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Die Erfindung betrifft einen mit einer Synchronanordnung versehenen Schaltmechanismus für ein Getriebe in einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang und ein mit einem solchen Schaltmechanismus versehenes Getriebe, das in einem Kraftfahrzeug mittels einer Eingangswelle mit einem Motor verbunden ist.
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Aus
FR 2 390 633 A1 ist bekannt ein Schaltmechanismus für ein Getriebe in einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang, aufweisend: eine Welle zum Einbau in das Getriebe; ein erstes und ein zweites Zahnrad, die jeweils auf der Welle gelagert sind; und eine Synchronanordnung mit einer Schiebemuffe, die zur drehzahlgleichen Drehung mit dem ersten Zahnrad in Eingriff und entlang der Welle axial beweglich ist; einem Synchronring, der axial benachbart zu Schiebemuffe und zweitem Zahnrad angeordnet ist und der mit dem zweiten Zahnrad verbunden ist; wobei die Schiebemuffe und der Synchronring durch axiales Annähern dieser wahlweise in Eingriff bringbar sind; und einer Synchronfeder, die eine Vorsynchronisationskraft bereitgestellt.
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Aus
FR 2 783 294 A1 ,
DE 197 55 613 A1 und
DE 10 2009 007 848 A1 ist es jeweils bekannt, den Synchronring an einer nach radial innen weisenden Umfangsfläche dessen mit mehreren Nasen zum axial verschieblichen Eingriff in Aussparungen zu versehen. Aus
JP 8 200 397 A ,
DE 197 55 613 A1 und
DE 10 2009 007 848 A1 ist es zudem jeweils bekannt, den Synchronring an seiner nach radial innen weisenden Umfangsfläche mit einer Verzahnung zu versehen.
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Die Aussagen in dem folgenden Abschnitt bieten lediglich Hintergrundinformationen in Bezug auf die vorliegende Offenbarung und brauchen keinen Stand der Technik zu bilden.
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In einem herkömmlichen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang wird ein Zahnradgetriebe genutzt, um Drehmoment eines Verbrennungsmotors auf die Antriebsräder des Fahrzeugs zu übertragen. Das Getriebe enthält eine Eingangswelle, die über eine Kupplung mit dem Motor in Verbindung steht, und eine Ausgangswelle, die mit den Antriebsrädern in Verbindung steht. Die Eingangswelle trägt Eingangszahnräder, die an der Eingangswelle angebracht sind. Ähnlich trägt die Ausgangswelle Ausgangszahnräder, die um die Ausgangswelle drehbar sind. Die Eingangszahnräder greifen mit den Ausgangszahnrädern ineinander oder kämmen mit ihnen, um das Motordrehmoment an die Antriebsräder des Fahrzeugs zu übertragen. Die Ausgangswelle trägt außerdem Synchroneinrichtungen, die ermöglichen, dass das Getriebe verschiedene Übersetzungsverhältnisse und somit verschiedene Drehmomentwege bereitstellt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen wie eingangsgenannten Schaltmechanismus für ein Getriebe und ein mit einem solchen Schaltmechanismus versehenes Getriebe zu schaffen, welche einen erhöhten Schaltkomfort bereitstellen.
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Dies wird mit einem Schaltmechanismus gemäß Anspruch 1 und einem Getriebe gemäß Anspruch 8 erreicht. Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen definiert.
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Es wird bereitgestellt eine Synchronanordnung für ein Getriebe in einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang.
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Allgemein enthält die Synchronanordnung eine Schiebemuffe, die mit einem ersten Zahnrad des Getriebes in Eingriff ist. Die Schiebemuffe und das erste Zahnrad sind um eine Welle drehbar und die Schiebemuffe ist entlang der Welle axial beweglich. Ferner enthält die Synchronanordnung einen Synchronring, der ein zweites Zahnrad des Getriebes berührt, um die Schiebemuffe wahlweise in Eingriff zu bringen. Der Synchronring enthält eine Synchronfeder, die wahlweise an dem zweiten Zahnrad anliegt, um den Synchronring gegen die Schiebemuffe zu schieben, und eine Mehrzahl von Nasen, die mit dem zweiten Zahnrad in Eingriff sind. Die Synchronfeder ist an der Mehrzahl von Nasen gehalten.
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Die Synchronanordnung weist bei einer kurzen Betätigungsbewegung einen kleinen Betrag an Spiel auf. Die Synchroneinrichtung kann in einem Rückwärtszahnrad für das Getriebe implementiert werden, da die Synchroneinrichtung einen Vorteil aufweist, einen kleinen Platz zu belegen, der für die Verwendung mit dem Rückwärtszahnrad geeignet ist.
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In bestimmten Implementierungen ist die Synchronfeder eine ringförmige Feder, die auf das zweite Zahnrad eine Vorsynchronisationskraft ausübt, und wird das zweite Zahnrad genutzt, um über die Synchronanordnung wahlweise mit dem ersten Zahnrad zu verriegeln. In bestimmten Implementierungen enthält die Schiebemuffe eine Mehrzahl von Keilen, um mit dem ersten Zahnrad in Eingriff zu gelangen, und enthält das zweite Zahnrad eine Mehrzahl von Keilen, um über die Schiebemuffe mit den Keilen des ersten Zahnrads zu verriegeln. Eine solche Anordnung arbeitet zuverlässig, nimmt wenig Platz ein, ist leicht einzubauen und weist einen kurzen Weg auf.
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Die Keile des zweiten Zahnrads können Vorsprünge für die Wechselwirkung mit der Synchronfeder der Synchronanordnung enthalten. Diese Vorsprünge schieben gegen die Schiebemuffe, um den Synchronring der Synchronanordnung gegen die Schiebemuffe zu drängen.
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Die Synchronfeder ermöglicht, dass die Synchronanordnung einen problemlosen und ruhigen Schaltvorgang sicherstellt. Das zweite Zahnrad kann außerdem eine Haltenut enthalten, um mit der Synchronfeder in Wechselwirkung zu treten, um für einen menschlichen Betreiber sowohl für die volle Verriegelung als auch für die Entriegelung eines der Synchronanordnung zugeordneten Schaltmechanismus eine definierte Schaltrückkopplung bereitzustellen. Außerdem sichert die Nut vor unerwünschter Entriegelung des zweiten Zahnrads von dem ersten Zahnrad.
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Die Mehrzahl von Nasen können das Einrücken und das Ausrücken des zweiten Zahnrads bereitstellen. In bestimmten Implementierungen enthält der Synchronring drei Nasen, um einen symmetrischen Entwurf bereitzustellen, der zuverlässig ist und eine Konstruktion aufweist, die den Platz minimiert. Das Federelement kann aus einem Draht hergestellt sein.
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Der Synchronring kann an seiner Innenoberfläche Vorsynchronisiervorsprünge enthalten, um entsprechende Keile des zweiten Zahnrads zu berühren. Dies ermöglicht die leichte Ausrichtung und das leichte Einrücken zwischen dem ersten und dem zweiten Zahnrad. Der Synchronring kann ein Ringreibungsglied enthalten, das wahlweise mit einem Muffenreibungsglied der Schiebemuffe in Eingriff gelangt, um zwischen dem Synchronring und der Schiebemuffe eine Synchronisation bereitzustellen. Die Synchronanordnung kann einen Halteabschnitt enthalten, der den Synchronring an der Schiebemuffe hält, was für Entriegelungsoperationen hilfreich ist, wenn die Schiebemuffe den Synchronring von dem zweiten Zahnrad wegzieht. Der Halter kann einen Ringabschnitt an der Schiebemuffe enthalten. Der Ringabschnitt kann ein Metallteil sein, das an der Schiebemuffe befestigt ist. Eine solche Anordnung ist durch einfache Schneid-, Stanz- und Biege- oder Walzoperationen aus einem Blech leicht herzustellen.
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Die Synchronanordnung kann in einem Schaltmechanismus für ein Getriebe implementiert werden und das Getriebe kann mit einem Motor eines Fahrzeugs mit einer Eingangswelle verbunden sein.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Bereiche der Anwendbarkeit gehen aus der im Folgenden gegebenen Beschreibung hervor. Selbstverständlich sind die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur zur Veranschaulichung bestimmt und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.
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Die im Folgenden beschriebenen Figuren dienen nur zur Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken. Die Komponenten in den Figuren sind nicht notwendig maßstabsgerecht, wobei der Schwerpunkt stattdessen auf der Darstellung von Prinzipien der Erfindung liegt. Darüber hinaus bezeichnen überall in den mehreren Ansichten gleiche Bezugszeichen einander entsprechende Teile. In den Figuren veranschaulicht:
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1 eine vordere Querschnittsansicht eines Abschnitts eines Getriebes in Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung, wenn das Getriebe in einer Leerlaufposition ist;
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2 eine perspektivische Ansicht des Getriebes aus 1;
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3 eine perspektivische Querschnittsansicht des Getriebes aus 1;
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4 eine vergrößerte Teilansicht des Getriebes aus 1;
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5 eine weitere vordere Querschnittsansicht des Getriebes aus 1;
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6 eine perspektivische Querschnittsansicht des wie in 5 gezeigten Getriebes;
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7 eine Vorderansicht eines Synchronrings des wie in 6 gezeigten Getriebes;
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8 eine vordere Querschnittsansicht des Getriebes aus 1, wenn das Getriebe in einer eingerückten Position ist;
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9 eine vordere Querschnittsansicht des Getriebes aus 1 in einem ersten Schritt des Einrückens eines Zwischenzahnrads;
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10 eine obere Querschnittsansicht des wie in 9 gezeigten Getriebes;
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11 eine vordere Querschnittsansicht des Getriebes aus 1 in einem zweiten Schritt des Einrückens des Zwischenzahnrads;
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12 eine obere Querschnittsansicht des wie in 11 gezeigten Getriebes;
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13 eine Teilansicht eines Einrückens des Synchronrings aus 7 mit den Zähnen eines Zahnrads in dem ersten Schritt; und
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14 eine Teilansicht eines Einrückens des Synchronrings aus 7 mit den Zähnen eines Zahnrads in dem zweiten Schritt.
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Die folgende Beschreibung ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft und soll die vorliegende Offenbarung, die vorliegende Anwendung oder die vorliegenden Verwendungen nicht einschränken.
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Gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung zeigen 1 und 2 ein Getriebe 5, das eine erste Zahnradanordnung 6, eine zweite Zahnradanordnung 7, eine Synchronanordnung 10 und eine Welle 11 enthält. Die Welle 11 kann in Form einer Vorgelegewelle oder einer Ausgangswelle vorgesehen sein.
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Die erste Zahnradanordnung 6, die zweite Zahnradanordnung 7 und die Synchronanordnung 10 sind auf drehbare Weise an der Welle 11 angebracht. Die Synchronanordnung 10 ist zwischen der ersten Zahnradanordnung 6 und der zweiten Zahnradanordnung 7 positioniert, während die Welle 11 außerdem auf drehbare Weise in ein Zahnradgehäuse oder Getriebegehäuse eingebaut sein kann.
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Die Zahnradanordnung 6 enthält ein Zwischen-Schraubenrad 12. Zwischen dem Schraubenrad 12 und der Welle 11 ist ein Satz von Lagern 15 angeordnet, um zu ermöglichen, dass sich das Schraubenrad 12 um die Welle 1 dreht. Das Schraubenrad 12 weist einen Satz von Zahnradzähnen 17 um seine Außenoberfläche auf.
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Ähnlich enthält die Zahnradanordnung 7 ein Zwischen-Stirnrad 13. Zwischen dem Stirnrad 13 und der Welle 11 ist ein Satz von Lagern 19 angeordnet, um zu ermöglichen, dass sich das Stirnrad 13 um die Welle dreht. Das Stirnrad 13 weist außerdem einen Satz von Zahnradzähnen 21 um seine Außenoberfläche und einen Satz von Keilen 22 an seiner Innenoberfläche (siehe 10 und 12) auf. Es wird angemerkt, dass sich der Begriff ”Keile” auf mehrere Vorsprünge oder Hervorhebungen eines Teils bezieht, die in Schlitze eines anderen Teils passen.
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Wie in 2 gezeigt ist, sind das Schraubenrad 12 und das Stirnrad 13 zueinander benachbart zwischen einem Paar ringförmiger Druckglieder 23 und 24 positioniert.
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Die Synchronanordnung 10 weist einen Satz von Innenkeilen 26 auf, die in der Weise mit einem Satz von Außenkeilen 27 des Schraubenrads 12 in Verbindung stehen, dass sich die Synchronanordnung 10 und das Schraubenrad 12 etwa mit derselben Drehzahl um die Achse der Welle 11 drehen können (siehe 1, 10 und 12). Diese Keile 26 und 27 ermöglichen außerdem, dass die Synchronanordnung 10 in axialer Richtung entlang der Welle 11 gleitet, sodass die Synchronanordnung 10 in Richtung der zweiten Zahnradanordnung 7 gleiten kann, um mit dem Stirnrad 13 in Eingriff zu gelangen.
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Insbesondere enthält die Synchronanordnung 10, wie in 3 und 4 gezeigt ist, einen Synchronring 28 und eine ringförmige Schiebemuffe 31. Wie in 6 gezeigt ist, ist der Synchronring 28 durch einen Halter 35 innerhalb einer Aussparung der Schiebemuffe 31 gehalten.
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Wieder anhand von 1 weist die Schiebemuffe 31 eine ringförmige ebene Aussparung 34 auf, die an ihrer Außenoberfläche angeordnet ist, wobei die Keile 26 an ihrer Innenoberfläche angeordnet sind und an ihrer Innenoberfläche ein Innenreibungskegelabschnitt 36 angeordnet ist.
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Die ebene Aussparung 34 ist zum Aufnehmen eines Endes eines Schalthebels ausgelegt. Die Keile 26 der Schiebemuffe 31 kämmen in der Weise mit den Keilen 27 des Schraubenrads 12, dass die Schiebemuffe 31 und das Schraubenrad 12 mit derselben Drehzahl zusammen um die Welle 11 drehbar sind. Die Keile 26 und 27 ermöglichen außerdem, dass die Schiebemuffe 31 in beiden axialen Richtungen entlang der Welle 11 beweglich ist. In der axialen Richtung in Richtung des Stirnrads 13 drängt oder drückt die Schiebemuffe 31 den Synchronring 28 in Richtung des Stirnrads 13. Der Kegelabschnitt 36 ist für den Reibungseingriff mit dem Synchronring 28 ausgelegt.
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Der Synchronring 28 weist einen Außenreibungskegelabschnitt 38 auf, der geneigt ist oder der so ausgelegt ist, dass er in Reibungseingriff mit dem Kegelabschnitt 36 der Schiebemuffe 31 steht. Wie in 5 bis 7 gezeigt ist, enthält der Synchronring 28 eine Mehrzahl von Nasen 40, die an einer Innenoberfläche des Synchronrings 28 angeordnet sind. Die Nasen 40 sind in einem Satz von Aussparungen 42 des Stirnrads 13 positioniert, um mit dem Stirnrad 13 in Eingriff zu gelangen, wobei sie in Richtung des Stirnrads 13 vorstehen. Wie in 6 dargestellt ist, ist innerhalb einer ringförmigen Aussparung 33 dieses vorstehenden Teils des Synchronrings 28 eine ringförmige Synchronfeder 32 in der Weise gehalten, dass die Synchronfeder 32 zwischen dem Synchronring 28 und dem Stirnrad 13 positioniert ist. Diese Anordnung ermöglicht außerdem einen frühen Eingriff zwischen der Synchronfeder 32 und dem Stirnrad 13. Der Synchronring 28 weist ebenfalls einen Satz von Vorsprüngen 44 an seiner Innenoberfläche auf.
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Die Schiebemuffe 31 ist hauptsächlich aus Stahl hergestellt, während der Synchronring 28 aus einem weicheren Werkstoff wie etwa Messing hergestellt ist, um, insbesondere während des Reibungseingriffs zwischen der Schiebemuffe 31 und dem Synchronring 28, den Verschleiß der Schiebemuffe 31 zu verringern.
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In Verwendung stellen die Zahnräder 12 und 13 zusammen einen Rückwärtsgang oder ein Rückwärtsübersetzungsverhältnis bereit.
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Die Zähne 17 des Schraubenrads 12 werden genutzt, um mit einem festen Zahnrad, das auf starre Weise an einer Eingangswelle befestigt ist, die Drehmoment von einem Verbrennungsmotor empfängt, mechanisch in Eingriff zu gelangen und kämmen zu lassen. Dementsprechend kämmt das Schraubenrad 12 ständig mit dem festen Zahnrad der Eingangswelle. Darüber hinaus drehen sich das Schraubenrad 12 und die Synchronanordnung 10 mit derselben Drehzahl zusammen um die Welle 11.
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In einem Leerlaufzustand oder einem ausgerückten Zustand sind die Keile 22 des Stirnrads 13 von den Keilen 26 der Synchronanordnung 10 außer Eingriff und dreht sich das Stirnrad 13 wie in 9 und 10 dargestellt frei. Im Gegensatz dazu sind in einem eingerückten Zustand die Keile 22 des Stirnrads 13 mit den Keilen 26 der Synchronanordnung 10 in der Weise in Eingriff, dass sie sich wie in 11 und 12 gezeigt beide mit derselben Drehzahl um die Welle 11 drehen.
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Die Synchronanordnung 10 wird genutzt, um die Drehzahl zwischen dem Stirnrad 13 und dem Schraubenrad 12 zu synchronisieren. Dementsprechend veranlasst die Synchronisation, dass sich das Stirnrad 13 und das Schraubenrad 12 mit derselben Drehzahl drehen. Außerdem verhindert die Synchronanordnung 10 eine Kopplung oder einen Eingriff des Schraubenrads 12 mit dem Stirnrad 13, bis sich das Stirnrad 13 mit derselben Drehzahl wie das Schraubenrad 12 dreht, da eine Kopplung des Schraubenrads 12 mit dem ausgewählten Stirnrad 13, wenn sich diese Teile mit unterschiedlichen Drehzahlen drehen, dazu führen würde, dass ein Geräusch erzeugt wird, und zu einer Beschädigung dieser Teile führen würde.
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Die Synchronfeder 32 liegt an den Keilen 22 des Stirnrads 13 an, um eine Vorsynchronisationskraft auszuüben. Wie in 13 und 14 gezeigt ist, nehmen ein Satz von Vorsprüngen oder Erhebungen 45 der Keile 22 den Anschlag auf. In einer ersten Position drängt die Vorsynchronisationskraft den Synchronring 28 gegen die Schiebemuffe 31, um den Synchronring 28 mit der Schiebemuffe 31 zu synchronisieren. In einer zweiten Position und nach der Synchronisation bewegt sich die Synchronfeder 32 wie in 14 dargestellt über die Vorsprünge 45.
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Wie in 8 dargestellt, sind ein Satz Federnuten 46 des Stirnrads 13 verwendet, um die Synchronfeder 32 aufzunehmen. Die Federnuten 46 weisen einen Vorteil auf, dass sie eine unerwünschte Bewegung der Synchronfeder 32 verhindern. Außerdem stellen sie für einen Nutzer eine Rückkopplung über den positiven Zahnradeingriff bereit.
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Der Kegelabschnitt 36 der Schiebemuffe 31 und der Kegelabschnitt 38 des Synchronrings 28 wirken als Reibungsglieder einer Reibungskupplung zum Synchronisieren der Drehzahl des Stirnrads 13 mit der Drehzahl der Welle 11.
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Die Nasen 40 des Synchronrings 28 werden dafür verwendet, mit den Aussparungen 42 des Stirnrads 13 in Eingriff zu gelangen, um die Drehzahl zwischen dem Schraubenrad 12 und dem Stirnrad 13 zu synchronisieren. In dem Nichteingriffszustand können sich der Synchronring 28 und das Stirnrad 13 in Bezug auf das Schraubenrad 12 frei drehen. In dem eingerückten Zustand sind die Nasen 40 in der Weise mit den Aussparungen 42 in Eingriff, dass sich der Synchronring 28 und das Stirnrad 13 mit derselben Drehzahl in Bezug auf das Schraubenrad 12 drehen.
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In einem allgemeinen Sinn können ebenfalls andere Typen von Reibungskupplungen genutzt werden. Die Reibungsglieder können in anderen Anordnungen an dem Stirnrad 13 befestigt sein. Es kann ein weiter Bereich von Kegelwinkeln wie etwa z. B. Kegelwinkel von siebeneinhalb Grad genutzt werden. Die Reibungsflächen oder Reibungsglieder können außerdem eine Anzahl an einem Grundglied befestigter Reibungsmaterialien enthalten.
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Im Folgenden ist ein mögliches Verfahren zum Synchronisieren des Stirnrads 13 beschrieben. Das Getriebe 5 ist wie in 1 und 10 gezeigt in einem Nichteingriffs- oder Leerlaufzustand, in dem die Keile 26 der Schiebemuffe 31 in der Weise mit den Keilen 27 des Schraubenrad 12 in Eingriff sind, dass sich die Schiebemuffe 31 mit derselben Drehzahl wie das Schraubenrad 12 dreht.
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Das Verfahren enthält, dass ein Nutzer einen Schalthebel eines Schaltknüppels bewegt, um die sich drehende Schiebemuffe 31 in einer axialen Richtung der Welle 11 in Richtung des Stirnrads 13 betätigen. Der Schaltknüppel ist hier nicht gezeigt.
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Daraufhin liegt die Schiebemuffe 31 gegen den Synchronring 28 an, um den Synchronring 28 in Richtung des Stirnrads 13 zu schieben oder zu drängen. Dies veranlasst daraufhin, dass die Synchronfeder 32 wie in 9, 10 und 13 dargestellt problemlos gegen die Vorsprünge 45 der Keile 22 des Stirnrads 13 geschoben wird, um eine Vorsynchronisationskraft auszuüben.
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Die Vorsynchronisationskraft drängt den Synchronring 28 gegen die Schiebemuffe 31. Daraufhin gelangt der Kegelabschnitt 36 der Schiebemuffe 31 zwangsweise gegen den Kegelabschnitt 38 des Synchronrings 28 als ein Gegenglied oder Eingriffsglied in Eingriff. Dieser Reibungseingriff drängt den Synchronring 28, sich mit derselben Drehzahl wie die in Eingriff gelangende Schiebemuffe 31 zu drehen, die sich mit derselben Drehzahl wie das Schraubenrad 12 dreht.
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Die in den Aussparungen 42 des Stirnrads 13 bereitgestellten Nasen 40 des Synchronrings 28 drehen das Stirnrad 13 mit derselben Drehzahl wie den Synchronring 28, der sich mit einer Drehzahl dreht, die etwas niedriger als die Drehzahl der Schiebemuffe 31 und des Schraubenrads 12 ist. Die Drehzahl des Synchronrings 28 hängt von dem Reibungseingriff zwischen dem Synchronring 28 und der Schiebemuffe 31 ab.
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Nach Erzielen der Drehzahlsynchronisation bewegt daraufhin die Betätigung der Schiebemuffe 31 die Synchronfeder 32 wie in 14 dargestellt, damit sie über die Vorsprünge 45 der Keile 22 des Stirnrads 13 geht. Außerdem bewegt die Betätigung die Keile 26 der Schiebemuffe 31 wie in 12 dargestellt, damit sie mit den Keilen 22 des Stirnrads 13 und mit den Keilen 27 des Schraubenrads 12 in Eingriff gelangen.
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Auf diese Weise wird das Schraubenrad 12 auf synchronisierte Weise ohne Mahlen oder Klirren der Zahnradzähne mit dem Stirnrad 13 verriegelt. Die Elastizität der Synchronfeder 32 stellt eine problemlose und ruhige Funktion der Synchronanordnung sicher.
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Um das Stirnrad 13 außer Eingriff von dem Schraubenrad 12 zu bringen, kann der Nutzer die Schiebemuffe 31 unter Verwendung des Schalthebels des Schaltknüppels von dem Stirnrad 13 wegbewegen. Das Bewegen der Schiebemuffe 31 zieht außerdem den durch den Halter 35 gehaltenen Synchronring 28 von dem Stirnrad 13 weg. Der Synchronring 28 zieht wiederum die Synchronfeder 32 von dem Stirnrad 13 weg. Dieses Ziehen drängt die Synchronfeder 32 aus der Nut 46.
