DE102009056889A1

DE102009056889A1 - Schalteinheit

Info

Publication number: DE102009056889A1
Application number: DE200910056889
Authority: DE
Inventors: Gunter 90617 Hirt; Günther 91077 Priwitzer; Markus 90765 Rost; Tomas Dr. 91074 Smetana
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-12-10
Filing date: 2009-12-10
Publication date: 2011-06-30

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schalteinheit (1) eines Zahnräderwechselgetriebes, die ein oder mehrere Schaltgabeln (7a, 7b, 7c) bewegende Mitnehmer (6a, 6b, 6c) aufweist sowie eine Schaltwalze (2) mit einem um eine Rotationsachse (13) verdrehbaren Tragkörper, der eine nach außen gerichtete Mantelfläche (3) mit Gassenführungen für die Mitnehmer (6a, 6b, 6c) besitzt. Die Gassenführungen sind als einzelne, aus der Ebene der Mantelfläche (3) hervorstehende Lenkkontakte (4a, 4b, 4c) gebildet, welche während jedes Schaltvorgangs nur abschnittsweise die Mitnehmer (6a, 6b, 6c) kontaktieren.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Schalteinheit eines Zahnräderwechselgetriebes, die ein oder mehrere Schaltgabeln bewegende Mitnehmer aufweist sowie eine Schaltwalze mit einem um eine Rotationsachse verdrehbaren Tragkörper, der eine nach außen gerichtete Mantelfläche mit Gassenführungen für die Mitnehmer besitzt.
Hintergrund der Erfindung
Derartige Schaltwalzen dienen dazu, eine Drehbewegung einer Welle, die durch einen Benutzer oder Aktuator als Schaltbewegung initiiert wurde, in eine lineare Bewegung von schiebemuffebetätigenden Elementen wie Schaltgabeln umzusetzen, wobei die Schaltgabeln selektiv in axialer Richtung der Schaltwalze in Abhängigkeit der Winkelstellung der Schaltwalze verschoben werden. Für diesen Zweck weisen die Schaltwalzen im Allgemeinen Kurvenbahnen auf, welche sich in Umfangsrichtung der Schaltwalze erstrecken und in denen bzw. von denen Mitnehmer der Schaltgabeln formschlüssig geführt werden. Die walzen weisen oftmals spanabhebende Führungsnuten auf, die die Kurvenbahnen bilden. Nachdem die spanabhebende Fertigung der Schaltwalzen mit hohen Kosten verbunden ist, besteht das Bedürfnis, andere Konzepte für Schaltwalzen zu erarbeiten, die in der Fertigung kostengünstiger herstellbar sind und eine höhere Taktzeit in der Herstellung erlauben.
DE 197 275 69 A1 schlägt eine Schaltwalze mit einer Kurvenbahn vor, wobei auf der Mantelfläche der Schaltwalze zur Bildung der Kurvenbahn zumindest eine radial nach außen gerichtete Wandung vorgesehen ist. Als Wandungen werden beispielweise quadratische oder rechteckförmig gestaltete Endlosprofile verwendet, die entsprechend abgelängt und wellenförmig profiliert auf der Mantelfläche befestigt werden. Alternativ hierzu ist ein U-förmiges Profil vorgesehen, welches wellenähnlich auf der Mantelfläche der Schaltwalze angeordnet ist.
In DE 195 28 460 A1 sind Schalteinheiten mit Schaltwalzen aus Kunststoff offenbart. Die den 16 ff. dargestellte Schaltwalze weist jedoch einen Grundkörper mit Rippen auf, wobei der Grundkörper als Stahlachse oder Rohr realisiert ist und die Rippen als durch Ziehen oder Prägen hergestellte Blechscheiben ausgebildet und auf dem Grundkörper aufgeschweißt sind.
DE 10 2007 011281 A1 zeigt die Herstellung einer oder mehrerer Spuren aus tiefgezogenen oder geprägten Hülsen, wobei jeweils zwei Hülsen eine Führungsspur bilden und ein Mitnehmer in der Führungsspur läuft. Die Öffnungsweite zwischen den zwei Hülsen ist verhältnismäßig ungenau aufgrund der Fertigung in verschiedenen Werkzeugen. Winkelfehler bei der Montage vergrößern die Ungenauigkeiten.
Alle vorgestellten Lösungen benötigen einen relativ großen axialen und radialen Bauraum und weisen komplex hergestellte Führungsbahnen auf. Nachteilig ist zudem, dass die Führungsspuren individuell für jede Schalteinheit gefertigt werden müssen. Somit ist insbesondere bei kleinen Stückzahlen ein merklicher Anpassungsaufwand erforderlich, um unterschiedliche Schaltwalzen auf denselben Maschinen herstellen zu können.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schalteinheit zu schaffen, bei denen die vorstehend genannten Nachteile beseitigt sind.
Die Aufgabe wird bei einem Gegenstand nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Führungsspuren als vereinzelte, aus der Ebene der Mantelfläche hervorstehende Lenkkontakte gebildet sind, welche jeweils während jedes Schaltvorgangs nur abschnittsweise, also nur in einem gewissen Drehwinkelabschnitt, die Mitnehmer kontaktieren. Die Schaltgabeln werden somit nicht durch eine geschlossene Führungsbahn auf der Schaltwalze axial verschoben, sondern durch eine von den einzelnen Lenkkontakten gebildeten Führungskontur. Die Lenkkontakte sind auf der Schaltwalze voneinander beabstandet angeordnet, so dass beim Verdrehen der Schaltwalze ein Mitnehmer einer Schaltgabel stets nur einen Teil der Lenkkontakte berührt, über die er während des vollständigen Umlaufs der Schaltwalze in Kontakt kommt. Gegenüber einer Führungsbahn aus Hülsen ist weniger Material erforderlich.
Im Idealfall lassen sich die Lenkkontakte aus dem im Ursprungszustand flachen Blech des Tragkörpers ausbilden, so dass sie einteilig mit dem Tragkörper hergestellt sind. Vorzugsweise sind die Lenkkontakte als Gleichteile separat von der Schaltwalze hergestellt. Sie sind mit dieser an vorgegebenen Kontaktaufnahmen verbunden, indem sie beispielsweise in Ausnehmungen verpresst oder verschweißt sind.
Die Lenkkontakte bilden in ihrer Gesamtheit eine vollständige Schaltkontur für einen oder mehrere Mitnehmer. Für den Fall, dass der Schaltweg und der Schaltwinkel für alle zu schaltenden Gänge gleich ist, können für jeden Gang die gleichen Mitnehmer und die gleichen Lenkkontakte verwendet werden, da der Schalthub dann stets der gleiche ist. Bei unterschiedlichem Schalthub kann alternativ eine Schaltwalze durch mehrere axial und radial voneinander versetzt angeordnete Lenkkontakte um ein Vielfaches des durch die Mitnehmerkontur vorgegebenen einfachen Verschiebewegs axial verschoben werden.
In einer Ausbildung der Erfindung sind die Lenkkontakte als Stifte ausgebildet. Die Stifte sind vorzugsweise zylindrisch, so dass ein sich den Stiften nähernder Mitnehmer, der nicht optimal positioniert ist, nicht verklemmen kann. Gleichzeitig müssen zylindrische Stifte nicht richtungsorientiert verbaut werden. Alternativ dazu sind die Stifte als Formstifte ausgebildet, die auch eine Führung über einen größeren Winkelabschnitt gewährleisten.
Die Lenkkontakte können auch als Durchstellungen, Prägungen oder anderen, separat hergestellten Einzelteilen ausgebildet sein.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die Lenkkontakte durch geschickte Anordnung auf der Schaltwalze mehrfach genutzt, um Gänge ein- bzw. auszulegen. Ebenfalls kann ein Lenkkontakt Mitnehmer von verschiedenen Seiten beaufschlagen.
Die Schalteinheit weist in einer Ausführung mehrere Mitnehmer auf, die jeweils starr mit einer Schaltgabel oder einem anderen Schaltglied verbunden sind. Die Mitnehmer können als Nut oder als Formteil gestaltet werden. Besonders vorteilhaft ist ein Formteil in Rautenform, dessen Ecken verrundet ausgebildet sind. So ist sichergestellt, dass die Mitnehmer stets sicher mitgenommen werden, was die Einheit robust macht. In einer Weiterentwicklung sind die Außenflächen der Raute mit einer Kontur versehen, die am Ende des Schaltvorgangs die Axialverschiebung bei gleichem Drehwinkel etwas zurücknimmt, um dem Synchronisationsprozess genügend Zeit zur Drehzahlangleichung zu geben.
Die Lenkkontakte können ebenfalls die Funktion von Endanschlägen übernehmen. Ist ein gegenüber einem Ausgangswinkel bestimmter Schaltwinkel erreicht, um den die Schaltwalze verdreht wurde, schlagen die Mitnehmer an ausgewählten Lenkkontakten an, die ein weiteres Verdrehen der Schaltwalze verhindern.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Schalteinheit mit einer Schaltwalze und mit auf Schaltstangen angeordneten und durch Mitnehmer geführten Schaltgabeln,
2 einen Längsschnitt der Schaltwalze nach 1 und
3 eine perspektivische Ansicht der Schaltwalze nach 1.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen Ausschnitt einer Schaltung eines Zahnräderwechselgetriebes. Zur Schaltung ist eine Schalteinheit 1 vorgesehen, die eine hohlzylindrisch gestaltete Schaltwalze 2 aufweist. Auf der nach außen gerichteten Mantelfläche 14 der Schaltwalze 2 sind entweder axial und/oder in Umfangsrichtung zueinander beabstandete Lenkkontakte 4a, 4b, 4c angeordnet. Sie sind in mehr oder weniger regelmäßigen Winkelabständen auf der Schaltwalze angeordnet und bilden Führungsbahnen 5a, 5b, 5c für Mitnehmer 6a, 6b, 6c von Schaltgabeln 7a, 7b, 7c. Die Schaltgabeln 7a bis 7c sind auf Schaltwellen 8a, 8b axial verschiebbar angeordnet, die achsparallel zur Schaltwalze 2 im Getriebegehäuse eingesetzt sind. Die Schaltgabeln 7a bis 7c umgreifen mit ihrem gabelförmig gestalteten Enden 9a, 9b, 9c eine in 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 kann durch eine Axialverschiebung mit Hilfe der Schaltgabeln 7a bis 7c eine Gangschaltung erfolgen.
Die in Umfangsrichtung zueinander versetzten Lenkkontakte 4a, 4b, 4c lassen sich gruppieren und bilden die drei kurvenförmige Führungsbahnen 5a, 5b, 5c für die drei Mitnehmer 6a, 6b, 6c. Für die Schaltung einzelner Gänge ist eine Axialverschiebung der Schaltgabeln 7a bis 7c erforderlich. Eine Schaltwalzendrehung bewirkt aufgrund der Führungsgeometrie der Lenkkontakte 4a bis 4c bzw. der durch sie gebildeten Führungsbahnen 5a bis 5c, dass die darin über die Mitnehmer 6a, 6b, 6c geführten Schaltgabeln 7a bis 7c entsprechend der Kurvenbahn 5a bis 5c in beiden axialen Richtungen verschiebbar sind.
Als Drehantrieb für die Schaltwalze 2 dient ein nicht dargestellter Stellmotor. Der reversibel, d. h. umsteuerbare Stellmotor ermöglicht abhängig von einer Gangvorwahl, die beispielsweise mittels eines manuell betätigbaren Schalthebels erfolgt, eine gezielte Drehbewegung der Schaltwalze 2. Weiterhin stellt der Stellmotor zur Vermeidung einer Überlastung der Synchronisiereinrichtung eine definierte Schaltgeschwindigkeit sicher.
Aus der Darstellung in 2 geht hervor, dass die aus Blech geformte Schaltwalze 2 einen zur Rotationsachse 13 zylindrischen Grundkörper 10 aufweist. Die Lenkkontakte 4a bis 4c sind als zylindrische Umlenkstifte ausgebildet und führen die rhombenförmigen Mitnehmer 6a bis 6c auf der durch ihre Anordnung auf der Schaltwalze 2 vorgegebenen Führungsbahnen 5a, 5b, 5c. In der gewählten Darstellung wird der Mitnehmer 6c durch den Umlenkstift 11 so beaufschlagt, so dass bei weiterem Verdrehen der Schaltwalze 2 in Pfeilrichtung 12 (3) der Mitnehmer 6c nach außen verschoben werden wird, während die anderen Mitnehmer 6a, 6b axial nicht bewegt werden. Um eine ungewollte axiale Deplatzierung zu verhindern, sind die Mitnehmer 6a und 6b während des Schaltvorgangs für Mitnehmer 6c durch in Umfangsrichtung parallel angeordnete Lenkkontakte 4a, 4b geführt.
Die Lenkkontakte 4a bis 4c sind als Stahlstifte in zu ihrer Außenkontur komplementären Aufnahmen 14 der Schaltwalze 2 verliersicher gehaltert.
Bezugszeichenliste

1: Schalteinheit
2: Schaltwalze
3: Mantelfläche
4a, 4b, 4c: Lenkkontakt
5a, 5b, 5c: Führungsbahn
6a, 6b, 6c: Mitnehmer
7a, 7b, 7c: Schaltgabel
8a, 8b: Schaltwelle
9a, 9b, 9c: gabelförmige Enden
10: Grundkörper
11: Umlenkstift
12: Pfeilrichtung
13: Rotationsachse
14: Aufnahme

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19727569 A1 [0003]
DE 19528460 A1 [0004]
DE 102007011281 A1 [0005]

Claims

Schalteinheit (1) eines Zahnräderwechselgetriebes, aufweisend: – ein oder mehrere Schaltgabeln (7a, 7b, 7c) bewegende Mitnehmer (6a, 6b, 6c), – eine Schaltwalze (2) mit einem um eine Rotationsachse (13) verdrehbaren Tragkörper, der eine nach außen gerichtete Mantelfläche (3) mit Führungsspuren (5a, 5b, 5c) für die Mitnehmer (6a, 6b, 6c) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Führungsspuren (5a, 5b, 5c) als einzelne, aus der Ebene der Mantelfläche (3) hervorstehende Lenkkontakte (4a, 4b, 4c) gebildet sind, welche während jedes Schaltvorgangs nur abschnittsweise die Mitnehmer (6a, 6b, 6c) kontaktieren.
Schalteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (1) mehrere Mitnehmer (6a, 6b, 6c) aufweist, welche durch die Lenkkontakte (4a, 4b, 4c) geführt sind.
Schalteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkkontakte (4a, 4b, 4c) aus der Mantelfläche (3) radial nach außen weisen.
Schalteinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkkontakte (4a, 4b, 4c) als Stifte ausgebildet sind.
Schalteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Lenkkontakte (4a, 4b, 4c) als Endanschlag ausgebildet ist.
Schalteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (1) einen Elektromotor aufweist, mit dem die Schaltwalze (2) in Umfangsrichtung verdrehbar ist.
Schalteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmer (6a, 6b, 6c) im Wesentlichen rautenförmig ausgebildet sind.
Schaltwalze (2) für eine Schalteinheit (1) nach Anspruch 1.