DE19835736A1 - Lagerung eines Stellelementes über eine Arretierung - Google Patents

Abstract

Ein um seine Längsmittelachse verschiebbares oder um seine Längsmittelachse schwenkbares oder um seine Längsmittelachse verschiebbares und schwenkbares Stellelement (6), insbesondere für Schaltwellen in Kraftfahrzeuggetrieben, soll mit einer Arretiervorrichtung (1, 12) arretiert und zugleich gelagert werden.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Arretiervorrichtung zur Lagefixierung von Ver­ stellpositionen eines entlang seiner Längsmittelachse verschiebbaren oder um seine Längsmittelachse schwenkbaren oder um seine Längsmittelachse verschiebbaren und schwenkbaren Stellelementes, mit federbelasteten Rastkugeln, die in einer Querebene des Stellelementes angeordnet sind und an zumindest drei Stellen am Umfang des Stellelementes angreifen, wobei sie in Rastkonturen des Stellelementes eingreifen.

Hintergrund der Erfindung

Derartige Arretiervorrichtungen kommen z. B. in Schaltgetrieben von Kraft­ fahrzeugen zum Einsatz. Weiterhin werden Arretiervorrichtungen für Steu­ erventile und Steuerschalter in der Strömungstechnik und dem Apparatebau eingesetzt. In Schaltgetrieben werden mit ihnen Schaltwellen oder Schalt­ stangen in ihren jeweiligen Wähl- bzw. Schaltstellung arretiert. Die Schalt­ wellen bzw. Schaltstangen sind in der Regel zweifach im Getriebegehäuse gelagert. Da z. B. Schaltstangen nicht nur Schwenkbewegungen um ihre eigene Längsmittelachse ausführen, sondern in der Regel auch Bewegun­ gen in axialer Richtung, müssen die Lager der Schaltstange auch eine Axialbewegung zulassen. Die Schaltstange ist deshalb axial beweglich mit Gleitlagern oder Kugellagern für Dreh- und Längsbewegungen gelagert.

Weiterhin ist die Schaltstange oder ein auf ihr befestigtes Stellelement mit Rastkonturen versehen. Diese Rastkonturen stehen mit Rastkugeln entwe­ der von Einzelarretierungen oder Arretiervorrichtungen in Verbindung.

Die gattungsbildende Form einer Arretiervorrichtung wird in US 31 64 030 beschrieben. Diese Arretiervorrichtung wird durch ein die Schaltstange ra­ dial umschließendes Gehäuse und mehrere Rastkugeln gebildet. Die Schaltstange ist zweifach gleitend gelagert. Die Rastkugeln sind am Umfang der Schaltstange verteilt zueinander beabstandet und federbelastet von dem Gehäuse aufgenommen. Als Federn sind Bandfedern und Schrauben­ federn vorgesehen, wobei die Bandfeder in direktem Kontakt mit den Rastkugeln steht und diese gegen die Profilierung der Rastkontur vor­ spannt. Der mit der Schaltwelle verbundene Wahlhebel ist somit in Längs­ richtung der Schaltwelle in einer gewollten Position arretiert. Schaltbewe­ gungen in Längsrichtung können nur erfolgen, wenn die Widerstände der Bandfeder und der Schraubenfeder durch ein Aufsteigen der Kugeln aus der Rastkontur überwunden werden.

Bevor die Schaltbewegung in Längsrichtung erfolgt, muß der Wählhebel und somit muß auch die Schaltwelle in Schwenkrichtung bewegt werden um eine Schaltsperre zu überwinden. Die Kugeln der Arretiervorrichtung rollen dabei in der als Umfangsnut ausgebildeten Rastkontur ab. Eine Arretier­ funktion in Schwenkrichtung ist für diese Anordnung nicht vorgesehen und auch nicht gewollt. Nach dem Wähl- und Schaltvorgang bewegt sich der Wählhebel unter Wirkung der Federkräfte der Band-, Schrauben- und einer separaten Zugfeder wieder in die gewollte und arretierte Position. Es gibt aber auch Schaltwellen, die auch in Schwenkrichtung in einer bestimmten Position arretiert werden müssen. In diesem Falle wird nach dem Stand der Technik auf der Schaltwelle ein weiteres Arretierelement und auf der Welle eine dazugehörige Rastkontur vorgesehen.

Ein weiteres Beispiel einer Arretiervorrichtung ist in DE 42 41 466 A1 be­ schrieben. Eine kurze Welle wird zwischen zwei gegenüberliegend ange­ ordneten, federbelasteten und mit Rollen versehenen Rastbolzen zentriert. Die Welle ist beidseitig dieser Rastbolzen gleitend gelagert und geführt. Die Welle wird nur in Längsrichtung bewegt und in dem in Längsrichtung ge­ wählten Positionen arretiert. Für Schwenkbewegungen ist diese Anordnung nicht geeignet.

Es werden bisher also zur Lagerung und Arretierung einer Schaltstange mindestens drei Elemente, d. h. mindestens zwei Lager und eine Arretie­ rung benötigt. Häufig sind auch, wie schon erwähnt, wegen der entspre­ chenden Ausbildung der Rastkontur jedoch zwei Arretierungen erforderlich, und zwar eine für die Längsbewegung und eine für die Verstellpositionen in Schwenkrichtung. Dementsprechend ist, auch wenn Baueinheiten verwen­ det werden, der Teileumfang und der benötigte Platzbedarf relativ groß. Sowohl die Einzelelemente der Lagerung als auch die Einzelelemente der Arretierung erzeugen im Kontakt mit der bewegten Schaltstange Reibungs­ kräfte, die in der Summe recht hoch werden können und die Schaltkräfte in nachteiliger Weise erhöhen.

Die Schaltstange ist in den Lagern für Dreh- und Längsbewegung in der Regel mit Spiel gelagert. Wird eine der beispielhaft aufgeführten Arretier­ vorrichtungen nach dem Stand der Technik und das Lager für Dreh- und Längsbewegung in Längsrichtung der Schaltstange gesehen direkt hinter­ einander angeordnet, so kann sich das Spiel in der Lagerung nachteilig auf die Geräuschentwicklung im Getriebe auswirken. Das gilt insbesondere dann, wenn Wälzlagerungen zur Lagerung der Schaltwelle eingesetzt wer­ den. So lange die Schaltstange nicht bewegt, d. h. von Schaltkräften beein­ flußt ist, wird sie nur von der Arretiervorrichtung in radiale Richtung gela­ gert. Die am Umfang verteilten und durch Federn vorgespannten Rastku­ geln oder Rastbolzen zentrieren die Schaltstange mittig, so daß die Schalt­ stange zu den Wälzkörpern des nachgeschalteten Lagers innerhalb des Spieles nur losen oder keinen Kontakt hat. Die Wälzkörper und ein Käfig, durch den die Wälzkörper häufig gehalten sind, klappern also bei Erschütte­ rungen des Fahrzeuggetriebes. Erst wenn Betätigungskräfte auf die Schalt­ stange wirken, federt die Schaltstange in der Arretiervorrichtung gegen die Federkraft ein und kommt in der Lagerung zum Anliegen. Jetzt besteht di­ rekter ungefederter und damit ungedämpfter Kontakt der Schaltstange mit dem Getriebegehäuse. Das wiederum wirkt sich ebenfalls nachteilig auf Schwingungs- und Geräuschentwicklung im Getriebe aus.

Wenn Rastkugeln im direkten Kontakt mit Federn vorgespannt werden, ist kein sauberes Abrollen der Kugeln gegen diese Federn möglich. Es erfolgt also zwangsweise eine Gleitbewegung der Kugeln gegen die vorgespann­ ten Federn. Diese Gleitbewegung erzeugt Verschleiß und erhöht die Rei­ bung im System. Die Federn werden außerdem auf diese Weise häufig durch ungewollte Querkräfte beansprucht, die sich nachteilig auf die Le­ bensdauer der Federn auswirken.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Arretiervorrichtung zu schaffen, die durch einfache kostengünstige Bauweise die vorgenannten Nachteile vermeidet, die wenig Bauraum beansprucht, einfach zu montieren ist und sich durch geringe Reibung und hohe Dämpfungseigenschaften auszeichnet.

Diese Aufgabe wird nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 dadurch gelöst, daß das Stellelement der Schaltstange oder die Schaltstan­ ge selbst auf den Rastkugeln gelagert und zentriert ist und jede Rastkugel in eine Rastkontur eines Stellelementes einrastet, und daß jede der Rastku­ geln jeweils in einem Führungsteil eines Rastbolzens eingesetzt ist. Der Rastbolzen ist entlang seiner Längsmittelachse verschiebbar in einer Boh­ rung des Gehäuses aufgenommen und geführt sowie über ein Federele­ ment in Richtung des Stellelementes vorgespannt. Die eigentliche Arretier­ vorrichtung übernimmt somit auch eine Lagerungsfunktion. Das bisher ge­ nutzte Lager, z. B. ein Lager für Längs- und Drehbewegung kann entfallen. Das wird dadurch möglich, daß die Rastkugel in einem Führungsteil eines Rastbolzens aufgenommen wird, dort um ihr Zentrum in alle Richtungen drehbar gelagert ist und nicht mehr in direktem Kontakt mit der Feder steht. Damit kann die Welle in Längs- und Schwenkrichtung bewegt werden, und es entfällt der direkte verschleißfördernde und reibungsintensive Kontakt zwischen dem Federelement und der Rastkugel.

Bei entsprechender Gestaltung des Führungsteiles im Rastbolzen, z. B. durch Einsatz einer Gleitpfanne, kann die Reibung gering gehalten werden. Der Rastbolzen ist mit seiner Längsmittelachse zum Stellelement ausge­ richtet im Gehäuse entlang seiner Längsmittelachse verschiebbar in einer Gehäusebohrung angeordnet. Die Gehäusebohrung übernimmt Lagerungs- und Führungsfunktion für den Rastbolzen. Der Rastbolzen ist über ein fe­ derndes Element, beispielsweise eine Schraubenfeder, in Richtung des Stellelementes vorgespannt. Die Federkraft bewirkt, daß die Rastkugeln in die Konturen des Stellelementes einrasten und das Stellelement auch bei Erschütterungen sicher in seiner Position halten. Die Feder ist von direkten Querkräften, die durch die Schaltbewegung der belasteten Kugeln entste­ hen, befreit, da der Bolzen sich unter Wirkung dieser Kräfte im Gehäuse abstützt.

Über die Rastkugeln können, wie schon erwähnt, Abrollbewegungen sowohl bei Längs- als auch bei Schwenkbewegung der Schaltstange ausgeführt werden. Ein getrennter Einsatz von beispielsweise zwei Arretierelementen ist nicht mehr nötig. Die Schaltstange ist in allen Betriebszuständen also auch unter Einfluß von Schalt- und Führungskräften federnd gelagert. Es werden weniger Schwingungen übertragen und somit das Geräuschniveau im Getriebe reduziert. Dämpfungseffekte und auch Schaltkräfte können über die Auswahl der Federn bestimmt werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, wird die Rastkugel in einem als Halbkugelschale ausgebildeten Führungsteil des Rastbolzens auf Stützkugeln gelagert. Schaltvorgänge verlaufen reibungsärmer, da die Rastkugel nicht mehr in der Pfanne gleitet sondern auf diesen Stützkugeln abrollt. Damit die Stützkugeln in der Halbkugelschale frei abrollen können, ist im Zentrum der Halbkugelschale ein Freiraum und an ihrer Außenkante eine Erweiterung des Durchmessers vorgesehen. Häufig wird das im Quer­ schnitt betrachtete, rein halbkugelförmige Profil der Halbkugelschale durch die Form eines gotischen Bogens oder andere von der Halbkugelform ab­ weichende sphärische Formen ersetzt.

Die Reibungskräfte in der Arretiervorrichtung können weiter gemindert wer­ den, wenn wie in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung beschrieben, der Rastbolzen mittels einer Wälzlagerung entlang seiner Längsmittelachse verschiebbar in der Bohrung des Gehäuses gelagert ist. Die Lagerung kann z. B. durch Kugeln gebildet, die durch einen Käfig ge­ halten und geführt sind. Denkbar ist auch der Einsatz von Nadeln oder Zy­ linderrollen als Wälzkörper. Als Laufflächen für die Wälzkörper dienen da­ bei die Außenmantelfläche des Rastbolzens und die Innenmantelfläche der Bohrung im Gehäuse.

Weiterhin wird eine Ausgestaltung der Erfindung beschrieben, bei der das Federelement sich an einem Widerlager abstützt, das in der Bohrung des Gehäuses angeordnet ist. Das Widerlager kann z. B. durch eine Scheibe gebildet werden, die durch Verstemmungen oder andere Sicherungsele­ mente in ihrer Lage gesichert ist. Das oder die Federelemente können z. B. durch eine oder mehrere Schraubenfedern gebildet werden.

Die Ausgestaltung der Erfindung sieht auch vor, daß das Federelement sich am Boden einer Hülse abstützt, in der der Rastbolzen mittels einer Wälzla­ gerung entlang seiner Längsmittelachse verschiebbar angeordnet ist. Die Hülse ist topfartig ausgebildet und kann zusammen mit Rastbolzen, Rastku­ gel und Federelement als eine Baueinheit ausgebildet in das Gehäuse ein­ gepreßt werden.

Die vorgenannten Ausgestaltungen der Erfindung sind montagefreundlich. Der mit seiner Rastkugel vormontierte Rastbolzen kann auf einfache Weise mit seiner Wälzlagerung in den Bohrung eingeführt und über ein Siche­ rungselement gesichert werden oder es wird nur noch die mit dem Rastbol­ zen vormontierte Hülse in die Bohrung eingepreßt. Die Verwendung einer Hülse wird auch dann sinnvoll, wenn für das Gehäuse weiches z. B. dämp­ fendes Material eingesetzt wird. Als Laufbahn für die Wälzlagerung des Rastbolzens dient dann die Hülse, die im Bedarfsfalle auch gehärtet sein kann.

Ein weiterer Dämpfungseffekt wird erzielt, wenn die Arretiervorrichtung in einem separaten Gehäuse montiert ist, dieses Gehäuse und die Arretiervor­ richtung als gemeinsame Baueinheit ausgebildet sind und das Gehäuse z. B. aus einem Kunststoff mit Dämpfungseigenschaften gefertigt ist. Es ist aber auch denkbar, dieses Gehäuse aus Aluminium, Stahl oder anderen für diesen Einsatzzweck geeigneten Werkstoffen zu fertigen. Für den Getrie­ behersteller ergibt sich eine vereinfachte Montage und somit geringere Ko­ sten. Die Arretiervorrichtung liegt als ein geschlossenes, kompaktes, ferti­ ges Modul vor, das mit einfachen Mitteln im Gehäuse zu befestigen ist. Die Einzelmontage von Schaltstangenlagerungen bzw. Führungen und Arre­ tierelementen entfällt. Für den Hersteller der Arretiervorrichtung ergeben sich die Vorteile aus der Teilemehrfachverwendung für Gehäuse und darin integrierte Arretierelemente nach dem Baukastenprinzip. Werkzeugkosten oder Kosten für die Lagerhaltung können auf diese Weise reduziert werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zwei Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Anordnung eines Beispieles einer Arretiervorrichtung auf einem Stellelement, im Schnitt dargestellt, wobei der Arretierbolzen mittels einer Wälzlagerung im Ge­ häuse gelagert ist,

Fig. 2 Anordnung einer erfindungsgemäßen Arretiervorrich­ tung auf einem Stellelement, im Schnitt dargestellt, wo­ bei der Arretierbolzen mittels einer Wälzlagerung in ei­ ner topfartigen Hülse gelagert ist.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnung

In Fig. 1 ist mit 1 eine Arretiervorrichtung bezeichnet, die aus einem Ge­ häuse 2 und vier Rastbolzen 3 mit jeweils einer Rastkugel 4 gebildet ist. Die Rastbolzen 3 sind in Bohrungen 2a eines Gehäuses 2 eingebracht und fi­ xiert. Die Rastkugeln 4 sind mit Stützkugeln 5 im Führungsteil 3a des Rastbolzens 3 gelagert und greifen in Rastkonturen 6a des Stellelementes 6 ein. Der Rastbolzen 3 ist mit einer Wälzlagerung 7 direkt in der Gehäuse­ bohrung gelagert und geführt. Eine Schraubenfeder 8 spannt den Rastbol­ zen 3 in Richtung Stellelement 6 vor. Die Schraubenfeder 8 stützt sich dabei im Rastbolzen 3 und an einer Scheibe 9 ab. Die Scheibe 9 ist mit einem Sicherungsring 10 in der Bohrung 2a des Gehäuses 2 gesichert.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen Arretiervor­ richtung. In der Arretiervorrichtung 12 ist der Rastbolzen 13 mit der Rastku­ gel 4 und den Stützkugeln 5 in einer topfartig ausgebildeten Hülse 10 gela­ gert. Die Hülse 10 ist in eine Bohrung 11a eines Gehäuses 11 eingepreßt. Die gesamte Arretiervorrichtung 12 wird durch das Gehäuse 11 und vier Rastbolzen 13, die jeweils in einer Hülse 10 aufgenommen sind, gebildet. Der Rastbolzen 13 ist längsbeweglich über eine Wälzlagerung 7 in der Hül­ se 10 gelagert und wird durch eine Schraubenfeder 8 belastet, die sich am Boden 10a der Hülse 10 abstützt. Die Rastkugel 4 rastet unter Wirkung der Schraubenfeder 8 in die Rastkontur 6a des Stellelementes 6 ein.

Bezugszeichenliste

1

Arretiervorrichtung

2

Gehäuse

2

aBohrung

3

Rastbolzen

3

aFührungsteil

4

Rastkugel

5

Stützkugel

6

Stellelement

6

aRastkontur

7

Wälzlagerung

8

Schraubenfeder

9

Scheibe

9

aSicherungsring

10

Hülse

10

aBoden

11

Gehäuse

11

aBohrung

12

Arretiervorrichtung

13

Rastbolzen

Claims (6)

1. Arretiervorrichtung (1, 12) zur Lagefixierung von Verstellpostionen eines entlang seiner Längsmittelachse verschiebbaren oder um seine Längsmittelachse schwenkbaren oder um seine Längsmittelachse verschiebbaren und schwenkbaren Stellelementes (6) mit federbela­ steten Rastkugeln (4), die in einer Querebene des Stellelements (6) angeordnet sind und an zumindest drei Stellen am Umfang des Stell­ elementes (6) angreifen, wobei sie in Rastkonturen (6a) des Stell­ elementes (6) eingreifen, dadurch gekennzeichnet, daß das Stell­ element (6) auf den Rastkugeln (4) gelagert und zentriert ist und jede Rastkugel (4) in einer entsprechenden Schaltposition des Stellele­ ments (6) in einer ihr zugeordneten Rastkontur (6a) des Stell­ elementes (6) einrastet, und daß jede der Rastkugeln (4) jeweils in ein Führungsteil (3a) eines Rastbolzens (3, 13) eingesetzt ist, wobei jeder der Rastbolzen (3, 13) entlang seiner Längsmittelachse ver­ schiebbar in einer Bohrung (2a, 11a) aufgenommen sowie geführt ist und durch mindestens ein Federelement (8) in Richtung des Stelle­ lementes (6) vorgespannt ist.

2. Arretiervorrichtung (1, 12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Führungsteil (3a) durch eine Halbkugelschale gebildet wird, deren Profil im Querschnitt betrachtet im wesentlichen kalot­ tenförmig ausgebildet ist, und daß die Rastkugel (4) in dem Füh­ rungsteil (3a) mittels Stützkugeln um ihr Zentrum drehbar gelagert ist.

3. Arretiervorrichtung (1, 12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Rastbolzen (3, 13) mittels einer Wälzlagerung (7) ent­ lang seiner Längsmittelachse verschiebbar in der Bohrung (2a, 11a) eines Gehäuses (2, 11) gelagert ist.

4. Arretiervorrichtung (1, 12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Federelement (8) sich einerseits am Rastbolzen (3, 13) und andererseits an einem Wiederlager (9, 10a) abstützt, welches an einem dem Stellelement (6) abgewandten Ende der Bohrung (2a, 11a) angeordnet ist.

5. Arretiervorrichtung (1, 12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Rastbolzen (13) mittels der Wälzlagerung (7) entlang seiner Längsmittelachse verschiebbar in einer topfartig ausgebildeten sowie in der Bohrung (11a) eines Gehäuses (11) fixierten Hülse (10) gelagert ist, und daß der Rastbolzen (13) mittels des Federelementes (8) in Richtung des Stellelementes (6) vorgespannt ist, wobei sich das Federelement (8) einerseits am Rastbolzen (13) und anderseits am Boden (10a) der Hülse (10) abstützt.

6. Arretiervorrichtung (1, 12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Arretiervorrichtung (1, 12) mit einem dem Aufnahmege­ häuse gegenüber separaten Gehäuse (2, 11) eine Baueinheit bildet.