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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltgabel eines Schaltgetriebes, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, wobei die Schaltgabel einen Rückenteil mit mindestens einem Gabelführungselement und zwei vom Rückenteil abragende Gabelarme aufweist, wobei mittels des mindestens einen Gabelführungselementes die Schaltgabel auf einer Gabelführung axial verschieblich lagerbar und führbar ist, wobei in einem in ein Getriebe eingebauten Zustand der Schaltgabel diese in eine Ringnut an einer Schaltmuffe zu deren axialer Verstellung eingreift, wobei die Schaltgabel aus einem metallischen Gabelkern und einem diesen zumindest auf einem die Gabelarme und das mindestens eine Gabelführungselement einschließenden Teil seiner Oberfläche umgebenden Gabelüberzug aus Kunststoff besteht.
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Aus der
DE 196 45 522 A1 ist eine Schaltgabel aus einem formbaren Stahlstreifen mit zumindest einer Schaltpatte, der ein Kunststoffgleitteil zum Eingreifen in eine Nut einer Schaltmuffe angeformt ist, bekannt. Dabei ist weiter vorgesehen, dass ein endwärtiger Eingriffsfinger des Stahlstreifens selbst in die Nut der Schaltmuffe eingreift. Das Kunststoffgleitteil ist jeweils bevorzugt auf den Eingriffsfinger aufgespritzt und stützt den Eingriffsfinger in der Nut der Schaltmuffe gegen deren Nutwände ab.
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Aus der
DE 100 45 506 A1 ist eine Schaltgabel zum Einsatz in Getrieben, insbesondere in PKW-Getrieben, bekannt mit einem Grundkörper, der Schaltarme zum Ansteuern einer im Getriebe anzuordnenden Schaltmuffe aufweist, mit einer Schaltschiene, die für eine Lagerung und Führung in einem Gehäuse des Getriebes vorgesehen ist, und mit einem an der Schaltschiene angeordneten Schaltgabelmitnehmer. Dabei ist vorgesehen, dass der Grundkörper und die Schaltschiene durch eine Laserschweißnaht miteinander verbunden sind. An den Enden des Grundkörpers der Schaltgabel können Schaltpatten befestigt sein. Bevorzugt sind die Schaltpatten aus Kunststoff gebildet und durch Aufkleben, Aufschrumpfen oder Aufspritzen an den Enden des Grundkörpers befestigt.
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Aus
DE 20 2004 013 699 U1 ist ein Getriebeschaltelement bekannt, das zumindest einen Schienenteil und ein Gabelteil umfasst, die miteinander verbunden sind, wobei in einem in ein Getriebe eingebauten Zustand des Getriebeschaltelements der Schienenteil das Getriebeschaltelement in Schienenteillängsrichtung beweglich führt und mit Schaltkräften zur Erzeugung von Schaltbewegungen beaufschlagt wird, und wobei der Gabelteil die Schaltbewegungen auf drehmomentübertragende Elemente des Getriebes überträgt. Dabei ist vorgesehen, dass das Gabelteil an seinen Gabelschenkeln einen Kunststoffüberzug aufweist. Dieser Kunststoffüberzug ist bevorzugt spritztechnisch an den Gabelschenkeln angebracht.
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Allen Schaltgabeln gemäß dem vorstehend zitierten Stand der Technik ist gemeinsam, dass sie einen Kunststoffüberzug nur an den Enden der Schaltgabel zur Bildung von Patten aufweisen, wobei der Zweck des Kunststoffüberzuges darin besteht, den Verschleiß zu vermindern, der durch die gleitende Reibung zwischen der Schaltgabel einerseits und der damit in Eingriff stehenden Schaltmuffe andererseits auftritt. Abgesehen von dem die Patten bildenden Kunststoffüberzug bestehen die bekannten Schaltgabeln aus Metall, üblicherweise aus Stahlblech, oder sie sind ein Gußteil. Die Dimensionierung des Metallteils muss dabei so erfolgen, dass die Schaltgabel alle in Betrieb eines zugehörigen Getriebes auftretenden Belastungen dauerhaft schadlos aufnehmen kann. Um diese Anforderung zu erfüllen, sind entsprechende Materialstärken für die Schaltgabel erforderlich, die zu einem relativ hohen Gewicht der Schaltgabel führen.
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DE 10 2004 008 185 A1 offenbart eine Schaltgabel eines Schaltgetriebes mit einem metallischen Schaltgabelteil und einer damit form- und kraftschlüssig verbundenen, als separates Bauteil hergestellten Führungshülse aus einem metallischen Lagerwerkstoff, über die die Schaltgabel auf einer Gabelführung axial verschieblich lagerbar und führbar ist.
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DE 195 28 460 A1 betrifft eine Schaltgabel eines Schaltgetriebes aus Kunststoff mit einem Einlegteil aus Blech. Das Einlegeteil besitzt einen tiefgezogenen Topf, der aus der Gabel herausragt. Dieser tiefgezogene Topf wirkt mit seiner Außenumfangsfläche in einem Getriebe mit einer Schaltwalze zusammen. Die Schaltgabel verfügt über eine Führungshülse, über die die Schaltgabel auf einer Gabelführung axial verschieblich lagerbar und führbar ist.
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DE 100 32 163 A1 behandelt eine metallische Schaltgabel eines Schaltgetriebes, an der eine Führungshülse angeordnet ist, über die die Schaltgabel auf einer Gabelführung axial verschieblich lagerbar und führbar ist.
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Für die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, eine Schaltgabel der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einem verminderten Gewicht eine hohe Belastbarkeit und Dauerhaltbarkeit aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Schaltgabel eines Schaltgetriebes mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Mittels der beiden parallelen, voneinander beabstandeten Führungshülsen kann die Schaltgabel auf zwei parallel zueinander verlaufenden Führungsstangen oder -rohren, die eine Gabelführung bilden, gelagert und verschoben werden.
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Dadurch, dass der Gabelüberzug sich über eine innere und äußere Oberfläche der Führungshülsen erstreckt, erfüllt der Gabelüberzug zwei Funktionen gleichzeitig. Die erste Funktion ist die mechanische Verstärkung der Schaltgabel auch im Bereich der Führungshülsen. Die zweite Funktion besteht darin, auf der inneren Oberfläche der Führungshülsen eine reibungsarme Gleitschicht zur Verfügung zu stellen, um eine leichtgängige und verschleißarme Verschiebung der Schaltgabel auf der zugehörigen Gabelführung zu gewährleisten.
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Zur weiteren Steigerung der Stabilität und Belastbarkeit der Schaltgabel ist der Gabelüberzug mit äußeren Verstärkungsrippen ausgebildet.
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Durch die Anordnung von jeweils mindestens einer der Verstärkungsrippen in einem Übergangsbereich zwischen den Führungshülsen und den Gabelarmen, sorgen die Verstärkungsrippen dafür, dass die Führungshülsen und die Gabelarme ihre Soll-Lage relativ zueinander auch unter Belastung weitestgehend beibehalten und dass unerwünschte Verformungen vermieden werden.
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Mit der Erfindung wird vorteilhaft eine Schaltgabel geschaffen, die bei einem verminderten Gewicht eine hohe Belastbarkeit und Dauerhaltbarkeit aufweist. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass ein Teil der im Betrieb eines zugehörigen Getriebes auftretenden mechanischen Belastungen der Schaltgabel von dem Gabelüberzug aus Kunststoff aufgenommen wird. Aus diesem Grunde kann der metallische Gabelkern schwächer dimensioniert werden und damit ein geringeres Gewicht aufweisen. Der den Gabelüberzug bildende Kunststoff ist im Vergleich zu dem den Gabelkern bildenden Metall sehr leicht, so dass das Gesamtgewicht der Schaltgabel aus dem metallischen Gabelkern und dem Gabelüberzug aus Kunststoff geringer wird als das Gewicht einer rein metallischen Schaltgabel mit gleicher Belastbarkeit und Dauerhaltbarkeit.
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Bevorzugt ist weiter vorgesehen, dass der Gabelüberzug durch eine einstückige Kunststoff-Umspritzung gebildet ist, wozu vorzugsweise ein thermoplastischer Kunststoff, vorzugsweise Polyamid (PA) oder Polyphthalamid (PPA), ohne oder mit Glasfaserverstärkung, eingesetzt wird. Durch die Umspritzung ist die Herstellung des Gabelüberzugs insbesondere bei einer Massenfertigung kostengünstig durchführbar. Die Einstückigkeit des Gabelüberzugs sorgt für eine hohe Belastbarkeit und für einen hohen Anteil der Belastungsaufnahme durch den Gabelüberzug an der Gesamtbelastung der Schaltgabel in ihrem Einsatz. Alternativ ist es auch denkbar, ein oder mehrere vorgefertigte Gabelüberzugteile aus Kunststoff mit dem Gabelkern zu verbinden, insbesondere durch thermische Verfahren oder Verklebung.
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Aus Gründen einer möglichst einfachen und kostengünstigen Fertigung und als Beitrag zu einer hohen Belastbarkeit der Schaltgabel ist bevorzugt weiter vorgesehen, dass die Führungshülsen einstückig mit dem metallischen Gabelkern ausgebildet sind.
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Bevorzugt sind dabei die Führungshülsen durch Tiefziehen gebildet. In dieser Ausgestaltung kann die Schaltgabel aus einem relativ einfachen Blechzuschnitt, vorzugsweise aus Stahlblech, hergestellt werden. Ein aufwendiges Anbringen von separaten Hülsen zur Bildung der Führungshülsen ist dann vorteilhaft nicht erforderlich.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Gabelüberzug in einem von den Gabelarmen abgewandt liegenden Bereich des Rückenteils der Schaltgabel ausgespart ist. In diesem Bereich kann der Gabelüberzug beispielsweise deshalb entfallen, weil hier eine mechanische Verstärkung des Gabelkerns durch den Gabelüberzug nicht erforderlich ist.
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Ein zweiter Grund für die zuvor erwähnte Aussparung des Gabelüberzugs besteht darin, dass in dem genannten Bereich des Rückenteils der Schaltgabel weitere Elemente angebracht werden können, wobei dann die Anbringung der weiteren Elemente an der Schaltgabel durch den Gabelüberzug nicht behindert wird. In dieser Hinsicht schlägt die Erfindung bevorzugt vor, dass die Schaltgabel in dem von den Gabelarmen abgewandt liegenden Bereich des Rückenteils im Gabelkern eine Ausnehmung aufweist, in die ein metallischer Ausleger, der ein Schaltmaul aufweist, formschlüssig eingesetzt ist. Der metallische Ausleger kann hier unmittelbar mit dem metallischen Gabelkern verbunden werden, was für den gewünschten festen Zusammenhalt sorgt.
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Bevorzugt ist dabei der Ausleger mit dem Gabelkern laserverschweißt. Eine solche Laserverschweißung trägt nur wenig Wärme in die Schaltgabel ein, so dass der Gabelüberzug aus Kunststoff durch die Laserschweißung nicht in Mitleidenschaft gezogen wird. Daher ist es ohne weiteres möglich, den Gabelkern zunächst mit dem Gabelüberzug aus Kunststoff zu versehen und dann einen metallischen Ausleger oder ein sonstiges weiteres Element durch Laserschweißen mit dem Gabelkern der Schaltgabel zu verbinden. Dies vereinfacht die Herstellung der Schaltgabel, weil das Anbringen des Gabelüberzugs aus Kunststoff erfolgen kann, bevor sperrige Ausleger oder sonstige weitere Elemente an der Schaltgabel angebracht werden, die das Anbringen des Gabelüberzugs behindern und erschweren könnten.
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Wie eingangs erläutert, sind aus dem Stand der Technik Patten aus Kunststoff an den freien Enden der Gabelarme an sich bekannt. Bei der erfindungsgemäßen Schaltgabel wird der Gabelüberzug aus Kunststoff gleichzeitig dazu genutzt, derartige Patten zur Verfügung zu stellen. Hierzu ist bevorzugt vorgesehen, dass die Schaltgabel zwei an den freien Enden der Gabelarme liegende Patten mit je einer vorderen und einer hinteren Kontaktfläche mit jeweils erhöhter Dicke des Gabelüberzuges aufweist. Für die Erzeugung der Patten aus Kunststoff ist bei der Schaltgabel gemäß Erfindung kein besonderer Arbeitsschritt mehr erforderlich, da die Patten in einem Arbeitsgang zusammen mit dem Gabelüberzug hergestellt werden können. Da die Patten einer besonders hohen mechanischen Belastung und einem Verschleiß durch Reibung unterliegen, ist hier jeweils eine erhöhte Dicke des Gabelüberzuges vorgesehen, die problemlos durch eine entsprechende Formgestaltung erzeugt werden kann.
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Eine Weiterbildung der Schaltgabel sieht vor, dass diese in dem den Gabelarmen zugewandt liegenden Bereich des Rückenteils eine dritte Patte mit einer vorderen und einer hinteren Kontaktfläche mit jeweils erhöhter Dicke des Gabelüberzuges aufweist. Hiermit können die Schaltkräfte auf drei statt zwei Patten verteilt werden, was die einzelnen Patten entlastet.
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Schließlich ist für die Schaltgabel gemäß Erfindung vorgesehen, dass die vorderen und hinteren Kontaktflächen der ersten beiden Patten in je einer gemeinsamen vorderen und hinteren Ebene liegen und dass die vordere und die hintere Kontaktfläche der dritten Patte jeweils gegenüber den anderen Kontaktflächen in Richtung zum Gabelkern zurückversetzt sind. Die dritte Patte bildet hier eine ”Reserve-Patte”, die erst und nur dann zum Eingriff mit der Schaltmuffe kommt, wenn durch einwirkende äußere Kräfte die Gabelarme der Schaltgabel soweit verformt sind, dass auch die dritte Patte zur Anlage an der Schaltmuffe kommt. Eine schädliche Überlastung der Gabelarme mit einer dauerhaften Verformung wird so vermieden und die Verformungen der Gabelarme können so sicher in einem elastischen Bereich gehalten werden, in welchem immer wieder eine Rückstellung der Gabelarme in ihre Ausgangsstellung gewährleistet bleibt. Auch die Erzeugung der dritten Patte erfolgt vorteilhaft in einem Arbeitsgang mit dem Erzeugen des Gabelüberzugs, so dass auch dafür keine zusätzlichen Arbeitsschritte erforderlich sind.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen:
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1 einen metallischen Gabelkern einer Schaltgabel in einer perspektivischen Vorderansicht,
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2 eine fertige Schaltgabel, bestehend aus dem metallischen Gabelkern und einem an dem Gabelkern angebrachten Gabelüberzug aus Kunststoff, ebenfalls in perspektivischer Vorderansicht,
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3 den Gabelüberzug ohne den Gabelkern, in perspektivischer Vorderansicht, und
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4 eine Schaltgabel mit einem daran angebrachten metallischen Ausleger, ebenfalls in perspektivischer Vorderansicht.
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1 zeigt in perspektivischer Vorderansicht einen metallischen Gabelkern 1.1 einer Schaltgabel. Der Gabelkern 1.1 besteht z. B. aus Stahlblech und ist durch Feinschneiden hergestellt. Von einem zentralen Rückenteil 10 des Gabelkerns 1.1 gehen seitlich nach unten zwei Gabelarme 11 und 12 ab. Links und rechts vom Rückenteil 10 ist jeweils ein Gabelführungselement 13 vorgesehen, das hier jeweils die Form einer Führungshülse 13' hat. Die Führungshülsen 13' sind einstückig mit dem übrigen Gabelkern 1.1 durch Tiefziehen erzeugt.
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Oberseitig ist am Rückenteil 10 des Gabelkerns 1.1 eine eingetiefte Ausnehmung 14 angebracht, die zur Anbringung eines weiteren Bauteils dient, wie anhand von 4 noch erläutert wird.
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Durch das Herstellen des Gabelkerns 1.1 aus Stahlblech durch Feinschneiden und Tiefziehen ist eine kostengünstige Massenproduktion möglich.
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2 zeigt, ebenfalls in perspektivischer Vorderansicht, eine Schaltgabel 1, bestehend aus dem metallischen Gabelkern 1.1 aus 1 und einem an dem Gabelkern 1.1 angebrachten Gabelüberzug 1.2 aus Kunststoff. Der Gabelüberzug 1.2 ist an den metallischen Gabelkern 1.1 vorzugsweise angespritzt. Hierzu wird der Gabelkern 1.1 in eine Spritzform eingelegt und in den dafür vorgesehenen Bereichen wird dann der Gabelüberzug 1.2 aus Kunststoff in die Form eingespritzt. Hierdurch verbindet sich der Gabelüberzug 1.2 an allen Kontaktflächen mit dem Gabelkern 1.1 flächig mit diesem. Nach einem ausreichenden Erstarren des den Gabelüberzug 1.2 bildenden Kunststoffs kann die Schaltgabel 1 aus der Form entnommen werden.
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Nach diesem Fertigungsprozess bilden der Gabelkern 1.1 aus Metall und der Gabelüberzug 1.2 aus Kunststoff ein Verbundteil, das bei einem relativ geringen Gewicht eine hohe Stabilität und Dauerhaltbarkeit aufweist. Dabei wird ein Teil der mechanischen Belastungen der Schaltgabel 1, die bei deren Einsatz in einem Schaltgetriebe auftreten, von dem Gabelüberzug 1.2 aus Kunststoff aufgenommen, so dass bei unveränderter Belastbarkeit im Vergleich zu einer herkömmlichen, vollständig metallischen Schaltgabel der Gabelkern 1.1 mit einer verringerten Materialstärke und damit mit einem verringerten Gewicht hergestellt werden kann. Hierdurch wird die Schaltgabel 1 insgesamt leichter, ohne dass ihre Stabilität und Belastbarkeit abnimmt.
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Wie die 2 zeigt, überzieht der Gabelüberzug 1.2 den Gabelkern 1.1 in dem gezeigten Beispiel nicht vollständig, sondern nur über einen Teil der Oberfläche des Gabelkerns 1.1. Dabei ist der Teil der Oberfläche des Gabelkerns 1.1, der von der Gabelüberzug 1.2 überdeckt wird, so gewählt, dass der gewünschte Gewinn an Stabilität der Schaltgabel 1 sicher erzielt wird und dass gleichzeitig der minimale Aufwand an Material für den Gabelüberzug 1.2 eingesetzt wird.
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Im Bereich der freien Enden der Gabelarme 11 und 12 befindet sich eine erste und zweite Patte 21 und 22, die dazu bestimmt sind, in eine umlaufende Ringnut einer Schaltmuffe in einem Schaltgetriebe einzugreifen. Da im Eingriffsbereich zwischen den Patten 21 und 22 einerseits und der Schaltmuffe andererseits eine gleitende Reibung vorliegt, die Verschleiß verursacht, ist der Gabelüberzug 1.2 im Bereich von vorderen Kontaktflächen 21' und 22' sowie hinteren Kontaktflächen 21'' und 22'' mit einer größeren Materialstärke ausgeführt.
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Eine dritte Patte 23 ist in einem unteren Bereich des Rückenteils 10 vorgesehen, wobei diese dritte Patte 23 ebenfalls mit einer vorderen Kontaktfläche 23' und einer hinteren, hier nicht sichtbaren Kontaktfläche 23'' ausgebildet ist. Die Kontaktflächen 21' und 22' liegen in einer gemeinsamen Ebene; relativ zu dieser Ebene springt die Ebene der Kontaktfläche 23' der dritten Patte etwas zurück. In gleicher Weise sind die hinteren Kontaktflächen 21'' und 22'' der ersten und zweiten Patte 21, 22 in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, gegen welche die hintere Kontaktfläche 23'' der dritten Patte 23 ebenfalls zurückspringt. Hiermit wird erreicht, dass bei einer normalen mechanischen Belastung der Schaltgabel 1 nur die Patten 21 und 22 in kraftübertragenden Kontakt mit der Schaltmuffe treten; erst bei einer höheren mechanischen Belastung, die zu einer gewissen Verformung der Gabelarme 11 und 12 führt, gelangt auch die dritte Patte 23 mit ihrer vorderen Kontaktfläche 23' oder hinteren Kontaktfläche 23'' in Anlage an die Schaltmuffe. Hierdurch wird eine übermäßige Belastung der Gabelarme 11 und 12 bei starken Betätigungskräften der Schaltgabel 1 vermieden.
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Wie aus der 2 ebenfalls ersichtlich ist, erstreckt sich der Gabelüberzug aus Kunststoff auch über eine innere und äußere Oberfläche der Führungshülsen 13'. Der Teil des Gabelüberzugs 1.2 auf der inneren Oberfläche der Führungshülsen 13' bildet hier einen Gleitbelag, der ein Verschieben der Schaltgabel 1 auf einer zugehörigen, hier nicht dargestellten Gabelführung in Form von zwei durch die Führungshülsen 13' verlaufenden Stangen erleichtert und einen unmittelbaren metallischen Kontakt mit erhöhtem Verschleiß vermeidet.
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Schließlich zeigt die 2 noch mehrere Verstärkungsrippen 20, die im Gabelüberzug 1.2 vorgesehen sind und dessen Stabilität und Belastbarkeit steigern. Insbesondere sind die Verstärkungsrippen 20 im Übergangsbereich von den Führungshülsen 13' zu dem Rückenteil 10 und zu den Gabelarmen 11, 12 vorgesehen. Hierdurch werden Verbiegungen in der Schaltgabel 1 weitestgehend vermieden oder zumindest auf ein unschädliches Maß begrenzt.
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3 zeigt zur Veranschaulichung den Gabelüberzug 1.2 für sich, d. h. ohne den Gabelkern 1.1. Dabei liegt bei der Herstellung der Schaltgabel 1 der Gabelüberzug 1.2 nie als Einzelteil, wie in 3 gezeigt, körperlich vor, sondern wird, wie vorstehend erläutert, an den Gabelkern 1.1 angespritzt. 3 veranschaulicht aber besonders deutlich die Gestaltung des Gabelüberzugs 1.2. Dieser ist ausgestattet mit den Überzugsbereichen, die innen und außen an den Führungshülsen 13' liegen, sowie mit den insgesamt drei Patten 21, 22 und 23 mit ihren vorderen Kontaktflächen 21' bis 23' und hinteren Kontaktflächen 21'' bis 23''. Auch einige der Verstärkungsrippen 20 sind in 3 sichtbar.
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4 schließlich zeigt die Schaltgabel 1 gemäß 2 nach der Anbringung eines metallischen Auslegers 15, der beispielsweise an seinem in 4 rechten, nur teilweise dargestellten Endbereich ein Schaltmaul aufweist.
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Ein in 4 linkes Ende des Auslegers 15 liegt formschlüssig in der Ausnehmung 14, die an der Oberseite des Rückenteils 10 im metallischen Gabelkern 1.1 vorgesehen ist. In dieser Position relativ zueinander sind der metallische Gabelkern 1.1 und der metallische Ausleger 15 durch Laserschweißung miteinander verbunden. Eine Laserschweißung im Bereich der Ausnehmung 14 trägt dabei eine so geringe Menge an Wärmeenergie in den Gabelkern 1.1 ein, dass der zuvor schon angebrachte Gabelüberzug 1.2 aus Kunststoff nicht beschädigt wird.
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Der für den Gabelüberzug 1.2 eingesetzte Kunststoff ist zweckmäßig ein thermoplastischer Kunststoff, besonders bevorzugt Polyamid (PA) oder Polyphthalamid (PPA), da diese Materialien sowohl geeignete mechanische als auch thermische und chemische Eigenschaften aufweisen, so dass der Gabelüberzug 1.2 den Beanspruchungen, wie sie in der Praxis in einem Getriebe auftreten, dauerhaft gewachsen ist. Bevorzugt besitzt der Kunststoff eine Glasfaserverstärkung, die den Gabelüberzug 1.2 noch stabiler macht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schaltgabel
- 1.1
- Gabelkern
- 1.2
- Gabelüberzug
- 10
- Rückenteil
- 11, 12
- Gabelarme
- 13
- Gabelführungselemente
- 13'
- Führungshülsen
- 14
- Ausnehmung
- 15
- Ausleger
- 20
- Verstärkungsrippen
- 21
- erste Patte
- 22
- zweite Patte
- 23
- dritte Patte
- 21'–23'
- vordere Kontaktflächen von 21–23
- 21''–23''
- hintere Kontaktflächen von 21–23