Produkte für die Schaltung in Kfz-Getrieben · 2019-05-24 · QFD – Quality Function Deployment...

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Produkte für die Schaltung in Kfz-Getrieben Automobil Produkt Information API 09

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Produkte für die Schaltungin Kfz-Getrieben

Automobil Produkt Information API 09

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Diese Druckschrift wurde mit großer Sorgfalt erstellt und alle Angaben auf ihre Richtigkeit hin überprüft. Für etwaige fehlerhafte oder unvollständige Angaben kann jedoch keine Haftung übernommen werden.

Produktabbildungen dienen nur zur Veranschaulichung und sind nicht zur Gestaltung der Lagerung zu verwenden. Konstruktionen nur nach technischen Angaben, Maßtabellen und Maßzeichnungen in dieser Ausgabe gestalten.Durch die ständige Weiterentwicklung der Produkte sind Ände-rungen im Produktprogramm und der Produktausführung vorbe-halten!

Für Lieferungen und sonstige Leistungen im kaufmännischen Geschäftsverkehr gelten die Verkaufs- und Lieferbedingungen, die in der jeweils gültigen Preisliste und auf den Auftragsbestätigungen aufgeführt sind.

Herausgeber:INA Wälzlager Schaeffler oHG91072 HerzogenaurachHausadresse:Industriestraße 1–391074 Herzogenaurachwww.ina.com© by INA · 2000, JuliAlle Rechte vorbehalten.Nachdruck, auch auszugsweise,ohne unsere Genehmigung nicht gestattet.Druck: mandelkow GmbH, 91074 HerzogenaurachPrinted in Germany

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Seite

Produkte für die Schaltung in Kfz-Getrieben

4 Einleitung

4 QFD – Quality Function Deployment4 CAE – Computer Aided Engineering4 Versuche zum Nachweis der Funktion bzw. Gebrauchsfähgikeit (MEOST)4 Moderne Fertigungstechnologien

5 Anforderungen an das Schaltgetriebe

5 Forderungen des Fahrers an die Bedienbarkeit des Schaltgetriebes5 Forderungen des Konstrukteurs an den Schaltvorgang5 Ideale Schaltung

6 Idealer Momentenverlauf beim Wählvorgang

6 Theoretisch idealer Momentenverlauf7 Momentenverlauf bei gleitgelagertem

sowie teilweise wälzgelagertem Schaltsystem

8 Idealer Kraftverlauf beim Schaltvorgang

8 Theoretisch idealer Schaltkraftverlauf9 Schaltkraftverlauf – Vergleichsmessung

10 Zusammenfassung

10 Produkte für Kfz-Schaltgetriebe – Auswahl10 Entwicklungstendenz

11 Adressen

Inhaltsverzeichnis

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Einleitung

INA’s heutige Expertise für die Entwicklung von Schalt-komponenten und Systemen gründet sich auf die jahrelange Zusammenarbeit mit der Automobilindustrie und renommierten Getriebeherstellern.Durch die ständige Weiterentwicklung der Komponenten und den Einsatz modernster Fertigungstechnologien ist INA heute ein gefragter Entwicklungspartner und „Full Service Supplier“. Alle modernen Elemente des Engineering und der Qualitäts-sicherung werden angewandt.Diese sind im einzelnen:� QFD – Quality Function Deployment

– zur Erkundung der Kundenwünsche und ihre Umsetzung in ein technisches Konzept

� CAE – Computer Aided Engineering– d.h. Einsatz modernster Methoden zur Analyse

bzw. Berechnung von Bauteilen oder Strukturen bzw. zur Simulation von Funktionen

� Versuche zum Nachweis der Funktion bzw. Gebrauchsfähigkeit (MEOST),z.B. die Untersuchung und Beurteilung einer Getriebe-schaltung, bezogen auf– die Schaltcharakteristik– die Schaltkräfte, auch unter extremen Bedingungen

(Klimakammer)– die Reibungsverhältnisse– die Bauteilfestigkeit– die Lebensdauer– die Korrosionsbeständigkeit– die Untersuchung kompletter Getriebe bei simuliertem

Fahrbetrieb zur Abstimmung der einzelnen Komponenten auf das vom Kunden gewünschte Schaltgefühl.

Moderne Fertigungstechnologiengestatten eine preisgünstige Auslegung der Bauteile bzw. Komponenten durch:� spangebende oder spanlose Fertigung in Wälzlagerqualität� Fließpresstechnologie� Oberflächenbehandlung

(z.B. Härten)� Oberflächenbeschichtung

(INA-Corrotect®-Beschichtung und DSV-Dünnschicht-Verchromung)

� hauseigene Kunststoffverarbeitung� Feinstanzfertigung� modernste Schweiß- und Verbindungstechniken.

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Anforderungen an das Schaltgetriebe

Die Kundenakzeptanz eines Kraftfahrzeugs wird wesentlich beeinflusst durch die sichere Funktion des Schaltgetriebes und seine optimale Abstimmung auf das Gesamtkonzept des Fahrzeugs.Durch den zunehmenden Wunsch nach Komfort werden jedoch als zusätzliche Bewertungskriterien für die Qualität eines Schaltgetriebes auch die Bedienbarkeit, der Schaltkomfort und die Vermittlung eines positiven Schaltgefühls eingesetzt.

Forderungen des Fahrers an die Bedienbarkeit des Schaltgetriebes – Bild 1 Da der Fahrer nur durch das Schaltsystem den direkten Kontakt zum Getriebe erhält, ist die „spürbare“ Qualität der Schaltung ein wichtiges Kriterium zur positiven oder negativen Beurteilung des Fahrzeugs. Der Fahrer wünscht:

jederzeit sicher über die aktuelle Schaltposition informiert zu seinbeim Schaltvorgang einen exakt definierten Schalt-widerstand zu fühlenwährend des Schaltvorgangs nur einen niedrigen und gleichmäßigen Kraftaufwand aufzubringennur kurze Schaltwege auszuführen.

Forderungen des Konstrukteurs an den SchaltvorgangDie „spürbare“ Qualität der Schaltung kann durch eine entsprechende konstruktive Gestaltung des Schaltgetriebes und der eingesetzten Produkte erreicht werden.Gangwechsel werden positiv beurteilt, die:� exakt� schnell� kraftarm und� leichtgängig ablaufen.

Ideale Schaltung – Bild 2 Das subjektiv empfundene „positive Schaltgefühl“ in technische Anforderungen umzusetzen, ist äußerst schwierig.Ein Lösungsansatz dazu ist z.B. die am Schaltvorgang beteiligten, mechanischen Elemente – bezogen auf ihren Weg-, Zeit- und Kraftverlauf – zu untersuchen und zu bewerten. Die einzelnen Schaltvorgänge in ihrer Ausführung, zeitlichen Abfolge und Geschwindigkeit beschreiben so eine technisch handhabbare Schaltung, die ideale Schaltung.

GangwechselDer Gangwechsel besteht aus dem Wähl- und dem Schaltvorgang:

beim Wählen wird die Schaltgasse ausgewähltbeim Schalten wird der entsprechende Gang ansynchronisiert und geschaltet.

Bild 1 · Kriterien zur Vermittlung eines positiven Schaltgefühls

Bild 2 · Ideale Schaltung – Wähl- und Schaltvorgang

1

2

3

4

1

2

2

1 3

4

5R

minimal

Fs

minimal

1 2

3

4

134

092

1 3 5

R2 4

+

1 3 5

R2 4

+

1

2

134

095

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Idealer Momentenverlauf beim Wählvorgang

Damit der Fahrer den idealen Bewegungsablauf beim Wählen einer Schaltgasse vermittelt bekommt, muss:� der Schalthebel in der Neutralstellung positioniert sein� der Bewegungsverlauf ruckfrei über den gesamten

Schwenkbereich erfolgen� der Kraftaufwand nur gering sein und sanft ansteigen.

Theoretisch idealer MomentenverlaufIn Bild 3 ist der theoretisch ideale Momentenverlauf beim Schwenken des Schalthebels aus der Neutralstellung in die jeweilige Endposition dargestellt.Im Bewertungsschema ist der Schwenkverlauf durch eine positive und eine negative Bewegungsrichtung gekennzeichnet.

Positive BewegungsrichtungEine positive Bewegungsrichtung liegt vor, wenn der Schalt-hebel z.B. in die Schaltgasse 5. Gang/R-Gang schwenkt.

Negative BewegungsrichtungSchwenkt der Schalthebel z.B. in die Schaltgasse 1. Gang/2. Gang, so entspricht das einer negativen Bewegungs-richtung. Die umgekehrte Bewegungsrichtung ändert auch die Momentenrichtung.

Interpretation des MomentenverlaufsDer sofortige Anstieg der Kurve aus der Nullinie wird durch die spielfreie Lagerung/Positionierung des Schalthebels in der Neutralstellung erreicht.Der weitere Verlauf ist ruckfrei stetig und sanft ansteigend. Ein horizontaler Verlauf – er entspricht einer konstanten Schaltkraft – würde als undefiniert und instabil empfunden.Die Endposition des Schalthebels wird durch den erneuten Momentenanstieg erreicht. Dieser Momentenverlauf wird vom Fahrer grundsätzlich positiv empfunden.Die Hysterese des Rückstellmoments ist kleiner durch die Massenträgheit der zurückbewegten Bauteile.

Bild 3 · Momentenverlauf beim Wählvorgang

1

2

3

4

1

1

2

2

3

3

4

4

1

– +

3 5

2

0– +

0–

+

4 R

= Neutralstellung

= Wählweg

= Endstellung (Schaltgasse 5./R-Gang)

= Rückweg

= Wählbewegung

= Rückstellung

Schwenkwinkel

Wäh

lmom

ent

162

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Schaltelemente in Kfz-Getrieben, z.B. Schaltwellen, Schaltschienen, Schaltstangen und Umlenkhebel müssen ent-sprechend ihrer Funktion im Getriebegehäuse gelagert werden. Die Art der Lagerung – Gleit- oder Wälzlagerung – beeinflusst wesentlich den Schaltvorgang, den Schaltverlauf und damit das Schaltgefühl des Fahrers.

Momentenverlauf bei gleitgelagertem sowie teilweise wälzgelagertem Schaltsystem – Bild 4 Das zu vergleichende Schaltsystem eines Serien-schaltgetriebes ist in einem Aluminiumgehäuse montiert und mit eingehender Schaltwelle, Schaltschienen sowie einem Umlenkhebel aus Stahl ausgeführt.Schaltwelle und Schaltstangen sind in spangebend gefertigten Bohrungen des Getriebegehäuses gleitgelagert.

Schaltsystem mit gleitgelagerten ElementenDer Umlenkhebel ist beidseitig auf Stahlzapfen gleitgelagert.

Schaltsystem mit teilweise wälzgelagerten ElementenZum Vergleich ist der Umlenkhebel auf dem Stahlzapfen wälzgelagert.

MessbedingungGemessen wurde die Wählbewegung in der Neutralposition der Schaltgasse bzw. im 1./2. Gang bis zur jeweils gegenüber-liegenden Position 3./4. Gang bzw. 5./R-Gang. Die Schwenkbewegung erfolgt in weniger als 2 s. Der Schwenkwinkel der Schaltwelle war max 12°. Das Moment wurde an der Schaltwelle am Getriebeeingang abgenommen.Mehrere Messungen der Bewegung sind in Bild 4 überlagert dargestellt.

Interpretation des MomentenverlaufsDie reine Gleitlagerausführung zeigt eine ungenaue Neutralstellung des Schalthebels. Die Reibung zwischen den beweglichen Bauteilen führt zu hohen Verlusten der Rückstellkraft (Hysterese).Durch die erheblich geringere innere Reibung der Wälzlager wird der Momentenverlauf deutlich verbessert und die Hysterese ist geringer. Auch die Rückstellung des Schalt-hebels in die Neutralposition zeigt sich genauer.

Bild 4 · Vergleich des Momentenverlaufs beim Wählvorgang – Umlenkhebel gleit-/wälzgelagert

1

2

0

0–

+ 0– +

+

0

+

1 3 5

R42

+–

Umlenkhebel gleitgelagert Umlenkhebel wälzgelagert

Wäh

lmom

ent

Wäh

lmom

ent

Schwenkwinkel Schwenkwinkel 180

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Idealer Kraftverlauf beim Schaltvorgang

Während des Schaltverlaufs bzw. des Schaltwegs treten positive oder negative Schaltkräfte auf.

Positive SchaltkräfteDie positiven Schaltkräfte wirken der Handbewegung des Fahrers entgegen.

Negative SchaltkräfteDie negativen Schaltkräfte ergeben sich aus der Umkehr der Schaltkraftrichtung. Der Fahrer empfindet eine Entlastung.

Theoretisch idealer SchaltkraftverlaufIn Bild 5 ist der theoretisch ideale Schaltkraftverlauf – siehe auch Punkt Ideale Schaltung – für den notwendigen Schaltweg beim Einlegen des entsprechenden Ganges beschrieben.

Interpretation des SchaltkraftverlaufsDer Schaltvorgang wird aus der Neutralstellung mit dem Schalthebel eingeleitet.Der Anstieg zur ersten Kraftspitze – dem Synchronisieren der Drehzahl – erfolgt klar spürbar, ist nicht zu hoch und bricht nicht abrupt ab.Die zweite Kraftspitze kennzeichnet das sanfte Eingreifen der Schaltverzahnung.Die Umkehr der Kraftrichtung vermittelt das Gefühl, dass der Gang seine Endposition selbsttätig erreicht hat. Der Schaltvorgang ist hier beendet, da der Schalthebel definiert einrastet.Beim Zurückschalten des Ganges aus der Endposition erfolgt ein genau abgestimmter Kraftanstieg mit anschließender Kraftumkehr.

Bild 5 · Theoretisch idealer Kraftverlauf beim Schaltvorgang

1

2

3

4

5

2 4 R

1

+

+

3 5

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

= Neutralstellung

= Synchronisieren

= Eingriff der Schaltverzahnung

= Endposition

= Herausnehmen des Ganges

Schaltweg0

+–

Sch

altk

raft

0

162

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Je früher und bestimmter die Kraftumkehr eintritt, d.h. der Schalthebel in seine Ausgangsposition in der Schaltgasse zurückspringt, desto höher ist die Sicherheit für den Fahrer, dass der Gang korrekt entkuppelt ist.

Schaltkraftverlauf – VergleichsmessungIn Bild 6 sind Kraftverläufe beim Schaltvorgang zwischen dem 1. und 2. Gang sowie zwischen dem 2. und 3. Gang abgebildet.

MessbedingungFür die Aufzeichnung wurden Mehrfachmessungen an der ein-gehenden Schaltwelle einer wälzgelagerten Getriebeschaltung durchgeführt. Die Messungen sind im Bild übereinander projiziert dargestellt.

Interpretation des SchaltkraftverlaufsDie Bewegung im Bild nach rechts zeigt den Schaltverlauf in den 1. bzw. 3. Gang, die nach links den Verlauf in den gegen-überliegenden 2. Gang. Da sich hier die Bewegungsrichtungen umkehren, ändern sich auch die Kraftrichtungen.Deutlich zu erkennen sind die im Kapitel Idealer Kraftverlauf beim Schaltvorgang beschriebenen Schaltpunkte. Der Kraft-aufwand ist je nach Gang zwar eindeutig unterschiedlich hoch, jedoch noch nicht ideal ausgebildet.Beim Schalten in den 1. und 2. Gang erscheint die Kraft-differenz zwischen den Punkten der Drehzahlsynchronisation und dem Durchschalten in die Schaltverzahnung des Zahn-rades noch zu groß, um als angenehm empfunden zu werden.

Bild 6 · Kraftverlauf beim Schaltvorgang – Vergleich –

1 3 5

R2 4

+

2.Gang

1.Gang

2.Gang

3.Gang

Schalten zwischen 2. und 3. GangSchalten zwischen 1. und 2. Gang

Schaltweg0– +

+

0–

Sch

altk

raft

Schaltweg0– +

+

0–

Sch

altk

raft

162

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Zusammenfassung

Separate Optimierungsmaßnahmen alleine erbringen, auch unter dem Einsatz technisch aufwendiger und perfekter Lagerprodukte, noch nicht den geforderten Komfort für das gesamte Schaltsystem.INA entwickelt und produziert deshalb in Abstimmung auf das jeweilige Getriebe-Gesamtkonzept spezifische Produkt-baureihen für die Schaltung in Kfz-Getrieben. Eine Auswahl dieser praxisbewährten Produkte ist in Bild 7 dargestellt.

Produkte für Kfz-Schaltgetriebe – AuswahlPermaglide®-Gleitlager für Dreh- und LängsbewegungWälzlager für Dreh- und begrenzte Längsbewegung für runde WellenquerschnitteWälzlager für begrenzte Längsbewegung bei rechteckigem WellenquerschnittWälzlager für begrenzte Längsbewegung mit Drehmomentübertragung

Wälzlager für Dreh- bzw. Schwenkbewegung zur Lagerung von Schaltschwingen wie z.B. Nadelhülsen, Nadelbüchsen, SchrägkugellagerArretierungZwischenring für die Mehrkonus-SynchronisationSchalteinheit.

EntwicklungstendenzVeranlaßt durch die Forderung nach Komplettlösungen liefert INA auch Komponenten bzw. Subsysteme.Diese Produkte:� vereinen mehrere Funktionen in einem Bauteil� sind exakt an die Anschlusskonstruktion angepasst� verringern die Fertigungstiefe in der Getriebemontage.

Bild 7 · Produkte für Kfz-Schaltgetriebe – Auswahl –

1

2

3

4

5

6

7

8

136

156

123

011

123

012

123

013

105

103

134

074

140

104

014

073

Baureihe PAP1 Baureihe RLF2 Baureihe RLF3 Baureihe RLF4

Baureihe HK..RS5 Baureihe ARRE6 Baureihe SYN7 Schalteinheit8

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Sac

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INA Wälzlager Schaeffler oHG91072 Herzogenaurachwww.ina.comDeutschland:Telefon 0180 /5 00 38 72Telefax 0180 /5 00 38 73Andere Länder:Telefon +49 / 9132 /82-0Telefax +49 / 9132 /82-49 50