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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Synchronisiereinrichtung für ein schaltbares Getriebe, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein schaltbares Getriebe für ein Kraftfahrzeug, das mit wenigstens einer derartigen Synchronisiereinrichtung ausgestattet ist.
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Aus der
DE 25 38 780 A1 ist eine Synchronisiereinrichtung für ein schaltbares Getriebe bekannt, die einen Synchronkörper, eine Schiebemuffe und eine Zentriereinrichtung aufweist. Der Synchronkörper ist auf einer Getriebewelle drehfest angeordnet und besitzt eine axiale Außenverzahnung. Die Schiebemuffe besitzt eine axiale Innenverzahnung, die in die Außenverzahnung eingreift. Auf diese Weise ist die Schiebemuffe am Synchronkörper axial verstellbar angeordnet. Die Zentriereinrichtung weist mehrere, in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Zentrierelemente auf, die jeweils im Bereich der Außenverzahnung angeordnet sind und mittels einer Druckfeder am Synchronkörper abgestützt und radial nach außen vorgespannt sind. Den Zentrierelementen sind Zentriermulden zugeordnet, die im Bereich der Innenverzahnung an der Schiebemuffe ausgebildet sind und in die das jeweilige Zentrierelement eingreift.
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Bei der bekannten Synchronisiereinrichtung weist das Zentrierelement radial innen einen Kugelkopf auf, mit dem es in einer zylindrischen Aufnahme des Synchronkörpers gelenkig gelagert ist. Am Zentrierelement ist eine Ringstufe ausgeformt, an der sich die Druckfeder axial abstützt, um das Zentrierelement in die Zentriermulde der Schiebemuffe vorzuspannen. Es hat sich gezeigt, dass die Druckfeder bei einer derartigen Konfiguration dazu neigt, seitlich, also in Axialrichtung auszukippen bzw. zu knicken, um sich dadurch zu entspannen. Eine optimale Zentrierung der Schiebemuffe bezüglich des Synchronkörpers wird dadurch beeinträchtigt. Insbesondere können in einer Neutralstellung, in der kein der Synchronisiereinrichtung zugeordneter Gang eingelegt ist, relativ zueinander rotierende Komponenten aneinander anliegen, was zu einem unerwünschten Verschleiß führt. Bei der bekannten Synchronisiereinrichtung dient das Zentrierelement außerdem zum axialen Verstellen von Synchronisierringen der Synchronisiereinrichtung. In der Neutralstellung liegt das Zentrierelement gleichzeitig an beiden Synchronisierringen an. Eine derartige permanente Kontaktierung der Synchronisierringe kann ebenfalls zu einem unerwünschten Verschleiß führen.
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Aus der
EP 1 229 263 A1 ist eine andere Synchronisiereinrichtung bekannt, bei der ein Druckstück vorgesehen ist, das radial innen zwei mit stumpfem Winkel zueinander angeordnete Innenflächen aufweist, die sich an Außenflächen des Synchronkörpers abstützen. Ferner besitzt das Druckstück an seinen axialen Stirnseiten jeweils zwei im stumpfen Winkel zueinander angeordnete Anlageflächen, die bei einer Auslenkung des Druckstücks an einem der Synchronringe zur Anlage kommen. In der Neutralstellung ist das Druckstück von beiden Synchronringen beabstandet, was den Verschleiß reduziert. Das Druckstück enthält eine radial orientierte Durchgangsöffnung, die eine zylindrische Innenkontur besitzt, die zur Linearführung des als Kugel ausgestalteten Zentrierelements dient. Am Druckstück ist außerdem eine Bodenplatte fest angebracht, an der sich die Druckfeder abstützt. Der Aufwand zur Realisierung einer solchen Synchronisiereinrichtung bzw. der zugehörigen Zentriereinrichtung ist vergleichsweise groß.
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Aus der
DE 32 21 712 C2 ist eine weitere Synchronisiereinrichtung mit Zentriereinrichtung bekannt, bei der das jeweilige Zentrierelement an beiden Längsenden jeweils einen Kugelkopf trägt, wobei es mit dem radial innen liegenden Kugelkopf in einer zylindrischen Führung des Synchronkörpers beweglich gelagert ist, während es mit seinem radial außen liegenden Kugelkopf in eine Zentriermulde eingreift. Die Druckfeder ist in der zylindrischen Aufnahme des Synchronkörpers angeordnet und stützt sich am innen liegenden Kugelkopf ab. Zwischen den beiden Kugelkopfenden ist am Zentrierelement ein ringförmiger Bund ausgebildet, der beim Auslenken der Schiebemuffe den jeweiligen Synchronring mitnimmt. Auch bei dieser Synchronisiereinrichtung stehen beide Synchronringe in der Neutralstellung der Synchronisiereinrichtung mit dem Zentrierelement in Kontakt.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Synchronisiereinrichtung der eingangs genannten Art bzw. für ein damit ausgestattetes Getriebe eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine verbesserte Zentrierwirkung auszeichnet, wobei außerdem ein vergleichsweise einfacher Aufbau sowie ein reduzierter Verschleiß erreicht werden sollen.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Zentriereinrichtung für jedes Zentrierelement mit einem Druckstück auszustatten, das mit einer radial außenliegenden Außenseite im Bereich der Innenverzahnung an einer radial innenliegenden Innenseite der Schiebemuffe axial verschiebbar anliegt. Dieses Druckstück ist außerdem mit einer radial orientierten Durchgangsöffnung ausgestattet, die eine Innenkontur besitzt. Das Zentrierelement kann nun diese Durchgangsöffnung durchsetzen, wobei es mit einer Außenkontur an der Innenkontur zur Anlage kommt. Die Formgebung der Außenkontur und der Innenkontur ist dabei gezielt so gestaltet, dass sich in Verbindung mit der jeweiligen Druckfeder eine axial zentrierende Wirkung für die Schiebemuffe relativ zum Synchronkörper einstellt. Da das Druckstück an der Schiebemuffe axial verschiebbar angeordnet ist, ergibt sich für das Druckstück eine einfache Geometrie, was die Herstellung vereinfacht und einen zuverlässigen Betrieb begünstigt. Das zentrierende Zusammenwirken der Außenkontur des Zentrierelements und der Innenkontur des Druckstücks führt dazu, dass die von der Druckfeder erzeugte Federkraft permanent versucht, über das Zentrierelement das Druckstück relativ zum Synchronkörper zu zentrieren. Über die Kopplung mit dem Zentrierelement ist dadurch auch die Schiebemuffe in die zentrierte Neutrallage vorgespannt. Die Verwendung eines derartigen Druckstücks vermeidet dabei eine unmittelbare Kontaktierung des Zentrierelements mit den Synchronringen. Ferner kann die Anordnung des Druckstücks ohne weiteres so gewählt werden, dass in der zentrierten Neutralstellung kein Kontakt zwischen dem Druckstück und den Synchronringen entsteht. Folglich kann der Verschleiß erheblich reduziert werden.
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Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Außenkontur komplementär zur Innenkontur geformt sein, so dass eine ringförmig geschlossene und flächige Kontaktzone vorliegt, wenn das Zentrierelement vollständig in das Druckstück eingefahren ist. Die Realisierung einer derartigen in Umfangsrichtung geschlossenen flächigen Kontaktzone führt zu einer zuverlässigen Ausrichtung zwischen Druckstück und Zentrierelement in eine vorbestimmte Relativlage. Diese gewünschte Relativlage zwischen Druckstück und Zentrierelement kann gezielt so gewählt sein, dass sich dadurch die gewünschte zentrierende Wirkung für die Schiebemuffe relativ zum Synchronkörper einstellt. Beispielsweise kann die Innenkontur nach radial außen konvergieren. Insbesondere kann die Innenkontur kegelstumpfförmig ausgestaltet sein. Beide Formen lassen sich vergleichsweise einfach herstellen. Das Zentrierelement ist dann im Bereich seiner mit der Innenkontur zusammenwirkenden Außenkontur komplementär dazu geformt, also insbesondere nach radial außen konvergierend und vorzugsweise kegelstumpfförmig. Beispielsweise kann durch die vorgeschlagene Geometrie einfach erreicht werden, dass sich Druckstück und Zentrierelement bezüglich der Längsmittelachsen ihrer kegelstumpfförmigen Konturen koaxial zueinander ausrichten.
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Entsprechend einer anderen vorteilhaften Ausführungsform können die Außenkontur und die Innenkontur so aufeinander abgestimmt sein, dass das Zentrierelement unabhängig von der axialen Position des Druckstücks relativ zum Synchronkörper radial ausgerichtet ist, sobald und solange es vollständig in die Durchgangsöffnung des Druckstücks eingefahren ist. Mit anderen Worten, solange das Zentrierelement vollständig in das Druckstück eingefahren ist, kann das Druckstück axial relativ zum Synchronkörper verstellt werden, ohne dass sich dadurch die Relativlage zwischen Druckstück und Zentrierelement verändert und ohne dass sich dadurch die radiale Ausrichtung des Zentrierelements bezüglich einer Rotationsachse der Getriebewelle verändert. Dies ist im Hinblick auf die Erzielung einer verbesserten Zentrierwirkung durch die Vorspannung der Druckfeder vorteilhaft.
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Besonders zweckmäßig ist nämlich eine Ausführungsform, bei welcher die Druckfeder so ausgestaltet bzw. ausgelegt ist, dass sie bei parallel geführten Federenden knicksicher bzw. selbstausrichtend bzw. selbstzentrierend ist. Mit anderen Worten, solange ihre Federenden in parallelen Ebenen geführt sind, generiert die Druckfeder aus sich selbst heraus eine Rückstellkraft, die zu einer radialen Ausrichtung der Federenden zueinander führt, so dass die Druckfeder gerade nicht ausknickt bzw. auskippt. Durch die zuvor beschriebene radiale Ausrichtung des Zentrierelements innerhalb eines axialen Verstellbereichs des Druckstücks kommt es zur gewünschten Parallelführung der Federenden, so dass die Druckfeder durch ihre selbstzentrierende Wirkung das Zentrierelement, das Druckstück und die Schiebemuffe mitnimmt und zentriert.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch
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1–4 jeweils eine stark vereinfachte axiale Schnittansicht eines Getriebes im Bereich einer Zentriereinrichtung einer Synchronisiereinrichtung, bei unterschiedlichen Zuständen.
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Entsprechend den 1–4 umfasst ein nur teilweise dargestelltes schaltbares Getriebe 1, das insbesondere in einem Kraftfahrzeug zur Anwendung kommt, zumindest eine Synchronisiereinrichtung 2, um wechselweise zwei Gangstufen 3 und 4 des Getriebes 1 zu schalten. Beim Getriebe 1 handelt es sich vorzugsweise um ein Handschaltgetriebe oder um ein Automatikgetriebe.
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Die Synchronisiereinrichtung 2 weist einen Synchronkörper 5 auf, der auf einer Getriebewelle 6 drehfest angeordnet ist. Die drehfeste Kopplung zwischen Synchronkörper 5 und Getriebewelle 6 kann beispielsweise über eine Axialverzahnung 7 erfolgen. An der Getriebewelle 6 sind zwei Zahnräder 8, 9 über entsprechende Lager 10 drehbar gelagert, die den beiden Gangstufen 3, 4 zugeordnet sind. Der Synchronkörper 5 weist eine axiale Außenverzahnung 11 auf.
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Die Synchronisiereinrichtung 2 weist außerdem eine Schiebemuffe 12 auf, die mit einer axialen Innenverzahnung 13 ausgestattet ist. Die Innenverzahnung 13 ist komplementär zur Außenverzahnung 11 ausgestaltet, so dass die Verzahnungen 11, 13 ineinander eingreifen. Die Schiebemuffe 12 ist durch diese Axialverzahnung 11–13 axial verstellbar am Synchronkörper 5 angeordnet. Die Schiebemuffe 12 weist radial außen eine Mitnehmeraufnahme 14 auf, in die ein Betätigungselement eingreifen kann, um die Schiebemuffe 12 axial anzutreiben, wenn einer der Gänge eingelegt bzw. ausgelegt werden soll.
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Die Synchronisiereinrichtung 2 ist außerdem mit einer Zentriereinrichtung 15 ausgestattet. Die Zentriereinrichtung 15 weist zumindest ein Zentrierelement 16 auf, das mit einer Zentriermulde 17 zusammenwirkt. Zweckmäßig sind in Umfangsrichtung mehrere, also mindestens zwei derartige Zentrierelemente 16 sowie eine entsprechende Anzahl an Zentriermulden 17 verteilt angeordnet. Das jeweilige Zentrierelement 16 ist dabei im Bereich der Außenverzahnung 11 angeordnet. Die Außenverzahnung 11 weist hierzu im Bereich des Zentrierelements 16 eine entsprechende Lücke oder Aussparung auf. Das jeweilige Zentrierelement 16 ist mittels einer Druckfeder 18 am Synchronkörper 5 abgestützt und dadurch radial nach außen vorgespannt. Das Zentrierelement 16 greift zumindest in den 1 und 2 in die Zentriermulde 17 ein. Die jeweilige Zentriermulde 17 ist dabei im Bereich der Innenverzahnung 13 an der Schiebemuffe 12 ausgebildet. Hierzu kann die Innenverzahnung 13 im Bereich der Zentriermulde 17 eine entsprechende Unterbrechung aufweisen.
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Des Weiteren ist die Zentriereinrichtung 15 mit wenigstens einem Druckstück 19 ausgestattet. Je Zentrierelement 16 ist dabei ein derartiges Druckstück 19 vorgesehen. Das Druckstück 19 weist radial außen eine Außenseite 20 auf, mit der es im Bereich der Innenverzahnung 13 an einer Innenseite 21 der Schiebemuffe 12 anliegt und daran axial verschiebbar angeordnet ist. Das Druckstück 19 besitzt eine radial orientierte Durchgangsöffnung 22, die eine Innenkontur 23 besitzt. Das Zentrierelement 16 durchsetzt besagte Durchgangsöffnung 22 und weist eine Außenkontur 24 auf, mit der es an der Innenkontur 23 des Druckstücks 19 anliegt. Innenkontur 23 und Außenkontur 24 sind hinsichtlich ihrer Formgebung nun so aufeinander abgestimmt, dass sie die radial orientierte Vorspannung der Druckfeder 18 in eine axial zentrierende Wirkung für die Schiebemuffe 12 relativ zum Synchronkörper 5 umwandeln.
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Zu diesem Zweck kann die Außenkontur 24 vorzugsweise komplementär zur Innenkontur 23 geformt sein. In der Folge ergibt sich zumindest bei den in den 1 und 2 gezeigten Zuständen eine ringförmig geschlossene, flächige Kontaktzone 25 zwischen Druckstück 19 und Zentrierelement 16 im Bereich der aneinanderliegenden Konturen 23, 24. Diese in Umfangsrichtung geschlossene, flächige Kontaktzone 25 entsteht dann, wenn das Zentrierelement 16 wie in den 1 und 2 vollständig in das Druckstück 19 eingefahren ist. In diesem vollständig in das Druckstück 19 bzw. in dessen Durchgangsöffnung 22 eingefahrenen Zustand greift das Zentrierelement 16 mit einem vom Synchronkörper 5 entfernten Endabschnitt 26 vollständig in die Zentriermulde 17 ein. Im Unterschied dazu zeigen die 3 und 4 einen Zustand, bei dem das Zentrierelement 16 mit seinem Endabschnitt 26 nicht mehr vollständig bzw. gar nicht in die Zentriermulde 17 hineinragt. Dementsprechend ist dann auch die ringförmig geschlossene, flächige Kontaktzone 25 nicht mehr gegeben.
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Außenkontur 24 und Innenkontur 23 sind entsprechend der hier gezeigten, bevorzugten Ausführungsform hinsichtlich ihrer Formgebung so aufeinander abgestimmt, dass das Zentrierelement 16 radial ausgerichtet ist, sobald und solange das Zentrierelement 16 vollständig in das Druckstück 19 bzw. in dessen Durchgangsöffnung 22 eingefahren ist. Diese radiale Ausrichtung des Zentrierelements 16 bleibt dabei auch erhalten, wenn das Druckstück 19 axial aus der in 1 gezeigten zentrierten Neutralposition herausbewegt ist. In 2 ist das Druckstück 19 gemeinsam mit der Schiebemuffe 12 axial nach links gegenüber dem Synchronkörper 5 verschoben. Durch die rückstellende Wirkung der Zentriereinrichtung 15, welche die Zentrierung der Schiebemuffe 12 relativ zum Synchronkörper 5 bewirkt, stellt sich eine Rückstellkraft F ein.
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Bei der hier gezeigten, bevorzugten Ausführungsform ist die Innenkontur 23 so geformt, dass sie nach außen konvergiert. Insbesondere ist sie als Kegelstumpf ausgestaltet. Dementsprechend ist hier auch die Außenkontur 24 nach außen konvergierend und insbesondere kegelstumpfförmig ausgestaltet. Der Endabschnitt 26 des Zentrierelements 16 ist im gezeigten Beispiel kugelsegmentförmig ausgestaltet. Insbesondere geht die Kugelsegmentkontur des Endabschnitts 26 tangential in die Kegelstumpfform Außenkontur 24 über. Die Zentriermulde 17 ist vergleichsweise einfach ausgestaltet und besitzt beispielsweise ein V-Profil, das ebenfalls nach außen konvergiert. Ebenso kann die Zentriermulde 17 ein kegelstumpfförmiges Profil aufweisen, in das der Endabschnitt 26 des Zentrierelements 16 eingreift.
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Ferner ist das Zentrierelement 16 bei der hier gezeigten Ausführungsform an einer der Schiebemuffe 12 abgewandten bzw. an einer dem Synchronkörper 5 zugewandten Seite mit einem Federzentrierdorn 27 ausgestattet. Dieser ist dabei so ausgelegt, dass er koaxial in die Druckfeder 18 hineinragt. Vorzugsweise ist besagter Federzentrierdorn 27 so geformt, dass er radial nach innen konvergiert. Insbesondere ist er kegelstumpfförmig ausgestaltet. Er kann auch kegelförmig sein.
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Die Druckfeder 18 stützt sich am Zentrierelement 16 an einer Ringstufe 28 ab, die einen Übergang zwischen der Außenkontur 24 und dem Federzentrierdorn 27 definiert.
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Die Druckfeder 18 ist bevorzugt als Schraubendruckfeder ausgelegt. Sie könnte auch als Spiralfeder konzipiert sein. Besonders vorteilhaft ist es ferner, die Druckfeder 18 so auszulegen, dass sie knicksicher ist und/oder selbstausrichtend ist und/oder selbstzentrierend ist, solange ihre Federenden parallel geführt sind. Die Parallelführung der Federenden wird bei der hier vorgestellten Zentriereinrichtung 15 dadurch erreicht, dass das Druckstück 19 mit darin vollständig eingefahrenem Zentrierelement 16 zusammen mit der Schiebemuffe 12 axial bezüglich des Synchronkörpers 5 verstellbar ist, ohne dass sich dabei die radiale Ausrichtung des Zentrierelements 16 verändert. Da sich die Druckfeder 18 über die Ringstufe 28 am Zentrierelement 16 abstützt, ist das dem Zentrierelement 16 zugeordnete Federende in einer Axialebene geführt. Das im Synchronkörper 5 zugeordnete Federende ist am Synchronkörper 5 an einem entsprechenden Federsitz 29 abgestützt. Da dieses Federende stationär bleibt, ergibt sich für beide Federenden eine Parallelführung, wenn das Zentrierelement 16 bei einer Axialverstellung des Druckstücks 19 radial ausgerichtet bleibt.
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Im Ausgangszustand der 1 ist die Schiebemuffe 12 relativ zum Synchronkörper 5 zentriert. Beide Gänge sind ausgelegt. Das Druckstück 19 ist gegenüber benachbarten Synchronringen 30 axial beabstandet.
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2 zeigt einen leicht ausgelenkten Zustand, bei dem das Druckstück 19 mit dem links dargestellten Synchronring 30 in Kontakt steht. Die durch die Zentriereinrichtung 15 erzeugte Rückstellkraft F treibt die Schiebemuffe 12 wieder in die in 1 gezeigte Neutralstellung zurück.
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In 3 ist die Schiebemuffe 12 aktiv in Axialrichtung soweit verstellt worden, dass ihre Innenverzahnung 13 mit einer Außenverzahnung 31 des einen Synchronrings 30 in Eingriff steht. In diesem Zustand ist das Zentrierelement 16 mit seinem Endabschnitt 26 aus der Zentriermulde 17 verdrängt. In der Folge ist das Zentrierelement 16 dann auch nicht mehr vollständig in das Druckstück 19 eingefahren, so dass auch der ringförmig geschlossene Kontakt über die Kontaktzone 25 nicht mehr gegeben ist.
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4 zeigt einen vollständig synchronisierten und eingelegten Gang. Die Schiebemuffe 12 ist axial soweit verstellt, dass ihre Innenverzahnung 13 nun auch in eine Außenverzahnung 32 eingreift, die mit dem Zahnrad 8 der jeweiligen Gangstufe 3 drehfest gekoppelt ist. Das Zentrierelement 16 verbleibt dabei aus der Zentriermulde 17 ausgerückt und stützt sich axial an der Innenseite 21 ab, an der auch das Druckstück 19 abgleitet. Durch die Form des Endabschnitts 26 kann die Druckfeder 18 aufgrund ihrer selbstzentrierenden Wirkung das Zentrierelement 16 in Richtung Neutralstellung antreiben, so dass es in 4 rechts am Druckstück 19 anliegt, während es in 3 noch links am Druckstück 19 anliegt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2538780 A1 [0002]
- EP 1229263 A1 [0004]
- DE 3221712 C2 [0005]
