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Die
Erfindung betrifft eine Rastiervorrichtung zur Rastierung einer
aus einem Neutralbereich auslenkbaren Schaltschiene für ein Schaltgetriebe,
insbesondere für
eine von einem Aktuator bewegbare Schaltschiene eines Doppelkupplungsgetriebes
eines Kraftfahrzeuges, wobei die Schaltschiene an ihrer Oberfläche eine
Vertiefung aufweist, und wobei die Rastiervorrichtung eine im wesentlichen
senkrecht zur Oberfläche
der Schaltschiene federnd gelagerten Rastelement, vzw. eine Rastkugel
aufweist, wobei das Rastelement im Neutralbereich in die Vertiefung
eingreift.
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Im
Stand der Technik sind unterschiedlich ausgeprägte Schaltschienen für Schaltgetriebe
bekannt. In einem Schaltgetriebe mit mehreren Gängen bzw. Gangstufen, beispielsweise
in einem Kraftfahrzeuggetriebe, dienen die Schaltschienen zum Einlegen
und/oder Herausnehmen von Gängen,
wobei über
eine Schaltschiene vzw. zwei verschiedene Gänge eingelegt bzw. herausgenommen
werden können.
So können
mit einer Schaltschiene beispielsweise durch eine Bewegung in eine
Richtung der erste Gang eingelegt und durch die Bewegung in die
entgegensetzte Richtung der erste Gang herausgenommen und bei weiterer
Bewegung in diese Richtung der dritte Gang eingelegt werden. Die
Schaltschiene ist hierzu in dem Schaltgetriebe in Längsrichtung
beweglich gelagert. Zwischen den beiden Positionen, in denen keiner
der Gänge
eingelegt ist, befindet sich die Schaltschiene in einem Neutralbereich oder
bspw. auch wenn ein Gang eingelegt ist, der dieser Schaltschiene
nicht zugewiesen ist. Beim Einlegen eines Ganges durchläuft die
Schaltschiene einen sogenannten Synchronbereich, in dem die zu dem einzulegenden
Gang gehörenden
Zahnräder
in ihrer Umfangsgeschwindigkeit zueinander synchronisiert werden,
so dass sie anschließend
ineinander greifen und ein Moment übertragen können. Dieser Synchronbereich
schließt
sich in Bewegungsrichtung der Schaltschiene jeweils an den Neutralbereich
an, so dass dieser von der Schaltschiene jeweils „durchlaufen
werden muss", wenn
ein Gang herausgenommen oder eingelegt wird.
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In
Schaltgetrieben modernerer Bauart bspw. in Automatikgetrieben, wird
die zur Bewegung der Schaltschiene notwendige Kraft nicht oder nicht
ausschließlich über einen
in die Fahrgastzelle des Fahrzeugs hineinragenden Schaltknüppel, sondern über einen
Aktuator aufgebracht. Dies kann ein hydraulischer, pneumatischer
oder auch elektromechanischer Antrieb der Schaltschiene sein. Ein
solcher Antrieb übt
einerseits eine Kraft auf eine Schaltschiene aus, wenn ein Gang
eingelegt oder herausgenommen werden soll. Andererseits kann ein
solcher Aktuator eine Haltekraft auf die Schaltschiene ausüben, um
diese im Neutralbereich zwischen zwei Gängen „zu halten" und um damit zu verhindern, dass sich
die Schaltschiene unbeabsichtigt in einen der an den Neutralbereich
angrenzenden Synchronisierabschnitte bewegt. Allerdings sind derartige
Aktuatoren, bspw. bei einem Transport des Kraftfahrzeuges (Pkw)
auf einem Transporter nicht immer „aktiviert", so dass eine unbeabsichtigte Bewegung
der Schaltschienen aufgrund äußerer Einflüsse denkbar
ist und bspw. zu entsprechenden Störgeräuschen führen kann.
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Aus
dem Stand der Technik sind mehrere Möglichkeiten bekannt, die eine
ungewollte Bewegung einer Schaltschiene aus dem Neutralbereich heraus
verhindern. So ist beispielsweise eine Rastiervorrichtung bekannt,
bei der eine Rastkugel durch Federkraft in eine Kerbe an einer bestimmten
Stelle der Oberfläche
einer Schaltschiene gedrückt
wird und somit eine Rastierung der Schaltschiene in einer bestimmten
Position bewirkt. Bei Schaltgetrieben moderner Bauart, in denen
die Bewegung der Schaltschiene durch einen Aktuator bewirkt wird,
der permanent eine Kraft auf die Schaltschiene ausübt, kann die
vorerwähnte
mechanische Rastierung durch eine entsprechende Steuerung ersetzt
sein, die die Schaltschiene in einer Position im Neutralbereich
fixiert. Eine solche Fixierung der Schaltschiene durch einen Aktuator
weist den Nachteil auf, dass der Aktuator nicht nur zum Einlegen
oder Herausnehmen eines Ganges, sondern permanent mit Hydraulik-
bzw. Pneumatikdruck beaufschlagt bzw. ein elektromechanischer Aktuator
angesteuert werden muss. Die vorerwähnte mechanische Lösung mit
einer in eine Kerbe der Schaltschiene durch Federkraft einrastenden
Rastkugel weist den Nachteil auf, dass die Schaltschiene von dem
Aktuator exakt in die Einrastposition geführt werden muss. In dem Fall,
dass die Einrastposition nicht exakt mit der in der Regelung des
Aktuators zulässigen
Position übereinstimmt,
arbeiten die mechanische Rastierung und der Aktuator bzw. die entsprechenden
Kräfte
unerwünscht
gegeneinander.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Rastiervorrichtung
für eine
Schaltschiene derart auszugestalten und weiterzubilden, so dass die
vorgenannten Nachteile vermieden sind.
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Die
zuvor aufgezeigte Aufgabe ist nun dadurch gelöst, dass die Vertiefung in
Auslenkrichtung der Schaltschiene länglich ausgebildet ist, wobei
in Auslenkrichtung der Schaltschiene die Länge der Vertiefung größer als
die geometrische Ausdehnung des in die Vertiefung eingreifenden
Wirkbereiches des Rastelementes ist. Dadurch, dass nun die Vertiefung
in Auslenkrichtung/Bewegungsrichtung der Schaltschiene länger ist
als die geometrische Ausdehnung des in die Vertiefung eingreifenden
Wirkbereiches des Rastelement, ist die Neutralposition der Schaltschiene
nicht auf einen Punkt, sondern auf einen Bereich festgelegt. Die
Schaltschiene kann sich somit in dem Neutralbereich bewegen, wobei
die Bewegung durch das in die Vertiefung eingreifende Rastelement
begrenzt ist. Eine solche geometrische Gestaltung der Rastierung
an der Schaltschiene hat den Vorteil, dass ein genauer Abgleich
der Wegregelung zwischen mechanischer Rastposition und angesteuerter
Rastposition entfallen kann. Wenn der Aktuator die Schaltschiene
einmal in den Neutralbereich bewegt hat, muss der Aktuator die Schaltschiene
nun nicht mehr exakt an einer Neutralposition halten. Eine Haltekraft
des Aktuators, um die Schaltschiene in ihrem Neutralbereich zu halten,
muss vom Aktuator nicht mehr aufgebracht werden, da nunmehr die
Rastierung die Positionierung der Schaltschiene innerhalb des Neutralbereichs
bewirkt. Die Rastierung ist somit auch bei ausgefallenem oder abgeschaltetem
Aktuator wirksam. So greift diese Rastierung insbesondere dann ein,
wenn das Kraftfahrzeug beispielsweise auf einem Autozug oder auf
einem Anhänger
transportiert wird und das Getriebe dabei erschüttert wird, so dass die Schaltschiene
sich nicht ungewollt verschieben kann, obwohl der Aktuator nicht
beaufschlagt ist. Auch entsprechende Störgeräusche sind vermieden. Insgesamt
sind durch diese geometrische Ausgestaltung die beschriebenen Nachteile
vermieden und entsprechende Vorteile erzielt.
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Eine
Variante des der Erfindung zugrunde liegenden Gedankens ist eine
Regelungsvorrichtung für
eine aus einem Neutralbereich auslenkbare Schaltschiene, die von
einem Aktuator bewegbar ist. Diese Regelung ist dann dadurch gekennzeichnet, dass
sie einen Aktuator zur Bewegung der Schaltschiene innerhalb des
Neutralbereichs und mindestens einen Sensor zur Erfassung der Endpunkte
des Neutralbereichs der Schaltschiene, vzw. zwei Sensoren aufweist.
Sobald die Schaltschiene ohne aktive Einwirkung des Aktuators, also
unerwünscht,
einen Endpunkt des zulässigen
Neutralbereichs erreicht, wird das Erreichen des Endpunktes durch
den Sensor einer Regelung signalisiert. Dieses Signal veranlasst
den Aktuator dazu, die Schaltschiene wieder zurück in den Neutralbereich zu
verschieben. Eine solche Krafteinwirkung durch den Aktuator findet
jedoch nur statt, wenn die Schaltschiene einen Endpunkt des Neutralbereichs
erreicht, so dass eine permanente Regelung und Ansteuerung des Aktuators
zur exakten Positionierung der Schaltschiene nicht stattfindet.
Ebenso wie die oben beschriebene rein mechanische Rastiervorrichtung
erlaubt auch diese Variante eine Positionierung der Schaltschiene
in dem zulässigen
Neutralbereich, ohne dass es einer permanent anliegenden Haltekraft
durch den Aktuator zum Festhalten der Schaltschiene in dem Neutralbereich
oder einer präzisen
Ansteuerung eines Punktes bedarf, an dem die Schaltschiene von einer
mechanischen Rastierung gehalten wird. Die Krafteinwirkung des Aktuators,
der die Schaltschiene bei Erreichen eines Endpunktes des Neutralbereichs
zurück
in den zulässigen
Bereich verschiebt bzw. ein Verlassen des Neutralbereichs verhindert,
wird bei der oben erwähnten
mechanischen Variante durch das Erreichen des Endes der Vertiefung
durch das Rastelement bewirkt. Bei Erreichen des Endpunktes des Neutralbereichs
gleitet hier das Rastelement auf einen ansteigenden Übergangsabschnitt
auf und erzeugt so die auf die Schaltschiene wirkende Rückstellkraft.
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Es
gibt nun mehrere Möglichkeiten,
die erfindungsgemäße Rastiervorrichtung
in vorteilhafter Art und Weise auszugestalten und weiterzubilden.
Hierzu darf zunächst
auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen
werden. Im Folgenden soll nun das bevorzugte Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Rastiervorrichtung
anhand der 1 näher erläutert werden:
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1 zeigt
einen Schnitt durch einen Ausschnitt aus einer Schaltschiene 1 entlang
ihrer Auslenkungsrichtung bzw. möglichen
Auslenkrichtungen, die hier durch den Pfeil 2 angegeben
ist bzw. sind. Die Auslenkung der Schaltschiene 1 ist hierbei
eine Relativbewegung zu den Zahnrädern der der Schaltschiene 1 zugeordneten
Gänge und
damit zum Getriebegehäuse 3,
in dem die Wellen bzw. die Zahnräder „ortsfest" gelagert sind. Der
Ausschnitt zeigt nur den für
die Erfindung notwendigen Teil der Schaltschiene 1 bzw.
der Rastiervorrichtung 8. Die an den Enden der Schaltschiene 1 angebrachten
Schiebemuffen, sowie die zur Bewegung der Schaltschiene beim Einlegen
der Gänge
vorgesehenen Aktuatoren sind in der 1 nicht
dargestellt.
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Für das dargestellte
Ausführungsbeispiel wird
angenommen, dass der Schaltschiene 1 zwei Gänge zugeordnet
sind, von denen der eine eingelegt ist, wenn die Schaltschiene 1 sich
in der maximalen Auslenkung zu der einen Seite (bspw. nach links) befindet
und der andere dann eingelegt ist, wenn die Schaltschiene 1 sich
an dem maximal entfernten Auslenkungspunkt der entgegengesetzten
Richtung (bspw. nach rechts) befindet. Zwischen diesen beiden Punkten
der maximalen Auslenkung der Schaltschiene gibt es einen Neutralbereich 4,
in welchem keiner der beiden Gänge
eingelegt ist. Innerhalb des Neutralbereichs 4 kann die
Schaltschiene 1 ohne Auswirkung auf die Gangstellung des
Getriebes bewegt werden. An beide Seiten dieses Neutralbereichs 4 schließt sich
jeweils eine Bewegungsstrecke an, der sogenannte Synchronbereich 5a bzw. 5b. Dieser
dient dazu, während
der Bewegung der Schaltschiene 1 durch diesen Synchronbereich 5a, 5b die
Zahnräder
des einzulegenden Gangs in ihrer Umfangsgeschwindigkeit beispielsweise
mit Hilfe hier nicht dargestellter Synchronringe zu synchronisieren,
so dass die Zahnräder
beim Einlegen des Ganges ineinander greifen können. Eine Bewegung der Schaltschiene 1 aus
dem Neutralbereich 4 in einen Synchronbereich 5a bzw. 5b darf
somit im wesentlichen nur dann erfolgen, wenn kein anderer Gang
eingelegt ist, also ein bewusster Gangwechsel stattfinden soll.
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Die
Schaltschiene 1 weist nun an ihrer Oberfläche eine
Vertiefung 6 und zwei von der Vertiefung 6 ansteigende Übergänge 7a, 7b auf.
Weiterhin ist die Rastiervorrichtung 8 relativ zu dem Getriebegehäuse 3 unbeweglich
gelagert, also beispielsweise mit einem Ende mit dem Getriebegehäuse 3 fest
verbunden. Die Rastiervorrichtung 8 ist gegenüber der Schaltschiene 1 so
positioniert, dass sie mit einem Abschnitt an ihrem freien Ende,
nämlich
dem Rastelement 10, in die Vertiefung 6 der Schaltschiene 1 eingreift,
wenn die Schaltschiene 1 im Neutralbereich 4 der
Auslenkstrecke positioniert ist. Die geometrischen Abmessungen des
Rastelementes 10 und der Vertiefung 6 sind nun
so gewählt,
dass im Zusammenspiel der beiden die Schaltschiene 1 innerhalb des
Neutralbereichs 4 frei beweglich ist, das Rastelement 10 eine
Bewegung der Schaltschiene 1 innerhalb des Neutralbereichs 4 also
nicht beeinflusst. Dazu ist die Vertiefung 6 der Schaltschiene 1 in
Auslenkrichtung 2 der Schaltschiene 1 länglich ausgebildet,
wobei die Länge
der Vertiefung 6 in Auslenkrichtung 2 größer als
die geometrische Ausdehnung in dieser Richtung des in die Vertiefung 6 eingreifenden Wirkbereiches
des Rastelementes 10 ist. Das Eingreifen des Rastelementes 10 in
die Vertiefung 6 führt
damit dazu, dass die Schaltschiene 1 innerhalb des Neutralbereichs 4 bewegbar
und somit insbesondere nicht an einem Punkt fest positioniert ist,
so dass die durch das Eingreifen des Rastelementes 10 in
die Vertiefung 6 bewirkte Rastierung keine Rastierung in
einem Punkt, sondern in einem Bereich vzw. entlang der ebenen Fläche der
Vertiefung 6 ist.
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Die
Rastiervorrichtung 8 ist dabei immer vzw. so ausgebildet,
dass das Rastelement 10 im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche der
Schaltschiene 1 federnd gelagert ist, so dass das Rastelement 10 gegen
die Federkraft bewegbar ist und die Rastiervorrichtung 8 in
ihrer Gesamtlänge
damit verkürzt
wird. Damit ist eine Bewegung der Schaltschiene 1 außerhalb
des Neutralbereichs 4 möglich.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist das Rastelement 10 als Rastkugel 10a ausgebildet,
die gegen die Kraft der Feder 11 und somit senkrecht zur
Bewegungsrichtung der Schaltschiene 1 bewegbar ist. Die
Feder 11 ist hier in einer Hülse 12 angeordnet,
so dass diese die Bewegungs- und Kraftrichtung der Feder 11 vorgibt.
Zur Halterung der Rastkugel 10a weist die Hülse 12 an
ihrem einen Ende eine ringförmige
Ausformung nach innen auf, die das Herausfallen der Rastkugel 10a aus
der Hülse 12 verhindert.
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Im
hier nicht dargestellten, ausgelenkten Zustand der Schaltschiene 1,
wenn also über
die Schaltschiene 1 ein Gang eingelegt wurde, die Schaltschiene 1 sich
außerhalb
des Neutralbereichs 4 befindet und das Rastelement 10,
hier also die Rastkugel 10a, nicht in die Vertiefung 6 eingreift,
ist die Rastkugel 10a gegen die Kraft der Feder 11 teilweise
in die Hülse 12 gedrückt und
drückt
gegen die Oberfläche
der Schaltschiene 1, bzw. läuft auf deren Oberfläche bei
einer Bewegung der Schaltschiene 1.
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An
die Vertiefung 6 schließt sich zu beiden Seiten jeweils
in Bewegungsrichtung der Schiene ein vzw. stetig steigender Übergangsabschnitt 7a, 7b an, wobei
die Länge
des Übergangsabschnitts 7a, 7b gleich
der Länge
der zur Synchronisation notwendigen Bewegungsstrecke, also des Synchronbereichs 5a, 5b der
Schaltschiene 1 ist. Durch diesen stetigen Anstieg von
der Vertiefung 6 auf die um die Vertiefung herum befindliche
Oberfläche
der Schaltschiene 1 wird bei der Bewegung der Schaltschiene 1 aus dem
Neutralbereich 4 heraus und durch den sogenannten Synchronbereich 5a, 5b hindurch
eine stetige Zunahme der zur Bewegung der Schaltschiene 1 aufzubringenden
Kraft dadurch bewirkt, dass das Rastelement 10 durch das
Aufgleiten auf den ansteigenden Übergangsabschnitt 7a, 7b entgegen
der Kraft der Feder 11 bewegt wird und somit eine Kraft auf
die Schaltschiene 1 ausübt,
die der Bewegung der Schaltschiene aus dem Neutralbereich 4 entgegengesetzt
ist. Dies bewirkt, dass beim Einlegen eines Ganges die Schaltschiene 1 entgegen
dieser Rückstellkraft
bewegt werden muss und damit insbesondere, dass die Schaltschiene 1 nicht
in den Synchronbereich 5a, 5b „hineinspringt", sondern ein gleichmäßiges und
damit für
das Getriebe schonendes „Ansynchronisieren" möglich wird.
Im umgekehrten Fall, wenn also ein Gang herausgenommen wird und
die Schaltschiene 1 aus einer ausgelenkten Position in
den Neutralbereich 4 bewegt wird, bewirkt dies eine in
Bewegungsrichtung der Schaltschiene 1 gerichtete und damit
die Bewegung unterstützende Kraft.
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Bei
einer Bewegung der Schaltschiene 1 aus dem Neutralbereich 4 in
einen der Synchronbereiche 5a, 5b wird die Schaltschiene 1 gleichzeitig
gegenüber
der feststehenden Rastiervorrichtung 8 bewegt, so dass
das Rastelement 10 aus der Vertiefung 6 über einen
der ansteigenden Übergangsabschnitte 7a, 7b bewegt
wird. In vorteilhafter Weise kann das Gefälle bzw. die Steigung des Übergangsabschnitts 7a, 7b nun
so ausgebildet sein, dass das Gefälle bzw. die Steigung an den
beiden Enden des Übergangsabschnitts 7a, 7b geringer
als in der Mitte ist, so dass für
die Bewegung des Rastelementes 10 entgegen der Feder 11 ein
sanfter Übergang
gegeben ist. Durch die Kraft der Feder 11, die hier auf
die Rastkugel 10a wirkt, wird eine der Bewegung der Schaltschiene 1 entgegen
gerichtete Rückstellkraft
bewirkt, welche bei ungewünschter
Bewegung der Schaltschiene 1 bewirkt, dass diese nicht
aus dem Neutralbereich 4 gelangt. Wird hingegen die Schaltschiene 1 von
einem Aktuator bewegt, um einen Gang einzulegen, so bewirkt der
sanfte Übergang
von der Vertiefung 6 auf einen Übergangsabschnitt 7a, 7b einen sanften
Anstieg der zur Bewegung der Schaltschiene 1 notwendigen
Kraft, die der Rückstellkraft
des Rastelementes 10 entgegengerichtet ist.
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Die
Rastiervorrichtung 8 hat die Funktion zu verhindern, dass
die Schaltschiene 1 den Neutralbereich 4 ungewollt
verlässt.
Während
der Positionierung der Schaltschiene 1 in dem Neutralbereich 4 soll die
Rastiervorrichtung 8 jedoch nach Möglichkeit keine Wirkung zeigen.
Dazu kann die Rastiervorrichtung 8 so ausgestaltet sein,
dass die Rastiervorrichtung 8 die Schaltschiene 1 innerhalb
der Vertiefung 6 nicht berührt, so dass selbst eine geringe
Reibkraft, die durch die auf dem Boden der Vertiefung 6 laufende Rastkugel 10a bewirkt
würde,
nicht entsteht. Dies kann in vorteilhafter Weise dadurch erreicht
werden, dass die Tiefe der Vertiefung 6 so gewählt ist,
dass die Länge
des in die Vertiefung 6 eingreifenden Abschnittes 9 also
die in 1 dargestellte „Ausrichtung 9" größer ist
als die Tiefe der Vertiefung 6. Dadurch wird auch bewirkt,
dass die sowohl die Rastkugel 10a als auch die Vertiefung 6 weniger
schnell verschleißen.
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In
einer einfachen Ausführungsform
kann die Rastiervorrichtung 8 so ausgebildet sein, dass
sie eine Hülse 12,
eine in der Hülse 12 angeordnete
Feder 11 und eine auf der Feder 11 gelagerte Rastkugel 10a aufweist,
wobei die Rastkugel 10a entgegen der Kraft der Feder 11 zumindest
teilweise in die Hülse 12 gedrückt werden
kann. Eine solche vergleichsweise einfache Konstruktion ist einerseits
ausfallsicher, andererseits bewirkt die Rastkugel 10a bei
der Bewegung der Schaltschiene 1 aus dem Neutralbereich 4 durch
einen Synchronbereich 5a, 5b nur eine vernachlässigbare
kleine Reibkraft, wenn die Rastkugel 10a auf der Oberfläche der
Schaltschiene 1 rollen kann. Dazu ist in vorteilhafter
Weise die Rastkugel 10a drehbar in der Hülse 12 gelagert.
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Die
Rastiervorrichtung 8 muss gegenüber der Schaltschiene 1 so
positioniert sein, dass die Rastiervorrichtung 8 im Neutralbereich 4 in
die Vertiefung 6 eingreift. Betrachtet man die Bewegung
der Schaltschiene 1 als Relativbewegung gegenüber dem
Getriebegehäuse 3,
so ist der Neutralbereich 4 in der Bewegung der Schaltschiene 1 „ortsfest" gegenüber dem
Getriebegehäuse 3.
Damit kann in vorteilhafter Weise die Rastiervorrichtung 8 an
dem Getriebegehäuse 3 befestigt
werden. Als einfache und bewährte
Möglichkeit
der Halterung an dem Getriebegehäuse 3 kann
die Rastiervorrichtung 8 mit dem Getriebegehäuse 3 über ein
Gewinde verbunden sein. Dieses Gewinde kann ein durch die Getriebegehäusewand
hindurchgehendes Gewinde sein, so dass die Rastiervorrichtung 8 in
vorteilhafter Weise von außen
eingeschraubt werden kann. Ein nur von der Innenseite des Getriebes
zugängliches
Sackgewinde, in dem die Rastiervorrichtung 8 eingeschraubt ist,
hätte demgegenüber den
Vorteil, dass Undichtigkeiten des unter Druck stehenden Getriebegehäuses 3 in
jedem Fall vermieden werden.
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Im
Ergebnis sind mit der vorgeschlagenen Rastiervorrichtung 8 entscheidende
Vorteile erzielt und die eingangs beschriebenen Nachteile vermieden.
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- 1
- Schaltschiene
- 2
- Pfeil
- 3
- Getriebegehäuse
- 4
- Neutralbereich
- 5
- Synchronbereiche
- 6
- Vertiefung
- 7
- Übergangsabschnitt
- 8
- Rastiervorrichtung
- 9
- Ausdehnung
- 10
- Rastelement
- 10a
- Rastkugel
- 11
- Feder
- 12
- Hülse