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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Synchronisation eines Getriebes,
insbesondere eine Synchronringsynchronisation mit einer unterliegenden
Feder. Die Feder zeichnet sich dadurch aus, dass deren Funktion
des Ansynchronisierens um mehrere Funktionen erweitert wird. Auch
betrifft die Erfindung eine geeignete Feder für eine erfindungsgemäße
Synchronisation.
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Stand der Technik
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Beispielhaft
kann zur konstruktiven Gestaltung eines typischen Getriebeaufbaus
auf die technischen Dokumentationen der Volkswagen AG zum Sechs-Gang-Schaltgetriebe
08D verwiesen werden. Weiterhin lässt sich eine weithin
bekannte, ähnlich gestaltete Synchronisation in dem Fachbuch „Fahrzeuggetriebe"
der Autoren G. Lechner und H. Naunheimer, ISBN 3-540-57423-9,
nachlesen. Beide Referenzen werden in ihrem Offenbarungsumfang vollinhaltlich
als Grundlagendarstellungen zur Getriebetechnik und der Getriebesynchronisation
inkludiert, um im Folgenden die allgemeinen Begriffe der Getriebesynchronisation
nicht noch einmal ausladend darstellen zu müssen.
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Auch
sind grundlegende Darstellungen zu einzelnen Aspekten der Getriebesynchronisation
in den zum Anmeldezeitpunkt unveröffentlichten Druckschriften
DE 10 2006 044 352.7 und
DE 10 2006 051 399.1 und
in dem veröffentlichten Patent
DE 10 2005 040 400 B3 offenbart,
deren Inhalt als Offenbarungsumfang in die vorliegende Anmeldung
vollinhaltlich inkludiert ist.
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Die üblichen
Einzelteile einer Einfachkonussynchronisierung sind das Gangrad,
der Kupplungskörper, einer oder mehrere Synchronringe,
der Synchronkörper, die Druckfeder, der Kugelbolzen, eines oder
mehrere Druckstücke und eine Schalt- bzw. Schiebemuffe.
Das Gangrad kann ein nadelgelagertes Losrad sein. Der Kupplungskörper
ist häufig mit hinterlegter Schaltverzahnung und einem
Reibkonus außen ausgestattet. Der Synchronring ist über
Anschlagnasen im Synchronkörper geführt. Diese
sind schmaler als die Nuten im Synchronkörper, so dass sich
der Synchronring um einen bestimmten Betrag radial verdrehen kann,
das als Umschlagspiel bezeichnet wird. Der Gegenkonus sitzt innen,
die Verbindung zur Welle erfolgt über die Lagerung im Synchronkörper.
Die Sperrverzahnung liegt außen und ist auf dem Synchronring
angebracht. Der Synchronring ist Hauptfunktionsträger der
Synchronisierung.
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Der
Synchronkörper ist mit einer Steckverzahnung innen ausgestattet,
die den Formschluss mit der Welle gewährleistet. Die Druckfeder,
gewährleistet die Flexibilität der Druckstücke.
Der Kugelbolzen ist in den Rastnuten der Schiebemuffe gelagert (in
der Neutralstellung). Das Druckstück rastiert über Druckfeder
und Kugelbolzen in der Schiebemuffe. Die Schiebemuffe ist mit hinterlegter
Schaltverzahnung (Schaltklauen) innen ausgestattet.
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Beim
Gangwechsel besteht zunächst eine Drehzahldifferenz zwischen
der Welle und dem zu schaltenden Losrad, resultierend aus dem zu überwindenden Übersetzungssprung
i. Die Sperrsynchronisierung sorgt für einen kraftschlüssigen
Drehzahlangleich zwischen Losrad und Welle, insbesondere Antriebs-
oder Abtriebswelle, vor dem Aufbau einer formschlüssigen
Verbindung. Nach einer gängigen Beschreibung lässt
sich der Synchronisationsvorgang in fünf Phasen unterteilen.
Die Phasen sind als Phase I (Ansynchronisieren), als Phase II (Synchronisation),
als Phase III (Entsperren), als Phase IV (Freiflugphase)
und abschließend als Phase V (Einspurphase) zu
charakterisieren.
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Nach
einer bekannten Ausgestaltung wird über eine Einfach- oder
Mehrfachkonussynchronisation eines Synchronringes der Gleichlauf
zwischen zwei Rädern, zum Beispiel einem Festrad und einem Losrad,
zur Kraftübertragung von einer An- zu einer Abtriebswelle
eines Handschaltgetriebes, in der Regel unter Zwischenschaltung
einer oder mehrerer Vorgelegewellen für die meisten Vor-
und Rückwärtsgänge, wenn nicht sogar
für alle, realisiert. Mit einer Schaltmuffe, die insbesondere
als Schiebemuffe ausgelegt ist, wird nach dem Eingreifen der Schaltmuffenverzahnung
zwischen die Zähne der Synchronringverzahnung und der Kupplungskörperverzahnung,
die auch als Sperrverzahnung bezeichnet wird, eine formschlüssige
Kraft- und Drehmomentenübertragung von einem Festrad auf
ein ausgewähltes Losrad des Getriebes verwirklicht. In
einem Synchronkörper werden Druckstücke, häufig über
den kreisförmigen Umfang gleich verteilte, zwischen der Außenverzahnung
des Synchronkörpers eingelassen, damit das Druckstück
oder die Druckstücke bei der Ansynchronisierung behilflich
ist bzw. sind. Das Druckstück, im Folgenden wird der Singular
auch an Stelle des Plurals und umgekehrt verwendet, wird zum Ansynchronisieren
an den Synchronring angelegt, gewährleistet so ein Aneinanderanlegen
der Reibbeläge. Hierbei ist das Druckstück nach
einer Ausgestaltung häufig mehrteilig aufgebaut. Bei vielen Druckstücken
ist aber üblich, dass sie längsbeweglich angeordnet
oder gelagert sind, um in Verschieberichtung der Schaltmuffe eine
Ausgleichsbewegung durchführen zu können.
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Die
weithin bekannte Ausführungsform, das Rastieren der Schiebemuffe
mit einem federvorgespannten, insbesondere kugelförmig
gestalteten, Rastelement als Teil des mehrteiligen Druckstücks, das
auf der Unterseite der Schiebemuffe eingreift, umzusetzen, kann
den Figuren des deutschen Gebrauchsmusters
DE 200 22 345 U1 entnommen
werden. Die unter dem Rastelement liegende Feder lässt sich
zum Beispiel, so wie in dem deutschen Patent
DE 10 2004 036 507 B3 bzw.
in dem äquivalenten Familienmitglied der europäischen
Patentfamilie
EP 1
624 212 A1 dargestellt, in einer Hülse führen.
Alternativ lässt sich auch ein J-förmiger Bügel,
so wie in dem deutschen Patent
DE 196 32 250 C2 abgebildet, zur Federführung
nutzen. Weitere Darstellungen eines Druckstücks mit Schraubenfeder
zum Andrücken eines Rastelements an die Schiebemuffe, insbesondere
in eine nach innen in die Schiebemuffe geformten Rastnut, können
den Druckschriften
DE
195 80 558 C1 ,
DE
199 41 794 A1 ,
KR-A-10
2001 000 3003 und
DE
31 25 424 C2 entnommen werden.
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Aus
der
DE 101 29 097
A1 , auch unter der Nummer
EP 1 270 975 B1 als Patent erteilt, sind
zwei unterschiedliche Ausführungsbeispiele eines Federelements
(eingezeichnet mit den Bezugszeichen
17 und
18)
entnehmbar, das entweder als Schraubenzugfeder oder als bügelförmige
Feder die Synchronringe umgreift, um sie in Richtung auf den dazwischen
liegenden Gleichlaufkörper zu ziehen. Hierdurch soll der
Reibkoeffizient genutzt werden, damit eine Relativbewegung zwischen
Gleichlaufkörper und Synchronring in einer Ausgangsstellung
unterbunden werden kann. Die Feder ist als zusätzliches Bauteil
in der Getriebesynchronisation neben bisher bekannten Druckstücken
integriert worden. Das Spiel der Synchronringe wird dadurch unterbunden,
dass die Getriebesynchronisation nicht nur Druckstücke, sondern
auch Spannfedern aufweist.
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In
den komplette Synchronisationseinheiten darstellenden Figuren des
deutschen Patents
DE 100
06 347 C1 ist eine ein Rastelement unterliegende blattartige
Feder zu sehen, die konstruktiv die Darstellungen aus der
DE 200 22 345 U1 mit
den Darstellungen der
DE
101 29 097 A1 vereint. In dem Patent wird erklärt,
dass eine Feder den nicht funktionsmäßig nutzbaren
Bauraum minimiert.
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Von
dem Konzept der Minimierung des Bauraums für ein Druckstück
weggehend weisen die Druckschriften
DE 101 36 906 A1 ,
DE 102 30 177 A1 , auch
als
WO 2004/005739
A1 veröffentlicht,
DE 102 25 269 A1 ,
DE 103 37 588 A1 und
DE 102 31 602 A1 den
Weg, das ursprünglich massiv ausgestaltete Druckstück
in seinen äußeren Konturen durch ein Blechformteil
nachzubilden, dessen Innenraum hohl ist. Der Austausch eines massiven
Druckstücks durch mehrere Blechformteile, so wie oben benannt, scheint
schon gegenüber früher gemachten Entwicklungen,
z. B. wie in der
DE
100 06 347 C1 beschrieben, in Bezug auf die bessere Nutzung
eines federartigen Druckstücks, trotz dass die Entwicklungen
erst in den Jahren 2001 bis 2003 gemacht worden sind und damit später
entwickelt worden sind, nur nachteilig zu sein.
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Grenzen
in der Auslegung des federartigen Druckstücks werden in
der
US 2 160 091 durch
eine Doppelplättchenverstärkung eines flachen
Kugelaufnahmebleches gelöst, was wiederum zur dickeren Gestaltung
des eigentlich dünn gewünschten Druckstücks
führt.
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Aufgrund
der Relativbewegung zwischen Druckstücken und Schiebemuffe
während des Schaltvorgangs beeinflusst die Reibung die
Funktion der Druckstücke in besonderem Maße. Trotz
des Ölfilms zwischen beiden Teilen ist diese stark von
der Oberflächengüte der Teile und der anliegenden
Federkraft abhängig. Besonders bei den Ausführungen mit
Ringfeder wirkt sich ein durch die Reibung auftretendes Phänomen
besonders stark aus. Das liegt zum einen am höheren Reibwert
und zum anderen daran, dass die Federringe in eine Richtung (von
der Schiebemuffe weg) ein axiales Spiel haben, das zum Ansynchronisieren
benötigt wird.
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Bei
einer Möglichkeit zur Arretierung der Schiebemuffe erfolgt
die Rastierung über eine an einem Schaltfinger angebrachte
Rastkontur, in die eine federbelastete Arre eingreift. Der Schaltfinger
ist fest mit der Schaltwelle verbunden, über welche die Wähl-
und Schaltbewegungen ausgeführt werden. Oft werden Rastkonturen
auch direkt in die Schaltwelle eingearbeitet. Nach einer weiteren
Variante ist eine Schwingenschaltung mit an den Schwingen angebrachten
Rastkonturen und zusätzlichen Verriegelungen bekannt, die
für diesen Schaltungstyp mit nur einer Schaltwelle nötig
sind, da die Schaltwelle nur in der gewählten Gasse mit
der zugehörigen Schwinge in Verbindung steht und eine Bewegung
der Schwingen unabhängig von der Schaltwelle vermieden
werden muss.
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Es
ist bekannt, eine zusätzliche Rastierung für Neutralstellung
und eingelegten Gang in einem Schaltdom anzuordnen. Nach einer beispielhaften Ausgestaltung
wird die Neutralstellung so rastiert, dass sich der Schalthebel
in dieser immer in der Schaltgasse für den dritten und
vierten Gang befindet.
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Von
den vorgestellten Mechanismen werden immer mehrere in ein Schaltungssystem
integriert, so dass in den meisten bekannten Fällen eine
Schaltschienenrastierung pro Schiene mit jeweils einer Rastierung
im Dom und einer an der Schaltwelle zusammenwirken.
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Aufgabenstellung
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Die
Minimierung des nicht funktional belegten Bauraums eines Druckstücks
ist eine interessante Überlegung. Idealerweise soll das
Druckstück materialsparend herstellbar sein. Durch eine
Minimierung des Bauraums lassen sich die übrigen Synchronisationsbauteile
der Getriebesynchronisation stärker, dicker oder kräftiger
auslegen, weil sie keinen weiteren Bauraum an den Bewegungsfreiraum
des Druckstücks, also dem schwing-, klapp-, längs-
oder drehbeweglichen Raum, und an das Druckstück selber
abgeben müssen. Weiterhin ist es erwünscht, die Zuverlässigkeit
der Getriebesynchronisation nicht nur durch die Auslegung der einzelnen
Bauteile zu erhöhen, sondern auch funktionell die Zuverlässigkeit
zu garantieren.
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Eine
Getriebesynchronisation sollte daher so ausgelegt werden, dass ein
Gangspringen, d. h. ein selbständiges Auslegen eines Ganges,
möglichst vermieden wird. Ideal wären ein Wegfall
der Schaltschienenrastierungen und die dadurch einhergehende Minimierung
der Kosten des Getriebes. Natürlich sollte das Auftreten
von Geräuschen durch die Unterbindung von Schwingungen
möglichst gering sein. Bei jedem Getriebe steht nach einem
Aspekt die Verbesserung des Wirkungsgrades durch Vermeidung ungewollter
Kontakte zwischen den Reibflächen im Vordergrund. Hierzu
gehört z. B. auch das bekannte Phänomen des Gegensynchronisierens
beim Gangauslegen. Dem Konstrukteur eines Getriebes ist daran gelegen,
die Toleranzkette möglichst zu verkürzen. Zwischen
diesen zahlreichen, zum Teil sich widersprechenden Forderungen ist
durch die konstruktive Lösung der Getriebesynchronisation
ein geeigneter Kompromiss zu bilden.
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Erfindungsbeschreibung
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Ein
erfindungsgemäßer Gegenstand nach Anspruch 1 trägt
zur erhöhten Zuverlässigkeit eines Getriebes bei.
Insbesondere eine Getriebesynchronisation nach Anspruch 4 reduziert
den Bauteilaufwand bei gleichzeitiger hoher Zuverlässigkeit.
Eine geeignete Feder, welche die Funktion eines Getriebedruckstücks übernehmen
kann, wird in Anspruch 18 offenbart. Ein geeignetes Verfahren zum
Betreiben einer Getriebesynchronisation wird in Anspruch 20 beschrieben.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen sind den abhängigen Ansprüchen
zu entnehmen.
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Eine
Getriebesynchronisationseinheit soll gem. obiger Auflistung verschiedene
Phasen zur Verfügung stellen. Hierzu gehört auch
die Fähigkeit zum Synchronisieren. In der Regel soll wenigstens
ein Losrad, häufig eines von zwei Losrädern wechselweise,
durch die Synchronisationseinheit synchronisierbar sein. Weiterhin
soll in der Getriebesynchronisationseinheit eine Überschiebefunktion
vorhanden sein. Als Überschiebefunktion wird in einer Betrachtungsweise
die örtliche Beziehung bezeichnet, die eine Schaltmuffe
bzw. eine Schiebemuffe in Bezug auf die Schalt- und Sperrverzahnung
einnimmt, bevor die eigentliche Synchronisationsphase beginnt. Diese
Phase kann auch als Freiflugphase beizeichnet werden. Eine blattähnlich
geformte Feder kann eine Schaltmuffe in einer Rastposition halten.
Neben der Rastposition bietet die Feder einen Ansynchronisationsbereich
und die Überschiebefunktion für die Getriebesynchronisation.
Das bedeutet, die flache, längsausgestreckte Feder, die
sich entlang der Achse der unterliegenden Welle wie einer Antriebs-
oder einer Abtriebswelle erstreckt, weist mehrere funktionelle Bereiche
auf, nämlich den Ansynchronisationsbereich, die Überschiebefunktion
und die Rastierposition. Die mehrfache Integration unterschiedlicher Funktionen
in ein Bauteil der Getriebesynchronisation sorgt für einen äußert
kompakten Aufbau. Weiterhin verkürzt das Zusammenlegen
der Funktionen in ein Bauteil die Toleranzketten.
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Nach
einem interessanten Aspekt liegt die rastierte Position in der Neutralposition
vor. Die Neutralposition ist die Position der Schaltmuffe, zu der
die Schaltmuffe mit keinem der Losräder in Eingriff steht. Die
Neutralposition ist dort, wo die Schaltmuffe entfernt von dem einen
Losrad, insbesondere zwischen den Losrädern, vorzugsweise
mittig, platziert ist. Eine weitere, zweite Rastposition wird durch
die Feder im geschalteten Zustand, beim Eingriff der Schaltmuffe mit
der Kupplungsverzahnung des Losrades, gefunden. Die beiden Rastpositionen
sind räumlich beabstandet. Die Schaltmuffe ist somit in
verschiedenen Stellungen durch die Feder rastiert. Die Rastierungen tragen
zur Zuverlässigkeit der Getriebesynchronisation bei und übernehmen
zum Teil die Funktionen der örtlich entfernten Rastierungen.
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Die
Feder ist funktionell ein Druckstück zur Synchronisationsverbesserung,
insbesondere zur Ansynchronisation. Die Erweiterung der Funktion wird
zwischen einer Sperrverzahnung und einer Kupplungsverzahnung der
Schaltmuffe und eines Synchronrings innerhalb der Getriebesynchronisation
hergestellt. Die Feder hemmt im Übrigen sonst in der Neutralposition
die Schaltmuffe an einer axialen Verschiebung, denn die axiale Verschiebung
der Schaltmuffe sollte möglichst kontrolliert geschehen. Das
Hemmen einer ungewollten, axialen Verschiebung verhindert im Besonderen
ein mehr- oder minder starkes, schwingungsbedingtes Taumeln der Schaltmuffe,
das sich nachteilig auf den Schaltkomfort und die reibungslose Funktion
der Getriebesynchronisation auswirkt. Eine axiale Verschiebung ist bei
einer gezielten Einflussnahme von Außen auf die Getriebesynchronisation
möglich, während sonst von sich aus die Schaltmuffe
in ihrer Lage ohne äußere Beeinflussung gehalten
wird.
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Nach
einem weiteren Aspekt der Erfindung arbeitet die Getriebesynchronisation
nach einem Konussynchronisationsprinzip. Sie benutzt wenigstens ein
federartiges, flaches Druckstück, das über wenigstens
einen Rand in einem Synchronring, insbesondere über seinen
Rändern in zwei Synchronringen, der Getriebesynchronisation
eingehängt ist. In der Regel sind mehrere, insbesondere
gleichartige Druckstücke vorhanden, die über den
Synchronkörper verteilt, vorliegen. Ein mittlerer Teil
des Druckstücks erlaubt aus der Sperrposition eine axiale
Lageverschiebung einer Schaltmuffe durch eine radiale Bewegung,
insbesondere kraftfolgende Ausweichbewegung. Das Druckstück
ist den integrierten Funktionen nachgebildet, so dass wenig Raum
funktionell bedeutungslos ist. Das Druckstück ist so gestaltet, dass
es in seiner Gesamtheit eine Ausweichbewegung durchführen
kann.
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Idealerweise
sind das Druckstück und die Feder ein und dasselbe Bauteil.
In ihrer Ausgangslage kann die Feder die Schaltmuffe in einer rastierten Position
halten halten. Die doppelte Integration spart an der Anzahl der
benötigten Bauteile. Die Getriebesynchronisation wird einfacher
und damit auch günstiger.
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Eine
Sperrposition ist in einer Neutralposition und eine zweite Rastposition
ist in einer geschalteten Rastposition der Getriebesynchronisation
vorhanden. Es gibt somit zwei weitere Funktionen in dem Druckstück.
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Nur
die Feder übernimmt die Funktion eines Druckstücks,
so dass keine weiteren, andersformigen Bauteile in der Getriebesynchronisation
vorhanden sind, die Druckstückfunktionen übernehmen. Eine
Tatsache, die wiederum zur Vereinfachung der Getriebesynchronisation
beiträgt.
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Das
Druckstück, das insbesondere aus einem Federstahl geformt
ist, weist einen Ansynchronisationsbereich auf, der eine Drehzahlsynchronisationsanpassung
zwischen einer Sperrverzahnung und einer Kupplungsverzahnung der
Schaltmuffe und wenigstens einem der Synchronringe fördert.
Das Druckstück kann eine Überschiebeposition durch
federnde Nachgiebigkeit des Druckstücks, wobei insbesondere
das Druckstück eine Federbewegung vollständig über
seine Breite durchführt, in radialer Richtung auf eine
Welle einnehmen.
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Das
federartige Druckstück ist auf die Mittelachse der Welle
ausgerichtet derart vorgespannt, dass die Synchronringe zueinander
in der Getriebesynchronisation an den Synchronkörper angezogen
sind, so dass sie taumelfrei gelagert sind. Die Taumelfreiheit trägt
zur Wirkungsgradverbesserung und Vermeidung von Rasselgeräuschen
des Getriebes bei.
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Die
Schaltmuffe hat eine Rastkontur auf einer Innenseite, die insbesondere
die Form eines gleichschenkligen Trapezes hat. Die Rastkontur kann sich
als Rasterhöhung gestalten. Über die Rasterhöhung
findet der Eingriff zwischen Schaltmuffe und dem Druckstück
statt.
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Weiterhin
hat die Feder wenigstens einen von der Mittelachse der Welle wegweisenden
Anschlagsbogen, der die Sicherung der Rasterhöhung in der
Neutralposition vornimmt. Die Gestaltung mit Anschlagsbögen
lässt sich einfach durch formgebende Verfahren wie Stanzen,
Walzen oder Kanten im industriellen Herstellprozess bilden.
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Das
Druckstück hat nach einer weiteren Ausgestaltung einen
in jede der Schieberichtungen der Schaltmuffe die Bewegung aus der
Neutralposition hemmenden Anschlagsbogen. Auch diese Formgebung
lässt sich nahezu genauso einfach wie die obige Formgebung
herstellen.
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Das
Druckstück ist so gestaltet, dass es in der Rastposition,
insbesondere in der Neutralposition, freitragend bis auf seine Synchronringlagerung und
eine, insbesondere zwei, Schaltmuffenrastierung(en) in der Getriebesynchronisation
liegt.
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Das
Druckstück der Getriebesynchronisation sieht wie ein längliches,
quaderförmiges, flaches Plättchen aus. Eine solche
Form hat wenigstens ein seitliches Ende. Vorzugsweise gibt es zwei
gegenüberliegende seitliche Enden, die die schmäleren
Seiten des rechteckig, insbesondere quadratisch, ausgestreckten
Druckstücks darstellen. Das Druckstück ist einstückig
aufgefächert, um einen Haltezapfen eines Synchronrings
hierin als Federlager aufnehmen zu können. Das Druckstück
sieht an seinen beiden, kürzeren Rändern wie eine
Klammer aus. Weil sich eine Klammer aus dem Druckstück
herausbildet, werden viele Blechabschnitte des Rohlings im Umformprozess
verwendet. Es verbleiben maximal nur kleinere, nicht funktionell
genutzte Bereiche.
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Nach
einer Ausgestaltung hat die Getriebesynchronisation wenigstens eine
Ringfeder, wenn nicht sogar zwei gegenüberliegende Ringfedern. Eine
Ringfeder liegt an dem Synchronkörper an. Die Ringfeder
hat eine von dem Synchronkörper nach Außen wegweisende
Spannung. Mit der Spannung wird das Druckstück gegen den
Synchronring gespannt, um es an dem Synchronring zu lagern. Nach einem
Aspekt erzeugen damit zwei aufeinander wirkende Federn, die Spannfeder
und das Druckstück, die nötige Lagesicherung.
Alternativ könnte das Druckstück ebenfalls als
federndes Element ausgeführt werden und somit zusätzlich
gegen die Ringfedern vorgespannt sein.
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Das
Druckstück ist, insbesondere wenn es aus einem Blech gefertigt
ist, ein einstückiges, mehrfach umgeformtes Bauteil. In
der Montage erspart man sich den Materialfluss mehrerer Teile. Die
Montage vereinfacht sich.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung wird das Druckstück, das ebenfalls
aus Blech gefertigt sein kann, aus zwei Teilen zusammengesetzt.
Das Druckstück kann dann spiegelbildlich ausgestaltet sein. Das
Druckstück hat in seiner Einbaulage räumlich voneinander
abgesetzte Federn, zwischen denen das Druckstück in Neutralposition
aufgenommen werden kann. Je nach Ausgestaltung kann dem zusammenhängenden,
einstückigen oder dem in seiner ungefähren Mitte
geteilten Federdruckstück aus Materialersparnisgründen
der Vorzug gegeben werden.
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Nach
einem weiteren Aspekt der Erfindung lässt sich die Getriebesynchronisation
auch um eine Feder herum aufbauen. Die Feder übernimmt
druckstückartige Funktionen. Das Druckstück ist
federartig gestaltet. Die Feder wird in einer Synchronisationseinheit,
insbesondere mehrfach, eingesetzt, so zum Beispiel drei oder fünf
Mal. Die Getriebesynchronisation liegt unter der Schaltmuffe. Die
Schaltmuffe, die auch als Schiebemuffe zu bezeichnen ist, stellt
das radial nach Außen begrenzende Bauteil der Getriebesynchronisation
dar. In einer solchen Anordnung kann die Feder einer Synchronisationseinheit
eine Ansynchronisationsposition einnehmen. Die Feder weist einen Überschiebebereich
auf. Die Feder der Schaltmuffe bietet eine geschaltete Rastposition.
Die Feder der Schaltmuffe bietet eine Neutralposition, die örtlich
entfernt von der geschalteten Sperrposition ein Rastieren der Schaltmuffe
durchführt. Die Feder, ein besonders leicht herzustellendes
Bauteil, in welches als eigenschaftsbestimmender Faktor die Materialeigenschaften
des Federstahls eingehen, stellt somit zwar ein wichtiges Bauteil
der erfindungsgemäßen Getriebesynchronsation dar,
das gleichzeitig in der Getriebesynchronsation unscheinbar ist.
Viele unterschiedliche Abschnitte der Feder können funktionell
genutzt werden.
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Die
seitlichen Enden der Feder, vorzugsweise die beiden gegenüberliegenden
seitlichen Enden der Feder, sind einstückig aufgefächert,
um einen Haltezapfen eines Synchronrings hierin als Federlager aufnehmen
zu können.
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Eine
wie zuvor beschriebene Getriebesynchronisation kann nach dem folgenden
Getriebesynchronisationsverfahren arbeiten, insbesondere wenn sie
ein federartiges Druckstück benutzt, das in wenigstens
einen Synchronring eingehängt ist und mit einer Schaltmuffe
zusammenwirkt. Die Phasen – Neutrallage, Ansynchronisieren,
Synchronisieren, Entsperren, Freiflugphase, Einspurphase und Schaltstellung – können
mit einer solchen Getriebesynchronisation durch das erfindungsgemäße
Verfahren eingenommen werden, wobei sieben oder mehr unterschiedliche
Phasen durchlaufen werden können. Sowohl in der Neutrallage
als auch in der Schaltstellung erfolgt ein örtliches Fixieren
der Schaltmuffe durch das Druckstück im Sinne einer Rastierung.
Die Schaltmuffe ist in wenigstens zwei Lagen gesichert. Ein unkontrolliertes
Einlegen und ein unkontrolliertes Auslegen von Gängen sind
erschwert.
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Die
dargestellte Getriebesynchronisationseinheit entspricht in einigen
Teilen bisher bekannten Getriebesynchronisationseinheiten. Somit
können die bei einer Einfach- und Mehrfachsynchronisation gesammelten
Erfahrungen auf eine erfindungsgemäße Getriebesynchronisation
mit verbessertem Druckstück übertragen werden.
Der Erprobungsaufwand einer erfindungsgemäßen
Getriebesynchronisation hält sich in überschaubaren
Grenzen.
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Figurenkurzbeschreibung
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Die
Erfindung kann auch leichter verstanden werden, wenn Bezug auf die
beiliegenden Figuren genommen wird, wobei die Figuren zeigen:
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1 wesentliche
Bauteile einer Getriebesynchronisationseinheit nach einem Konussynchronisationsprinzip,
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2 einen
Schnitt in Ausschnittsdarstellung durch eine Getriebesynchronisationseinheit nach
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1, 3 ein
erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Druckstücks in seitlicher Ansicht,
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4 das
federartige Druckstück nach 3 in räumlicher
Ansicht,
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5 verschiedene
Positionen des Druckstücks nach 3 und 4 zusammen
mit einer Schiebemuffe in schematischer Darstellung,
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6 eine
alternative Ausgestaltung zu 3,
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7 ein
weiteres Ausführungsbeispiel eines federartigen Druckstücks,
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8 das
Druckstück aus 7 in verschiedenen, ausgewählten
Positionen,
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9 ein
weiteres Ausführungsbeispiel eines federartigen Druckstücks
in verschiedenen Positionen,
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10 das
Druckstück aus 9 alleine ohne weitere Bauteile
in schematischer Darstellung,
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11 ein
weiteres Ausführungsbeispiel eines federartigen Druckstücks,
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12 das
Druckstück aus 11 in
verschiedenen Positionen zusammen mit einer Schaltmuffe,
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13 eine
alternative Ausgestaltung des Druckstücks nach 7,
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14 eine
alternative Ausgestaltung des Druckstückes nach 10,
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15 eine
alternative Ausgestaltung eines Druckstückes nach 11,
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16 eine
alternative Ausgestaltung eines Druckstücks, das durch
das Beibehalten wesentlicher funktionaler Bereiche vereinfacht wurde,
und
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17 die
Ausgestaltung nach 16 in dreidimensionaler Darstellung.
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Geeignete Ausführungsformen
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Im
Folgenden sind die gleichen bzw. ähnliche Bezugszeichen
für ähnliche bzw. gleiche Teile zwischen den unterschiedlichen
Ausführungsformen und Ausgestaltungen gewählt
worden, wobei teilweise um jeweils 100 höher nummerierte
Bezugszeichen für die unterschiedlichen Ausführungsformen ähnlicher
Teile eines erfindungsgemäßen Druckstückes
in federartiger Ausgestaltung gewählt worden sind.
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1 zeigt
wichtige Bauteile einer Getriebesynchronisationseinheit 1,
wobei zur Vereinfachung weitere Bauteile, wie z. B. die beiden Losräder 11, 13 und
eine zentrale Welle, weggelassen worden sind. Die runde Getriebesynchronisationseinheit 1 ist nach
außen durch eine Schaltmuffe 3, die im dargestellten
Beispiel eine Schiebemuffe ist, begrenzt. Die Schaltmuffe 3,
die sich über 360 Grad eines Winkelmaßes erstreckt,
ist über ca. 90 Grad ihrer Länge geschnitten dargestellt,
so dass unterhalb der Schaltmuffe 3 ein Synchronkörper 33 zu
sehen ist, an dessen Oberfläche eine Synchronkörperaußenverzahnung 35 vorgesehen
ist, die in die Schaltmuffe 3 eingreifen kann, um eine
Richtungsführung in Richtung der Achse 29 der
Getriebesynchronisationseinheit 1 sicherzustellen. Auf
der Außenseite der Schaltmuffe 3 kann nach einem
Ausführungsbeispiel eine umlaufende Ringnut 7 vorgesehen
sein, in die ein nicht dargestelltes Schaltgestänge mit
einer, ebenfalls nicht dargestellten Rastschienenrastierung, eingreifen kann.
Die Synchronkörperaußenverzahnung 35 des Synchronkörpers 33 ist
in Umlaufrichtung wenigstens einmal, häufig mehrfach, unterbrochen
vorzuhalten, um zwischen den einzelnen Abschnitten der Synchronkörperaußenverzahnung 35 Druckstücke
oder Federn 50 aufzunehmen. Die Form der Druckstücke, die
in den 3 und 4 mit dem Bezugszeichen 100 und
in der 7 mit dem Bezugszeichen 200 bezeichnet
ist, bzw. der Federn 50 ist so gestaltet, dass zwischen
Druckstück und Schaltmuffe ein gegenseitiger Eingriff möglich
ist, wie dargestellt z. B. über eine Schaltmuffenschiebenut 5'',
die sich an wenigstens eine Schaltmuffenschiebekante 9 oder
mehrere korrespondierende Schaltmuffenschiebekanten anlegen kann.
In die jeweiligen axialen Richtungen, seitlich neben dem Synchronkörper 33,
ist ein Synchronring 17, 19 vorgesehen, der sich
zusammen mit einem Kupplungskörper 25, 27 zur
Sicherstellung der Synchronisationswirkung der Getriebesynchronisationseinheit 1 gegenseitig
abbremsen und ausrichten kann. Die Getriebesynchronisationseinheit 1 zeigt
die Zahnräder einer Kupplungsverzahnung und einer Sperrverzahnung
im Bereich der äußeren Grenze der radialen Richtung 31 der
Synchronringe 17, 19 und der Kupplungskörper 25, 27.
Somit liegen die Federn 50 ebenfalls im äußeren
Bereich der radialen Richtung 31. Die Federn 50 sind
in Bezug auf den Synchronkörper 33 so geformt,
dass sie nur wenige Prozent in Bezug auf die radiale Richtung 31 des Synchronkörpers 33 überstehen.
Die überstehende Erhöhung der Federn 50 wird
durch die innere bzw. untere Seite der Schaltmuffe 3 begrenzt.
Ein Abschnitt der Feder 50 und ein Abschnitt der inneren Seite
der Schaltmuffe 3 können je nach Schaltmuffenposition
aneinander anliegen. Kupplungskörper 25, 27,
Synchronringe 17, 19 und Synchronkörper 33 sind gewichtsmäßig
im Wesentlichen als Rotationskörper austariert, die Federn 50 tragen
nur minimal zur Unwuchterzeugung bei.
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2 zeigt
einen Ausschnitt in geschnittener Darstellung einer Getriebesynchronisationseinheit 1 der 1,
die als Konussynchronisation in der Form einer Einfachkonussynchronisation
dargestellt ist, mit einem ersten Druckstück 100,
das in einer für das Druckstück 100 vorgesehenen
Ausnehmung des Synchronkörpers 33, insbesondere
in Umfangsrichtung des Synchronkörpers 33, angeordnet
ist. Häufig werden mehrere Ausnehmungen vorgesehen, jeweils
mit einem Druckstück 100 bestückt. Das
Druckstück 100 ist federartig. Durch die Feder 50,
die das Druckstück 100 darstellt, lässt
sich die Schaltmuffenrasterhöhung 5 der Schaltmuffe 3 in
einer ersten Stellung, insbesondere in einem mittleren Abstand – einer
Stellung in der Mitte 15 der Losräder 11, 13 – rastieren.
Das zweite Losrad 13 ist nur in seiner Position angedeutet.
Das erste Losrad 11 ist zur Hälfe eingezeichnet.
Die Feder 50 ist über ihre Klammerlaschen 130,
die links und rechts von der Mitte 15 der Losräder 11, 13 angeordnet
sind, in den Synchronringen 15, 17 eingehängt.
Die Feder 50 verhindert so das Taumeln der Synchronringe 15, 17.
Die Synchronringe 15, 17 ruhen je nach eingelegter
Position auf einem Konussitz auf den Kupplungskörpern 25, 27. Das
Druckstück 100 dient zum Ansynchronisieren und
Synchronisieren bei einer Verschiebung der Schiebemuffe 3 in
der Phase des Ansynchronisierens, durch welche die Sperrstellung
erreicht wird. Kupplungsverzahnung 21 und Sperrverzahnung 23 werden
bei dieser Art der Synchronisierung so in Übereinstimmung
gebracht, dass ein Überschieben entlang der Achse 29 (1)
der Schiebemuffe 3 möglich ist. Das Druckstück 100 ist,
wie in seitlicher Ansicht zu sehen ist, ein leichtes, kleines, mehrfach gebogenes
Blechteil, das in seinen Extrembereichen oder Extremitäten
auf den Lagerstellen ruht und dazwischen schwingbeweglich, freischwebend
getragen ist, um durch äußere Krafteinwirkung
partiell gestaucht und gedehnt zu werden.
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Die 3, 4 und 5 zeigen
ein erstes, besonders geeignetes, Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Druckstücks 100,
wobei 6 eine weitere Variante 100' eines Druckstücks 100 zeigt,
das sich u. a. durch seine Aufhängung mit Klammern 130 von
den Darstellungen der 3 und 4 unterscheidet.
Das federartige Druckstück 100 ist einstückig
aus einem flachen Federstahl durch Umformen einzelner Abschnitte
des aufgrund seiner Breite 116 und seiner Länge 118 länglichen,
im Wesentlichen rechteckigen, nach einer Ausgestaltung auch quadratischen,
Federelements gebildet worden. Das Federelement behält
nach der Herstellung im Wesentlichen seine flache Form mit einer
geringen Höhe 120 im Vergleich zur Länge 118 und zur Breite 116 bei,
so dass das federartige Druckstück 100 als Silhouette
einer flachen, länglichen Zentralebene 132 angesehen
werden kann, die in ihrem mittleren Bereich 110 durch einen
auf die Unterseite des Druckstückes hinweisenden Schwenkbogen 128 durchbrochen
ist. Der Schwenkbogen 128 mündet in einen ersten
Anschlagsbogen 102 und einen zweiten Anschlagsbogen 104.
Die Anschlagsbögen 102, 104 stehen aus
der Zentralebene 132 in der Größenordnung
der Höhe der Klammern 106, 108 in entgegengesetzter
Richtung zu den Klammern 106, 108 hervor. Die
Anschlagsbögen 102, 104, zusammen mit dem
Schwenkbogen 128, haben in seitlicher Ansicht, wie in 3 dargestellt,
eine Wellenfronterscheinung. Der jeweilige Anschlagsbogen 102, 104 geht
in einen flachen Auslaufbereich 112, 114 über,
an den sich die Klammerlasche, aufgeteilt in drei Klammerlaschen 122, 124, 126,
anschließt. An den einen Auslaufbereich 114 schließt
sich die erste Klammer 106 an, während an den
zweiten Auslaufbereich 112 die zweite Klammer 108 angeschlossen
ist. Die Klammer 106 bzw. 108 setzt sich aus mehreren
Klammerlaschen 122, 124, 126 zusammen.
Die Klammerlaschen 122, 124, 126 sind
so gestaltet, dass Aufnahme- oder Haltefinger eines jeweiligen Synchronrings, so
wie in 2 dargestellt, einfahren können, so dass
das Druckstück 100 über die Klammerlaschen 122, 124, 126 mit
den Haltefingern der Synchronringe ein Lager bilden. Im Übrigen
ist das Druckstück 100 selbsttragend und freitragend.
Der Schwenkbogen 128, der größer ist
als die beiden Anschlagsbögen 102 und 104,
stellt das längsbewegliche Ausgleichselement für
Bewegungen, die vor allem entlang der Länge 118 des
Druckstücks 110 verlaufen, dar. Durch die wellenförmige
Auslenkung aus der Zentralebene 132 der Anschlagsbögen 102, 104 und des
Schwenkbogens 128 erfährt das Druckstück 100 bei
horizontalen Bewegungen entlang der Achse 29 der Getriebesynchronisationseinheit 1 der
Schaltmuffe 3 nur geringfügige Verwindungen in
Bezug auf seine Breite 116. Die größte
Klammerlasche 122 ist mehrfach gefaltet. Die beiden kürzeren
Klammerlaschen 124, 126 sind einfach zur Unterseite
des Druckstücks 100 umgebogen. Die Faltungstechnik der
Klammern 106, 108 aus mehreren Klammerlaschen 122, 124, 126 lässt
als Ausgangsmaterial einen flachen Federstahl zu, wobei hierdurch
eine sichere Lagerung des Druckstücks 100 zwischen
der Synchronkörperaußenverzahnung 35 des
Synchronkörpers 33 garantiert werden kann.
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5 zeigt
verschiedene Positionen der Schaltmuffe 3, die in horizontaler
Richtung, das bedeutet entlang der Achsenrichtung des Synchronkörpers 33, über
das Druckstück 100 hinweg verschiebbar ist. Die
Schiebekraft ist über die Ringnut 7 in die Schaltmuffe 3 einleitbar
und wirkt über die Schaltmuffenrasterhöhung 5 bei
Berührung über z. B. die Schaltmuffenschiebekanten 9 auf
einzelne Abschnitte des Druckstücks, insbesondere die Anschlagsbögen 102, 104.
Das Druckstück 100 ist über die nach unten
gebogene Klammerlasche 130, die senkrecht steht, an den
Synchronringen 17, 19 befestigt. In einer ersten
Sperrposition I liegt das Druckstück 3 in
einer Neutralposition II. Diese Position lässt
sich auch gemeinhin als Ausgangslage bezeichnen. Bei der Neutralposition
der Schaltmuffe 3 liegt keiner der beiden Gänge
im eingelegten Zustand. Soll nun einer der beiden Gänge,
z. B. der Gang über das rechte Losrad, eingelegt werden,
so wird durch ein leichtes seitliches Verschieben, in diesem Falle
nach rechts, der Schaltmuffe 3 das federartige Druckstück 100 auf die
eine Seite hin gestaucht, während die andere Seite des
Druckstücks 100 gestreckt wird. Der Schwenkbogen 128 dient
als längsbewegliches Ausgleichselement. Wenn die Schaltmuffenschiebekante 9 der Schaltmuffenrasterhöhung 5 an
einem der Anschlagsbögen 102, 104 zur
Anlage kommt, hat die Schaltmuffe 3 die Ansynchronisationsposition
bzw. den Ansynchronisationsbereich eingenommen. Sperrverzahnung
und Schaltmuffenverzahnung bewegen sich aufeinander zu. Unter weiterem
Kraftaufwand in Schieberichtung überfährt die
Schaltmuffe 3 den Anschlagsbogen 104 in die eine
Richtung bzw. den Anschlagsbogen 102, wenn der zweite,
gegenüberliegende durch das spiegelbildliche Losrad gebildete
Gang eingelegt werden soll. Das Druckstück 100 kann
in der Überschiebeposition IV eine Ausweichbewegung
in Richtung auf die unterliegende Zentralachse, das axiale Zentrum,
durchführen. Der Anschlagsbogen 102, 104,
der durch die Rasterhöhung 5 der Schaltmuffe 3 nach
unten weggedrückt wird, liegt in der Überschiebeposition IV näher
zum Zentrum der Achse als der nicht überfahrene Anschlagsbogen 102, 104.
Gelangt die Schaltmuffe 3 in die geschaltete Sperrposition V,
so liegt der überfahrene Anschlagsbogen 104 in
einer zurückgeschwungenen, mit der ursprünglichen
Neutralposition vergleichbaren Lage. Der Anschlagsbogen 104 stellt dann
eine Rastierung für die Schaltmuffenschiebekante 9 dar,
die dem Anschlagsbogen 104 am nächsten liegt.
In der geschalteten Sperrposition V sind Zahnräder
der Synchronkörperaußenverzahnung 35 des
Synchronkörpers 33 abschnittsweise frei von der Schaltmuffe 3 bzw.
den nach innen weisenden Zähnen. Die Schwingbewegungen
erfolgen um eine Zentralebene 132.
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Das
Druckstück 100', das in der 6 abgebildet
ist, unterscheidet sich von dem zuvor dargestellten Druckstück 100 durch
die Klammer 130. Die Klammer 130 ist ebenfalls
eine aufgefächerte Klammer. Der mittlere Abschnitt der
Klammer 130 ist weiter entfernt von den Anschlagsbögen 102, 104 als
die beiden äußeren, kleineren Abschnitte der Klammer 130.
Im Übrigen baut sich das Druckstück 100' von einer
Seite auf die andere wie folgt auf: An eine erste Klammer 106 schließt
sich ein Auslaufbereich 114 an, dem auf der gesamten Breite
der Anschlagsbogen 102 folgt. Zu dem ersten Anschlagsbogen 102 gibt
es einen zweiten Anschlagsbogen 104, der in seinem Radius
und seiner Größe dem ersten Anschlagsbogen 102 entspricht.
Der Schwenkbogen 128 hat hierzu einen deutlich größeren
Radius. Der Schwenkbogen 128 bietet die spiegelbildliche
Achse für den linken und den rechten Teil des Druckstücks 100'.
Der zweite Anschlagsbogen 104 führt in den zweiten
Auslaufbereich 112, der durch die zweite Klammer 108 endlings
begrenzt ist.
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Die
in der 7 dargstellte Feder, das Druckstück 200,
hat eine ähnliche Klammer 230, wie zuvor in der 6 beschrieben,
nämlich bestehend aus der mittleren Klammerlasche 222,
die die breiteste Klammerlasche ist, und den beiden randseitig angebrachten
Klammerlaschen 224 und 226, die zur der mittleren
Klammerlasche 222 gegengeformt und in Längsrichtung
beabstandet angeordnet sind. Die Länge 218 des
Druckstücks 200 wird somit im Wesentlichen durch
die Entfernung der mittleren Klammerlasche 224 zur gegenüberliegenden
mittleren Klammerlasche bestimmt. Die Breite 216 des Druckstücks 200 bestimmt
sich aus den drei Klammerlaschen 222, 224, 226.
Eine mittlere Zentralebene 232, die über den mittleren
Bereich 210 hinausgeht, wird durch den ersten Anschlagsbogen 202 und
den zweiten Anschlagsbogen 204 begrenzt. Die Höhe 220 des Druckstücks 200 bestimmt
sich insbesondere aus der Höhe der Anschlagsbögen 202, 204 über
die Zentralebene 232 hinaus.
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8 zeigt
in schematischer Darstellung die Verwendung eines silhouettenartig
dargestellten Druckstücks 200 der 7 unter
einer Schiebemuffe 3'. Die Schiebemuffe 3' unterscheidet
sich von der zuvor dargestellten Schaltmuffe 3 durch zwei
in Längsrichtung angeordnete Schaltmuffenrasterhöhungen 5, 5'.
Zwischen den beiden Schaltmuffenrasterhöhungen 5, 5' gibt
es eine Schaltmuffenschiebenut 5''. Die Schaltmuffenschiebenut 5'' liegt
auf der gegenüberliegenden Seite, betrachtet von der Ringnut 7 der
Schiebemuffe 3'. Das Druckstück 200 greift über
die beiden Klammern 206, 208 in die beiden Synchronringe 17, 19 ein.
In einer mittleren Stellung der Schiebemuffe 3', wenn die
Schaltmuffenrasterhöhung 5, 5' über
dem mittleren Bereich 210 angeordnet sind, wird durch die
Anschlagsbögen 202, 204 die Schiebemuffe 3' in
der Ausgangslage VI gehalten. In diesem Falle liegt die
Schaltmuffenschiebenut 5'' ungefähr mittig oberhalb
des Synchronkörpers 33. An die Anschlagsbögen 202, 204 schließen
sich die Auslaufsbereiche 212 und 214 an, an die
sich wiederum die Klammern 230 für die Synchronringe 17, 19 anschließen.
Die Klammern 230 an den Synchronringen 17, 19 bieten
die Lager für das Druckstück 200. Sie
gelten somit als die ortsfesten Stellen der Feder, die das Druckstück 200 bildet.
Die Anschlagsbögen 202, 204 lassen sich
in Abhängigkeit der Schieberichtung der Schiebemuffe 3' so
eindrücken, dass im Rahmen einer Ansynchronisationsposition III die Schiebemuffe 3' beginnen
kann, zu einer Seite der Synchronisationseinheit zu rutschen. Der
Anschlagsbogen 204 wird durch die Schiebemuffe, insbesondere
durch die Schaltmuffenschiebekante 9 überdrückt. Bei
weiterer Verschiebung der Schiebemuffe 3' wird die Überschiebeposition IV eingenommen,
die sich unter anderem dadurch auszeichnet, dass einer der Anschlagsbögen 202, 204 vollständig
niedergedrückt ist, so dass die Schiebemuffe 3' mit
ihrer Innenverzahnung in den Gegenzähnen der Synchronkörperaußenverzahnung 35 in
Längsführung entlang der radialen Achse bewegt
werden kann. Wenn der Gang eingelegt ist, in der geschalteten Sperrposition V, wölbt
sich der überdrückte Anschlagsbogen 204 in der
Schaltmuffenschiebenut 5'' wieder auf und ist durch die
Schaltmuffenschiebekante 9 seitlich begrenzt. Eine der
Schaltmuffenrasterhöhungen 5, 5' ruht
in der geschalteten Sperrposition, die sich selbst bis zu einem
gewissen Kraftaufwand hält und damit nicht verschiebbar
ist, oberhalb eines Auslaufsbereichs 212, 214.
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Eine
weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Feder, die eine Druckstuckfunktion als Druckstuck 300 übernimmt,
ist in den Schaltpositionen Sperrposition I, Neutralposition II,
Ausgangslage VI, Ansynchronisationsposition III, Überschiebeposition IV und
geschaltete Sperrposition V in 9 dargestellt.
Das Druckstuck 300, das sich im Gegensatz zu den Druckstucken 100 und 200 aus
zwei Teildruckstücken 301, 301' zusammensetzt
und so ein Druckstück 300 bildet, weist ebenfalls,
wie in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen der 3, 4, 6 und 7,
zwei Anschlagsbögen 302, 304 auf, die über
die Schaltmuffenschiebekanten 9 die Schaltmuffe 3 in
einer der Sperrpositionen, entweder der Neutralposition II oder
der geschalteten Sperrposition V, halten können.
Hierzu weist die Schaltmuffe 3 eine Schaltmuffenrasterhöhung 5 auf, die
auf der Innenseite, die der Ringnut 7 der Schaltmuffe 3 abgewandte
Seite, liegt. Die Federteile 301, 301' sind über
geeignete Klammern 306, 308 in den Synchronringen 17, 19 der
Getriebesynchronisationseinheit eingehängt. Zwischen den
Federteilen 301, 301' des Druckstücks 300 befindet
sich der Synchronkörper 33, der vom Rand her durch
die Auslaufbereiche 312, 314 begrenzt ist. Die
Zentralebene 332, über die sich die Oberseite
des Druckstücks 300 im Wesentlichen erstreckt,
ist eine unterbrochene Ebene – der für die Rasterhöhung
vorgesehene mittlere Bereich in der Neutralstellung III der
Rasterhöhung 3 ist aus der Zentralebene 332 ausgespart.
Unterhalb der Auslaufbereiche 312, 314 sind Rücklaufarme 334, 336 der
Federteile 300, 301 ausgeführt. Das Druckstück 300 sieht
wie ein geformtes T-Stuck mit Klammerenden am unteren Teil und aufgeworfenen
Anschlagsbögen am oberen Teil, ungefähr zur Mitte
hin, aus. In der Darstellung der 9 sind zwei unterschiedliche
Ausgestaltungen des geteilten Druckstucks 300 dargestellt.
Das Federteil 301 ist mit anderen Schrägen ausgestaltet
als das Federteil 301'. Zur Förderung der Funktionssicherheit schmiegt
sich das jeweilige Federteil 301, 301' des Druckstücks 300 an
den Synchronkörper 33 an. Der Synchronkörper 33 bietet
daher zusätzliche Schrägen, die zur Klemmsicherheit
des jeweiligen Federteils 301, 301' dienen. Das
Federteil 301 hat eine Schrägfläche 346,
die vor der Abwinkelung des Druckstücks 300 angeordnet
ist. Die Abwinkelung umschließt den Rumpf des Synchronkörpers 33.
Alternativ lässt sich das Druckstück 300 mit
einer Schrägfläche 347 versehen, die
zu den Extremitäten des Druckstücks 300 hin
ausläuft. Die Schrägfläche 347 weitet
im äußeren Bereich des Synchronkörpers 33 den
Synchronkörper 33 auf. Ein Druckstück 300 kann
sowohl mit jeweils einer Schrägfläche 346 an
jedem Federteil 301, 301' als auch mit jeweils
einer Schrägfläche 347 ausgestattet sein.
Genauso kann eine, wie in 9 dargestellte,
wechselweise Schrägflächenverwendung 346, 347 gewählt
werden. Der jeweilige Anschlagsbogen 302, 304 begrenzt
die Bewegungsfreiheit der Schaltmuffe 3 in horizontaler
Ebene durch ein federartiges Vorspannen gegen die Schiebekante 9.
Die Synchronkörperaußenverzahnung 35 dient
zur Längsverschieblichkeit der Schaltmuffe 3.
In der Neutralposition II, die eine Rastposition I darstellt,
und auch als Ausgangslage VI zu bezeichnen ist, halten
die beiden Anschlagsbögen 302, 304 die
Rasterhöhung 5 der Schaltmuffe 3 in einem
mittleren Bereich. Der jeweilige Anschlagspunkt 302, 304 kann
in der Ansynchronisationsposition III in radialer Richtung
zusammengedrückt werden. Der sich anschließende
kurze Übergangsbogen zum Auslaufbereich 312, 314 erlaubt
das Absinken des Auslaufsbereichs 312, 314 der
Feder 301, 301'. Wenn sich die Sperrverzahnung und
die Synchronisationsverzahnung, nicht näher in der 9 dargestellt,
zueinander günstig ausgerichtet haben und somit das Überschieben
der Schaltmuffe 3 erlauben, kann die Überschiebeposition IV durch
weiteres Herabdrücken des Anschlagsbogens 302, 304 eingenommen
werden. Wenn das Überschieben abgeschlossen ist, schwingt
der Anschlagsbogen wieder nach außen. Der Anschlagsbogen 302, 304 hebt
die Schaltmuffe 3 in der geschalteten Rastposition V über
eine Berührung entlang der Schaltmuffenschiebekante 9.
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10 zeigt
umrissartig das in Verwendung beschriebene Druckstück 300 der 9,
das aus den beiden Federteilen 301, 301' zusammengesetzt ist.
Der mittlere Bereich 310 ist bei diesem Druckstück
ausgespart. An den mittleren Bereich 310 schließen
sich die Anschlagsbögen 302, 304 an. Seitlich
eines Anschlagsbogens 302, 304 ist der Auslaufbereich 312, 314 vorgesehen,
so dass die Länge 318 des Druckstücks 300 durch
den mittleren Bereich 310, den addierten Durchmesser der
Anschlagsbögen 302, 304 und die Länge
der Auslaufsbereiche 312, 314 bestimmt ist. Die
Anschlagsbögen 302, 304 haben die gleiche
Breite wie die Breite des Auslaufsbereichs 312, 314 und
stellen somit die Breite 316 des Druckstücks 300 dar.
Parallel zum Auslaufbereich 312, 314 gibt es einen
Rücklaufarm 334, 336, der beabstandet
von dem Auslaufbereich 312, 314 mit seiner Blechdicke über
ein Umlenkstück vorhanden ist. Die Höhe 320 des
Druckstücks 300 ergibt sich somit im Wesentlichen
aus der Höhe der Anschlagsbögen 302 oder 304,
der Beabstandung des Auslaufbereichs 312 oder 314 zum
Rücklaufarm 334 oder 336 und der Entfernung
zu den Klammerlaschen 322. Für eine exakte Höhenbestimmung
müssen die Blechdicken ebenfalls aufgeführt werden.
In einer alternativen Ausgestaltung kann der Befestigungsarm für
die Klammern 322 über die exakte Position der
Klammerlasche 322 hinaus in Richtung zur Mitte des Synchronkörpers
hin überstehen. Wie dargestellt, kann eine der beiden Klammerlaschen 322 nach
oben gebogen sein, während die zweite Klammerlasche des
zweiten Federteils horizontal umgebogen ist.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Druckstücks 400 ist in der 11 schematisch
dargestellt, dessen Verwendung einer Getriebesynchronisation der 12 in
ausgewählten Schaltpositionen, nämlich Neutralposition II bzw. Sperrposition I,
Ansynchronisationsposition III, Überschiebeposition IV und
geschaltete Rastposition V, entnommen werden kann. Das
Druckstück 400 sieht ebenfalls wie ein längliches,
flaches Druckstück aus, aus dem der mittlere Bereich 410 mit
seinem einzigen Anschlagsbogen 402 nach oben heraussteht. Die
Höhe 420 ist kleiner als die Breite 416 oder
die Länge 418 des Druckstücks 400.
Beidseitig zum Anschlagsbogen 402 schließen sich
Aufstülpungsschrägen 434, 436 an,
an die sich wiederum die Auslaufbereiche 412, 414 anschließen.
Die Übergänge der einzelnen Bereiche sind abgewinkelt.
Somit sind die Richtungen bzw. die Orientierungen der Auslaufbereiche 412, 414 zu
den Aufstülpungsschrägen 434, 436 abgewinkelt.
Der mittlere Bereich 410 läuft parallel zur Zentralebene,
wie in 12 in seitlicher Ansicht des
Druckstückes 400 dargestellt. Die Ringfedern 438, 440 drücken über
die Aufstülpungsschrägen 434, 436 das
Druckstück 400 nach außen in die möglichen
Schieberichtungen der Schaltmuffe 3. In der Neutralposition
sperrt der Anschlagsbogen 410 die Schaltmuffe 3 an
einer Längsverschiebung. Das gesamte Druckstück 400 kann über
die Schaltmuffe 3 in horizontaler Richtung bei Einleitung
in die Überschiebeposition 3 in eine Längsrichtung
verschoben werden, indem die eine Aufstülpungsschräge 436 zusammen
mit dem Auslaufbereich 412 gestaucht wird, während
der andere Aufstülpungsbereich 434 zusammen mit
dem Auslaufbereich 414 gestreckt wird. Das Blech für
das federartige Druckstück 400 muss somit in der
hier beschriebenen Ausführung solche Längenveränderungen
aufgrund seiner Biegung und Umformung zulassen. Der grundsätzliche
Funktionsablauf ist jedoch auch gewährleistet, wenn das
eigentliche Druckstück nicht als federndes Element ausgeführt
wird und lediglich die Ringfedern die federnde Funktion übernehmen.
Bei weiterer Verschiebung der Schaltmuffe 3 wird das Druckstück 400 auf die
Achse des Synchronkörpers 33 hin verschoben. Die Überschiebeposition IV gewährt
der Schaltmuffe 3 einen ausreichenden Freilauf für
eine Längsverschiebung, bis die geschaltete Sperrposition V eingenommen
ist und das Druckstück 400 in seiner Ausgangslage
wieder hochschwingt. Die radiale Spannung behält das Druckstück 400 durch
die Ringfedern 438, 440; die Längspositionierung
und Rastierung der Schaltmuffe 3 erfährt die Schaltmuffe 3 über die
Rasterhöhungen 5, 5' und die Schaltmuffenschiebekanten 9.
Die Rasterhöhungen 5, 5' liegen auf der gegenüberliegenden
Seite der Ringnut 7. Die Synchronkörperaußenverzahnung 35 stellt
die längs bewegliche Führungsschiene für
die Schaltmuffe 3 dar.
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Sollte
es aus irgendwelchen Erwägungsgründen, wie z.
B. wegen der gewünschten aufzuwendenden Schaltkraft, z.
B. für den Nutzkraftfahrzeugbereich, sachdienlich sein,
eine weitere Rastierung vorzusehen, so lassen sich die zuvor dargestellten
Druckstücke 200, 300, 400 mit
einem Kugelbolzen 242, 342, 442 und einer
zugehörigen Kugelbolzenfeder 244, 344, 444,
die in einer Federführung 246, 345, 446 geführt
ist, so wie in den 13 bis 15 dargestellt,
ausführen. 13 zeigt das Druckstück 200' mit
seinen Anschlagsbögen 202, 204 unter
einer Schaltmuffe 3' mit zwei Rasterhöhungen 5, 5'.
Die beiden nach innen weisenden Schaltmuffenschiebekanten 9 umgreifen
in der Neutralposition den Kugelbolzen 242. Der Kugelbolzen 242 wird durch
die Kugelbolzenfeder 244 von der Zentralachse weg in die
Schiebemuffe 3' gedrückt. Durch eine Verschiebekrafteinleitung über
die Ringnut 7 lässt sich der erhöhte
Kraftaufwand für das Überdrücken des
Kugelbolzen 242 durch die Schaltmuffenschiebekante 9 und
durch die Berührung zwischen Schaltmuffenschiebekanten 9 und
Anschlagsbogen 202 oder 204 einleiten.
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Die
Schiebemuffe 3' mit der Schiebemuffennut 7 aus 14 entspricht
der Schiebemuffe 3' der 13 mit
den Rasterhöhungen 5, 5' und der dazwischen
liegenden Vertiefung oder Nut. In diese Nut kann über die
Kugelbolzenfeder 344 der Kugelbolzen 342 gedrückt
werden, wenn die Schiebemuffe 3' in der Sperrposition der
Neutralstellung angeordnet ist. Seitlich wird die Schiebemuffe 3' durch
die Anschlagsbögen 302, 304 begrenzt,
die das jeweilige Ende der Feder 301, 301' darstellen.
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Nach 15 kann
zwischen den beiden Synchronringen 17, 19 eine
durch die Ringfedern 438, 440 nach außen
vorgespannte druckstückartige Feder 400 so gestaltet
werden, dass der mittlere Bereich des Druckstücks 400 mit
einem Kugelbolzen 442, der federvorgespannt durch die Kugelbolzenfeder 444 ist,
aufgebaut werden. Zur Längsführung liegt die Kugelbolzenfeder 444 in
der Federführung 446. Die über die Ringnut 7 eingeleitete
Kraft müsste dann den Kugelbolzen 442 neben den
in früheren Figuren dargestellten Anschlagsbögen
herunterdrücken, damit eine Längsverschiebung
der Schiebemuffe möglich ist. Der Synchronkörper 33 bietet
die Ausnehmung, damit die Federführung 446 mit
der Kugelbolzenfeder 444 und dem darüber liegenden Kugelbolzen 442 aufgenommen
werden können. Die Schiebemuffe 3' mit der Ringnut 7 und
den Rasterhöhungen 5, 5' ist aus vergleichbaren
Darstellungen der zuvor beschriebenen Figuren bekannt.
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Die 16 und 17 zeigen
eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Druckstücks 500, das auf einige wesentliche Bereiche
reduziert worden ist. Im Übrigen lässt es sich
mit den Darstellungen in den 3, 4 und 5 vergleichen.
Aus der Zentralebene 532 stehen in unterschiedliche Richtungen
Abschnitte des einfach zusammenhängenden Druckstücks 500 hinaus.
Das Druckstück 500 hat in entgegengesetzte Richtungen weisende
Bögen, nämlich wenigstens einen Anschlagsbogen 502,
vorzugsweise zwei Anschlagsbögen 502, 504,
und einen Schwenkbogen 528. In dem Konstruktionsbeispiel
der 16 und 17 sind die
am Ende sich abzeichnenden Endbereiche 548 gleichgerichtet
zu dem Ausweichbewegungen anbietenden Schwenkbogen 528.
Die Endbereiche 548 schließen sich an den Auflageknicken 550 an,
die die Endbereiche 548 tragen. Jedem Anschlagsbogen 502, 504 ist
ein Auslaufbereich 512, 514 zugeordnet, der bis
zu den Auflageknicken 550 reicht. Eine Lagerung des Druckstücks 500 kann
an einer geeigneten Stelle in den Extremitäten des Druckstücks 500 gesucht
werden, z. B. in den Auslaufbereichen 512, 514,
den Auflageknicken 550 oder auch in den Endbereichen 548.
Der mittlere Bereich 510 des Druckstücks 500 fällt
mit dem Schwenkbogen 528 zusammen.
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Die
Erfindung ist im Wesentlichen durch fünf unterschiedliche
Ausführungsbeispiele mit entsprechenden Abwandlungen und
Varianten dargestellt worden. Welche Ausführungsform für
den vorliegenden Getriebesynchronisationsfall zu bevorzugen ist, ergibt
sich aus der Wahl des geeigneten Kraft-Wege-Diagramms zu jedem einzelnen
Druckstück. So zeichnet sich ein Ausführungsbeispiel
durch die automatische Adaptierung an einen möglichen Reibbelagverschleiß aus,
während ein anderes Druckstück bevorzugt wird,
wenn die Fertigung oder die leichte Montage in den Vordergrund gerückt
wird. Je nach Anwendungsgebiet, ob Personenkraftfahrzeugbereich
oder Nutzkraftfahrzeugbereich, ist das Druckstück zu bevorzugen, das
entweder eine hohe Rastierkraft erlaubt oder eine möglichst
geringe Rastierkraft. In Bezug auf die Zuverlässigkeit
und die Darbietung aller geforderten Sperr- und Rastierpositionen sind
alle vorgestellten Ausführungsbeispiele nahezu ebenbürtig.
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Zum
Umfang der vorliegenden Erfindung gehört es auch, anders
geformte blechartige Druckstücke zu gestalten, die mit
einem oder drei Anschlagsbögen aufgebaut sind. Genauso
lassen sich die Druckstücke auch durch eine Feder-Klammer-Kombination
einhängen und mit den Synchronringen verspannen.
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Durch
die Verlagerung der Funktion der Schaltschienenrastierung direkt
in die Synchronisierung werden viele wunschgemäße
Erwartungen durch die vorliegende Erfindung erfüllt, so
kann zum Beispiel die Schaltschienenrastierung wegfallen. Die Integration
von Funktionen anderer Bauteile direkt in das Druckstück
bietet zudem ein erhebliches Einsparpotential an Teilen und damit
auch Kosten, so entfallen mit überflüssig gewordenen
Bauteilen z. B. auch zahlreiche Bearbeitungsvorgänge.
-
- Bezugszeichen
- Bedeutung
- 1
- Getriebesynchronisationseinheit
- 3,
3'
- Schaltmuffe,
insbesondere Schiebemuffe
- 5
- Schaltmuffenrasterhöhung,
insbesondere in der Form eines Einsatzstücks
- 5'
- Zweite
Schaltmuffenrasterhöhung
- 5''
- Schaltmuffenschiebenut
- 7
- Ringnut
der Schaltmuffe
- 9
- Schaltmuffenschiebekante
- 11
- Erstes
Losrad
- 13
- Zweites
Losrad
- 15
- Mitte
der Losräder
- 17
- Erster
Synchronring
- 19
- Zweiter
Synchronring
- 21
- Kupplungsverzahnung
- 23
- Sperrverzahnung
- 25
- Erster
Kupplungskörper
- 27
- Zweiter
Kupplungskörper
- 29
- Achse
- 31
- Radiale
Richtung
- 33
- Synchronkörper
- 35
- Synchronkörperaußenverzahnung
- 50
- Feder
- 100
- Druckstück,
der ersten Art
- 100'
- Druckstück, ähnlich
zu Druckstück 100
- 102
- Erster
Anschlagsbogen
- 104
- Zweiter
Anschlagsbogen
- 106
- Erste
Klammer
- 108
- Zweite
Klammer
- 110
- Mittlerer
Bereich
- 112
- Rechter
Auslaufbereich
- 114
- Linker
Auslaufbereich
- 116
- Breite
- 118
- Länge
- 120
- Höhe
- 122
- Klammerlasche,
insbesondere breite Klammerlasche
- 124
- Klammerlasche,
insbesondere gegengeformte, kurze Klammerlasche
- 126
- Klammerlasche,
insbesondere gegengeformte, kurze Klammerlasche
- 128
- Schwenkbogen
- 130
- Klammerlasche,
insbesondere senkrechte Klammerlasche
- 132
- Zentralebene
- 200
- Druckstück,
der zweiten Art
- 200'
- Druckstück,
der zweiten Art in alternativer Ausführung
- 202
- Erster
Anschlagsbogen
- 204
- Zweiter
Anschlagsbogen
- 206
- Erste
Klammer
- 208
- Zweite
Klammer
- 210
- Mittlerer
Bereich
- 212
- Rechter
Auslaufbereich
- 214
- Linker
Auslaufbereich
- 216
- Breite
- 218
- Länge
- 220
- Höhe
- 222
- Klammerlasche,
insbesondere breite Klammerlasche
- 224
- Klammerlasche,
insbesondere gegengeformte, kurze Klammerlasche
- 226
- Klammerlasche,
insbesondere gegengeformte, kurze Klammerfasche
- 230
- Klammerlasche,
insbesondere senkrechte Klammerlasche
- 232
- Zentralebene
- 242
- Kugelbolzen
- 244
- Kugelbolzenfeder
- 246
- Federführung
- 300
- Druckstück,
der dritten Art
- 300'
- Druckstück,
der dritten Art in alternativer Ausführung
- 301
- Federteil,
insbesondere spiegelbildlicher Teil zu Federteil 301'
- 301'
- Federteil,
insbesondere spiegelbildlicher Teil zu Federteil 301
- 302
- Erster
Anschlagsbogen
- 304
- Zweiter
Anschlagsbogen
- 306
- Erste
Klammer
- 308
- Zweite
Klammer
- 310
- Mittlerer
Bereich
- 312
- Rechter
Auslaufbereich
- 314
- Linker
Auslaufbereich
- 316
- Breite
- 318
- Länge
- 320
- Höhe
- 322
- Klammerlasche,
insbesondere breite Klammerlasche
- 332
- Zentralebene
- 334
- Erster
Rücklaufarm
- 336
- Zweiter
Rücklaufarm
- 342
- Kugelbolzen
- 344
- Kugelbolzenfeder
- 345
- Federführung
- 346
- Einzugsschräge,
der ersten Art (innenliegend)
- 347
- Einzugsschräge,
der zweiten Art (nach außen weisend)
- 400
- Druckstück,
der vierten Art
- 402
- Anschlagsbogen
- 410
- Mittlerer
Bereich
- 412
- Rechter
Auslaufbereich
- 414
- Linker
Auslaufbereich
- 416
- Breite
- 418
- Länge
- 420
- Höhe
- 432
- Zentralebene
- 434
- Erste
Aufstülpungsschräge
- 436
- Zweite
Aufstülpungsschräge
- 438
- Erste
Ringfeder
- 440
- Zweite
Ringfeder
- 442
- Kugelbolzen
- 444
- Kugelbolzenfeder
- 446
- Federführung
- 500
- Druckstück,
insbesondere Rudimentärausführung
- 502
- Erster
Anschlagsbogen
- 504
- Zweiter
Anschlagsbogen
- 510
- Mittlerer
Bereich
- 512
- Rechter
Auslaufbereich
- 514
- Linker
Auslaufbereich
- 528
- Schwenkbogen
- 532
- Zentralebene
- 548
- Endbereich
- 550
- Auflageknick
- I
- Sperrposition
- II
- Neutralposition
- III
- Ansynchronisationsposition oder
Ansynchronisationsbereich
- IV
- Überschiebeposition
- V
- Geschaltete
Sperrposition
- VI
- Ausgangslage
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102006044352 [0003]
- - DE 102006051399 [0003]
- - DE 102005040400 B3 [0003]
- - DE 20022345 U1 [0008, 0010]
- - DE 102004036507 B3 [0008]
- - EP 1624212 A1 [0008]
- - DE 19632250 C2 [0008]
- - DE 19580558 C1 [0008]
- - DE 19941794 A1 [0008]
- - KR 20010003003 A [0008]
- - DE 3125424 C2 [0008]
- - DE 10129097 A1 [0009, 0010]
- - EP 1270975 B1 [0009]
- - DE 10006347 C1 [0010, 0011]
- - DE 10136906 A1 [0011]
- - DE 10230177 A1 [0011]
- - WO 2004/005739 A1 [0011]
- - DE 10225269 A1 [0011]
- - DE 10337588 A1 [0011]
- - DE 10231602 A1 [0011]
- - US 5113986 [0012]
- - DE 10136429 C1 [0012]
- - US 2160091 [0013]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - „Fahrzeuggetriebe"
der Autoren G. Lechner und H. Naunheimer, ISBN 3-540-57423-9 [0002]