rastiervorrichtung zur Erreichung einer verbesserten Schaltgenauigkeit der Schaltwalze. Alternativ zu einem Formstift kann der scheibenartige Abschnitt des Zahnraddeckels mit Prägungen versehen werden, in die beispielsweise zur Arretierung der Schaltwalze ein Haltestift bzw. eine federbelastete Rastkugel formschlüssig verrasten kann.

Zur Herstellung des Gehäuses der Schaltwalze eignet sich ein Rohrkörper, der durch Hochdruckumformen, d. h. ein hydraulisches Aufweiten (Innenhoch druckverfahren) in die gewünschte Form gebracht wird. Durch den allseitigen und gleichzeitigen Innenhochdruck werden die Rohrwände des Rohrstücks an die Werkzeugwand gepreßt und erhalten so ihre Endform. Dieses Verfahren ermöglicht die Ausbildung der Schaltnuten ohne eine Nacharbeit. Gleichzeitig wirkt sich dieses Verfahren allgemein vorteilhaft auf die Festigkeit und im besonderen auf die Schwingfestigkeit des Bauteils aus.

Den kostengünstigen Aufbau der erfindungsgemäßen Schaltwalze unterstrei chend kann zur Herstellung des Gehäuses auch ein Stahlblechband dienen, in das zur Führung der Schaltgabeln Schaltnuten eingeformt sind, bevor dieses zylindrisch gerollt und an den Stoßkanten unlösbar verbunden wird.

Weiterhin ist zur Herstellung der radial nach innen gerichteten nutförmigen Vertiefungen, die als Schaltnuten dienen, vorgesehen, diese als Durchsetzungen auszubilden, die dabei eine Versteifung des Gehäuses bewirken, ohne das Gewicht des Gehäuses zu vergrößern. Alternativ schließt die Erfindung ebenfalls eine Schaltwalze ein, deren Schaltnuten radial nach außen aus der Mantelfläche der Schaltwalze gerichtet sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Anhand der Fig. 1 bis 6 wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Schaltwalze im eingebauten Zustand, eingesetzt in einem Schaltgetriebe;

Fig. 2 in einer Einzelteilzeichnung die Schaltwalze in einem Längs schnitt;

Fig. 3 einen stirnseitig in die Schaltwalze eingesetzten Deckel;

Fig. 4 als Einzelteilzeichnung einen Zahnraddeckel, über den die Schaltwalze einen Antrieb erfährt;

Fig. 5 die zu einem Hohlzylinder geformte Mantelfläche der Schalt walze;

Fig. 6 die Abwicklung der in Fig. 5 abgebildeten Mantelfläche der Schaltwalze.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Eine erfindungsgemäße Schaltwalze 1 im eingebauten Zustand in einem Zahnrä derwechselgetriebe 2 zeigt die Fig. 1. Die hohlzylindrisch gestaltete Schaltwal ze ist jeweils stirnseitig mit einem Deckel 3 bzw. einem Zahnraddeckel 4 versehen, die übereinstimmend zentrisch einen axial vorstehenden Ansatz, ausgebildet als Zapfen 5, 6 aufweisen, über die eine Lagerung der Schaltwalze 1 im Gehäuse 7 des Zahnräderwechselgetriebes 2 erfolgt. Zur Schaffung einer verschleißfreien, reibungsarmen Lagerung der Schaltwalze 1 sind die Zapfen 5, 6 im Gehäuse 7 gleitgelagert, die abweichend zur Darstellung gemäß Fig. 1 alternativ auch wälzgelagert sein kann. Eine Mantelfläche 8 der Schaltwalze 2 ist versehen mit weitestgehend umlaufenden Schaltnuten 9a, 9b, 9c. Dabei weisen die Schaltnuten 9a bis 9c einen voneinander abweichenden Verlauf auf in Form von axial versetzten Abschnitten mit gerundeten Übergängen, einem wellenförmigen Verlauf sowie beliebig anders gestaltete Schaltnutverläufe. Jeder Schaltnut 9a, 9b, 9c ist eine Schaltgabel 10a, 10b, 10c zugeordnet, die jeweils über einen Mitnehmer 11 in die Schaltnut 9a, 9b, 9c eingreifen. Zur Verbes serung der Mitnehmerführung weisen diese endseitig jeweils ein Führungsstück 12 auf, das in der Schaltnut 9a, 9b, 9c geführt ist. Alle Schaltgabeln 10a, 10b, 10c sind axial verschiebbar auf einer achsparallel zur Schaltwalze 1 im Gehäuse 7 eingesetzten Schaltwelle 13 angeordnet. Die gabelförmig gestalteten Enden der Schaltgabeln 10a, 10b, 10c umgreifen in einer Einbaulage teilweise eine in der Fig. 1 nicht abgebildete Schaltmuffe, die über eine Verzahnung axial auf einer Getriebewelle verschiebbar ist. Jede Schaltmuffe steht dabei mit einer Synchronisiereinrichtung in Verbindung. Ausgehend von einer Mittelstellung bzw. Neutralstellung der Schaltmuffe können durch eine Axialverschiebung mit Hilfe der Schaltgabel 10a bis 10c zwei Gänge geschaltet werden.

Für die Schaltung einzelner Gänge ist folglich eine Axialverschiebung (siehe Pfeil) der Schaltgabeln 10a, 10b, 10c erforderlich, die auslösbar ist durch eine Drehung der Schaltwalze 1. Eine Schaltwalzendrehung bewirkt aufgrund der Führungsgeometrie der Schaltnut 9a, 9b, 9c, daß die darin formschlüssig über die Mitnehmer 11 geführten Schaltgabeln 10a, 10b, 10c entsprechend der Kurvenbahn der Schaltnut 9a bis 9c in beiden axialen Richtungen verschiebbar sind. Als Drehantrieb für die Schaltwalze 1 dient ein Stellmotor 14, der außen am Gehäuse 7 des Zahnradwechselgetriebes 2 angeordnet ist. Eine Ausgangs welle 15 ist zur Schaffung einer Antriebsuntersetzung mit einem relativ großen Zwischenrad 16 verzahnt, das weiterhin einteilig mit einem kleinen Zahnkranz versehen ist, der mit dem Zahnraddeckel 4 in Eingriff steht. Der reversibel, d. h. umsteuerbare Stellmotor 14 ermöglicht damit abhängig von einer Gangvor wahl, beispielsweise mittels eines manuell betätigbaren Schalthebels, eine gezielte Drehbewegung der Schaltwalze 1. Der Stellmotor 14 stellt außerdem eine definierte Schaltgeschwindigkeit sicher zur Vermeidung einer Überlastung der Synchronisiereinrichtung. Zur Sicherstellung exakter Schaltpositionen ist der Schaltwalze 1 eine Arretierung 24 zugeordnet. Dazu ist in eine Wandung des Gehäuses 7 ein federbelasteter Rastkörper vorgesehen, der zur Positionierung in eine Prägung 23 des Zahnraddeckels 4 verrastet.

Aus der Fig. 2 ist in einem vergrößerten Maßstab die erfindungsgemäße Schaltwalze 1 dargestellt, die spanlos durch ein Umformverfahren, z. B. durch ein Hochdruckumformen aus Stahlblech hergestellt ist und die Bauteile Deckel 3, Zahnraddeckel 4 und Gehäuse 22 umfaßt. Mit diesem Verfahren ist eine gewichtsoptimierte Schaltwalze 1 herstellbar aufgrund der dünnwandigen Mantelfläche 8. Mit diesem für Großserien vorgesehenen Herstellverfahren kann weiterhin eine Kostenreduzierung erreicht werden. Mittels einer Durchsetzung sind die Schaltnuten 9a, 9b, 9c in die Mantelfläche 8 der Schaltwalze 1 einge bracht, die gleichzeitig eine deutliche Versteifung der Schaltwalze 1 bewirken, so daß eine weitere Optimierung der Wanddicke und damit eine Gewichts reduzierung erzielbar ist. An beiden Stirnseiten ist das als Hohlzylinder geformte Gehäuse 22 mit einem Deckel 3 bzw. Zahnraddeckel 4 versehen. Die jeweils topfförmig gestalteten Deckel sind formschlüssig an die Mantelfläche 8 das Gehäuse 22 angepaßt und mit dieser durch ein unlösbares Verfahren, insbeson dere eine Lötung verbunden. Der Deckel 3 weist dazu einen umlaufenden Bund 17 auf, der an der Innenwandung der Mantelfläche 8 anliegt. Abweichend dazu übergreift der Bund 18 des Zahnraddeckels 14 die Mantelfläche und überdeckt diese begrenzt. Der Deckel 3 wie auch der Zahnraddeckel 4 sind ebenfalls spanlos durch eine Tiefziehverfahren aus Stahlblech hergestellt und sind ein teilig versehen mit einem Zapfen 5, 6 der in der Einbaulage axial über die Außenkontur der Schaltwalze austritt zur Bildung einer Lagerung der Schaltwal ze 1.

Die Einzelteilzeichnung des Deckels 3, gemäß Fig. 3, verdeutlicht, daß der Bund 17 mit dem Zapfen 5 übereinstimmend axial ausgerichtet ist. Der Zapfen 5 ist weiterhin stirnseitig mit einem Formstift 19 versehen, dessen Abflachung 20 im eingebauten Zustand beispielsweise zur Betätigung einer Rastiervor richtung oder eines Sensorgebers genutzt werden kann.

Weitere Details des Zahnraddeckels 4 sind der Fig. 4 zu entnehmen. Dieser ebenfalls spanlos hergestellte Zahnraddeckel 4 ist außenseitig mit einer Ver zahnung 21 versehen, die vorzugsweise einteilig mit dem Zahnraddeckel 4 verbunden ist. Der Zapfen 6 ist entgegengesetzt zum Bund 18 axial ausgerichtet und unterscheidet sich damit von der Ausbildung des Zapfens 5 am Deckel 3. Der Zahnraddeckel 4 wie auch der Deckel 3 sind scheibenartig gestaltet, wodurch sich im eingebauten Zustand ein geschlossenes Gehäuse 22 einstellt. Der Zahnraddeckel 4 weist in seinem scheibenartigen Abschnitt nahe dem Bund 18 halbrundartig geformte, entgegen der Richtung des Zapfens 6 zeigende Prägungen 23 auf, die im eingebauten Zustand mit einer Arretiervorrichtung zusammenwirken kann zur Bildung einer Verdrehsicherung der Schaltwalze 1.

In Fig. 5 ist das Gehäuse 22 als Einzelteil abgebildet, das ein hohlzylindrisches Bauteil darstellt. Die Abwicklung des Gehäuses 22 zeigt die Fig. 6. Daraus ist die Führungsgeometrie der unterschiedlich gestalteten Schaltnuten 9a, 9b, 9c ersichtlich, die bei einer Rotation der Schaltwalze 1 eine Axialbewegung der Schaltgabeln 10a, 10b, 10c bewirken.

Bezugszeichenliste

1

Schaltwalze

2

Zahnräderwechselgetriebe

3

Deckel

4

Zahnraddeckel

5

Zapfen

6

Zapfen

7

Gehäuse

8

Mantelfläche

9

a Schaltnut

9

b Schaltnut

9

c Schaltnut

10

a Schaltgabel

10

b Schaltgabel

10

c Schaltgabel

11

Mitnehmer

12

Führungsstück

13

Schaltwelle

14

Stellmotor

15

Ausgangswelle

16

Zwischenrad

17

Bund

18

Bund

19

Formstift

20

Abflachung

21

Verzahnung

22

Gehäuse

23

Prägung

24

Arretierung

Claims

1. Schaltvorrichtung für Zahnräderwechselgetriebe von Kraftfahrzeugen, um fassend eine Schaltwalze (1), die parallel zu einer Getriebewelle drehbar in einem Gehäuse (7) angeordnet ist und deren Mantelfläche (8) zumindest mit einer Schaltnut (9a, 9b, 9c) versehen ist, in die ein Mitnehmer (11) einer Schalt gabel (10a, 10b, 10c) eingreift, dessen Gabel in einer mit der Getriebewelle verzahnten, axial verschiebbaren Schaltmuffe formschlüssig geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltwalze (1) aus jeweils spanlos durch ein Umform verfahren aus einem Schaltblech hergestellten Einzelteilen zusammengesetzt ist.

2. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalt walze (1) ein hohlzylindrisch gestaltetes Gehäuse (22) aufweist, deren Stirnseiten jeweils von einem Deckel verschlossen sind.

3. Schaltvorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen topfförmig gestalteten Deckel und Zahnraddeckel (4), die insbesondere jeweils einen außenseitig umlaufenden Bund (17, 18) aufweisen sowie vorzugsweise mit einem axial vorstehenden, hohlzylindrisch ausgebildeten Zapfen (5, 6) versehen sind.

4. Schaltvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalt walze (1) über die Zapfen (5, 6) im Gehäuse (4) drehbar gelagert ist.

5. Schaltvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen (18) des Zahnraddeckels (4) die Mantelfläche (8) des Gehäuses (22) außen oder innen umgreift.

6. Schaltvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bund (17) des Deckels (3) im Gehäuse (22) eingepaßt ist.

7. Schaltvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnraddeckel (4) auf dem Bund (18) mit einer umlaufenden Verzahnung (22) versehen ist.

8. Schaltvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnraddeckel (4) in einem scheibenartigen Abschnitt nahe dem Kragen (18) zumindest eine Prägung (23) aufweist, in die formschlüssig eine Arretierung (24) eingreift (Fig. 1).

9. Schaltvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (5) des Deckels (3) stirnseitig mit einem Formstift (19) versehen ist, der eine längenbegrenzte Abflachung (20) aufweist, in die beispielsweise eine Arretie rung verrasten kann (Fig. 3).

10. Schaltvorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (22), welches aus einem rohrförmigen Körper durch ein hydraulisches Auf weiten, insbesondere einem Hochdruckumformen gebildet wird.

11. Schaltvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Gehäuses (22) ein Blechband dient, in das Schaltnuten (9a, 9b, 9c) eingeformt sind, bevor dieses zylindrisch gerollt und an den Stoßkanten unlös bar verbunden wird, zur Bildung eines hohlzylindrischen Bauteils.

12. Schaltvorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch spanlos mittels einer Durchsetzung in das Gehäuse (22) eingebrachte Schaltnuten (9a, 9b, 9c).