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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung eines Fahrzeugwechselgetriebes mit einer translatorisch oder rotatorisch bewegbaren Hülse, einem ersten Eingriffselement, das fest mit der Hülse verbunden ist, einem zweiten Eingriffselement, das mit einer Schaltgabel verbunden, mit dem ersten Eingriffselement in Eingriff bringbar und im Eingriff so bewegbar ist, dass die Schaltgabel verschiebbar ist, wobei die beiden Eingriffselemente als ein Schaltmaul und ein Schaltfinger ausgebildet sind sowie die Hülse selbst.
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Hintergrund der Erfindung
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Vorwiegend aus Blech geformte Hülsen finden aufgrund des geringen Materialeinsatzes bei ihrer Fertigung und ihres geringen Gewichtes Anwendung beim Bau von modernen Getrieben. Der Aufbau, die Form sowie die Herstellung derartiger Hülsen sind variantenreich.
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Hülsen für Schaltvorrichtungen von Wechselgetrieben sind topf- oder rohrartig ausgebildete Hohlkörper. An dem Hohlkörper sind Steuerkonturen ausgebildet, auf die Steuer- bzw. Stellelemente des Wechselgetriebes wirken. Derartige Steuerkonturen sind unter anderem Rastkonturen, Kulissen oder Gangwahlsperren.
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Als Rastierhülsen ausgebildete Hülsen sind in der Regel drehstarr mit einer Schaltwelle verbunden. Dafür sind sie beispielsweise mit einem gesonderten Schaftabschnitt auf der Schaltwelle aufgeschrumpft oder auf andere geeignete Weise, beispielsweise durch Schweißen, befestigt. In die Wandung der Rastierhülse ist entweder die mit einem separat zur Schaltwelle angeordneten Rastierelement zusammenwirkende Rastkontur ausgeformt oder die Kulisse eingebracht. Die Rastierhülsen sind auch mit einer Kulisse versehen. Die Rastierhülse trägt weiterhin auch Funktionselemente wie Schaltstifte und Sperreinrichtungen. Der Vorteil derartiger Rastierhülsen liegt in ihrem geringen Gewicht und dem sparsamen Materialverbrauch bei ihrer Fertigung. Sie werden hauptsächlich durch Ziehen oder andere Umformverfahren geformt. Der Zeitaufwand für ihre Fertigung, insbesondere in der Massenfertigung, ist deshalb gering.
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Die vorgenannte Leichtbauweise bringt allerdings auch einige Nachteile mit sich, die die Vorteile überwiegen können. Ein Problem stellt die Festigkeit derartiger Hülsen unter Belastung dar. Da sie relativ dünnwandig ausgeführt sind, ist beispielsweise ihre Verwindungs- und Verformungssteifigkeit während Schaltvorgängen im Wechselgetriebe eingeschränkt. Die Schaltgenauigkeit bzw. der Schaltkomfort ist dadurch nachteilig beeinflusst. Um die notwendige Steifigkeit an den Hülsen abzusichern, wird häufig relativ starkes Ausgangsmaterial für die Fertigung der Hülsen nach dem Stand der Technik verwendet. Der Vorteil des geringen Gewichtes derartiger Hülsen geht damit zumindest teilweise wieder verloren.
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Der Herstellung von Hülsen nach dem Stand der Technik sind bei Verwendung der erwähnten spanlosen Formgebungsverfahren hinsichtlich ihrer Formgebung Grenzen gesetzt. Komplizierte Konturen, insbesondere in Entformungsrichtung der Formwerkzeuge liegende Hinterschnitte, sind in die Hülsen nicht oder mit hohem Aufwand einzubringen. Derartige Hinterschnitte sind in der Regel charakteristisch für die Bildung einer Rastierkontur von Rastierhülsen.
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Die Oberfläche der Rastkonturen und die Kanten der Kulissen müssen verschleißfest ausgebildet sein. Deshalb werden Rastierhülsen gehärtet. Die Rastierhülsen sind relativ großvolumig ausgebildete Körper. Jeder dieser Körper beansprucht beim Durchlaufen der Härteöfen, z. B. beim Einsatzhärten, relativ viel Platz. Die Anzahl der Rastierhülsen, die den Härteofen zur gleichen Zeit durchlaufen, ist deshalb gering. Für größere Fertigungslose wird entsprechend nachteilig viel Zeit verloren.
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Bei Hülsen nach dem Stand der Technik wirken sich also auch zusätzlich zu den anfangs erwähnten Problemen mit der Steifigkeit bzw. dem Materialeinsatz der Fertigungsaufwand für das Formen von komplizierten Konturen und der Zeitaufwand für das Härten nachteilig auf die Gesamtkosten für deren Fertigung aus.
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Eine Rastierhülse ist z. B. in
DE 197 41 633 C1 beschrieben. Die Rastierhülse ist im Wesentichen spanlos aus Blech gefertigt und weist eine relativ dünne Wandung auf. Sie ist mit zwei Steuerkonturen versehen. In einem Bereich der Wandung ist eine Rastkontur eingeformt, auf die ein federbelastetes Rastierelement wirkt. Die andere Steuerkontur in der Wandung der Rastierhülse ist durch eine eingestanzte Kulisse gebildet, in der ein Schaltstift wirkt.
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Zur Überwindung der genannten Nachteile ist in
DE 100 07 190 A1 vorgesehen, die Steuerkontur zu verstärken. Nachteilig an dieser Rastierhülse ist allerdings, dass der Schaltfinger separat mit der Rastierhülse verbunden werden muss. Dies führt insbesondere bei dünnen Blechen zu Schweißverzug und Mehraufwand.
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DE 10 2008 029 267 A1 offenbart eine gattungsgemäße Schaltvorrichtung, die ein radial aus der Mantelfläche nach außen weisenden Schaltmaul aufweist, in das der Schaltfinger eingreift. Diese Schaltvorrichtung benötigt relativ viel Bauraum.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung ist es eine Hülse zu schaffen, die die vorstehend genannten Nachteile vermeidet.
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Die Aufgabe wird durch eine Schaltvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche Der Schaltfinger ist demnach nicht fest an der Hülse angeordnet, sondern an einem der Hülse nebengeordneten Bauteil, das beispielsweise Teil einer Schaltgabel sein kann. Im Gegenzug ist das Schaltmaul, in das der Schaltfinger eingreift, an der Hülse drehfest angeordnet. Das Schaltmaul kann aus dem Hülsenmaterial umformtechnisch hergestellt werden. Damit ist die Hülse mit dem Schaltmaul einteilig herstellbar. Dadurch entfällt ein Verschweißen des Eingriffselements, und der damit entfallende Schweißverzug ermöglicht nicht nur eine günstigere, sondern auch genauere Herstellung der Hülse.
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Die Hülse ist vorzugsweise aus Blech oder Kunststoff hergestellt. Sie kann das Schaltglied, beispielsweise eine Schaltwelle, selbst bilden, oder sie ist auf diesem angeordnet und umgibt es zumindest teilweise. Im letztgenannten Fall braucht die Hülse nicht vollumfänglich geschlossen ausgebildet zu sein, sondern ein Teilumgreifen des Schaltglieds durch eine nicht vollumfänglich ausgebildete Mantelfläche ist ausreichend.
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Die Hülse ist auf dem Schaltglied bevorzugt fest oder drehfest angeordnet. Auf einem als Schaltschiene ausgebildeten Schaltglied kann sie zusätzlich eine Adapterfunktion erfüllen, indem ihre Wandung eine Lagerfläche bildet. Bei allein drehfester Anordnung kann eine axiale Verschiebbarkeit zum Schaltglied erfolgen.
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Die Hülse kann zusätzlich Profile, wie z. B. Sicken und Abkantungen versteift werden.
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Als Werkstoffe für die Hülse sind insbesondere alle formbaren Stahlsorten einsetzbar. Die Hülse kann teilweise oder komplett gehärtet werden. Ebenfalls sind Hülsen aus Aluminium vorgesehen.
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Die Eingriffselemente sind als Schaltmaul und Schaltfinger ausgebildet, wobei der Schaltfinger mit dem Schaltmaul zumindest zeitweise in Eingriff gebracht werden kann. In diesem Zustand können dann Schaltbewegungen zwischen diesen beiden Elementen unter Relativverschiebung oder -verdrehung der Hülse und des Bauteils, das den Schaltfinger trägt, übertragen werden.
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Das Schaltmaul wird durch zwei Schaltwangen gebildet, welche den Schaltfinger nach der Gangvorwahl in Schaltrichtung einfassen. Über die Schaltwangen wird die Drehbewegung der Hülse auf den Schaltfinger übertragen. Die ins Hülseninnere weisende Schaltwangen haben den Vorteil, dass die gesamte Schaltvorrichtung besonders kompakt baut.
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Mit einem Schaltwangenpaar können mehrere Schaltfinger betätigt werden. Dazu weist die Hülse axial benachbart zu dem Schaltwangenpaar Freiräume auf, in die die benachbarten Schaltfinger eingreifen können. Ein Verdrehen der Hülse lässt die in die Freiräume eingreifenden Schaltfinger unbeaufschlagt, so dass nur der Schaltfinger der durch entsprechende axiale Positionierung der Hülse vorgewählten Schaltgasse betätigt wird. Die Freiräume können beispielsweise als Freistanzungen ausgebildet sein.
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In einer anderen Weiterbildung weist die Hülse mehrere Schaltwangenpaare auf, die axial voneinander beabstandet sind.
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In einer Variante ist die Hülse drehfest auf einer Schaltwelle angeordnet. Die Hülse kann relativ kurz bauen, so dass die Schaltvorrichtung insgesamt kompakt ist. Um die Hülse sicher auf der Schaltwelle anzuordnen, kann sie mit Distanzscheiben auf der Schaltwelle geführt oder verschweißt werden. Als vorteilhaft hat sich herausgestellt, die Hülse über eine oder mehrere Distanzhülsen an die Schaltwelle anzubinden. Die Distanzhülse weist als Innenhülse einen Hülsenabschnitt auf, mit dem sie sich flächig an der Schaltwelle oder dem sie einschließenden Schaltelement abstützen kann. An den Hülsenabschnitt schließt sich ein Flansch an, der radial außenseitig einen parallel zur Hülse gerichteten Bord aufweist. Über den Bord kann sich die Distanzhülse ebenfalls flächig an der Hülse abstützen.
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Besonders effektiv erfolgt die Abstützung, wenn die Distanzhülse möglichst nahe an den Schaltwangen angeordnet ist. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung weist die Distanzhülse an ihrem radialen Außenrand eine Ausnehmung auf, die an die Schaltwangen angepasst ist. Die Ausnehmung ist komplementär zu den Schaltwangen so geformt, dass sich diese sich an der Distanzhülse abstützen können. Auch hohe Schaltkräfte können dadurch sicher übertragen werden. In einem Querschnitt der Ebene der Schaltwangen ist dann beispielsweise in der Stellung, in der der Schaltfinger umgriffen ist, das gesamte Hülseninnere – mit Ausnahme der durch die Form des Schaltfingers für ein Verdrehen benötigten Freiraums – ausgefüllt. Durch die Verstärkung der belasteten Stellen einer Rastierhülse kann der restliche Teil der Hülse sehr dünnwandig ausgeführt werden, ohne auf die notwendige Festigkeit im Schaltfingerbereich verzichten zu müssen. An den Wandabschnitten der Rastkontur oder der Kulisse angeordnete Verstärkungen stabilisieren nicht nur den betroffenen Wandabschnitt, sondern erhöhen auch die Steifigkeit der gesamten Rastierhülse. Materialeinsparungen bei der Fertigung und Gewichtsreduzierungen sind die sich daraus ergebenden Vorteile.
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In die Distanzhülse sind zusätzliche Konturen, die für das Formen der Hülse hinderliche Hinterschnitte bilden, integrierbar. Komplizierte Konturen, die sonst aufgrund der Entformungsrichtung des Ziehstempels an der Hülse allein nicht realisierbar sind, lassen durch Teilkonturen an der Hülse und der Distanzhülse realisieren. Die Wandung der Hülse ist im Bereich der Überlappung mit einer Doppelung versehen, die hohe Steifigkeitswirkung an der Steuerkontur und der Rastierhülse erzielt. Die Wandstärke der Distanzhülse kann dabei dicker, dünner oder gleich dick zur Wandstärke der Wandung oder anschließender Wandabschnitte der Hülse gewählt sein. Die beiden Bauteile können durch Schweißen, z. B. Widerstandsschweißen über in die Verstärkung oder die Hülse geprägte Kontaktpunkte oder Laserschweißen verbunden werden.
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In einer nächsten Weiterbildung ist die Hülse als eine Rastierhülse ausgebildet. Dazu weist die Hülse eine oder mehrere Rastierkonturen auf, die mit nebengeordneten, insbesondere getriebegehäusefesten Rastierelementen wie Arretierelementen zusammenwirkt. Die Rastierkonturen stellen bestimmte Schaltstellungen sicher, können ein Schaltgefühl vermitteln oder stellen Schalt- und Schlagsperren dar.
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Das Schaltmaul ist in einer Variante einteilig mit der Hülse ausgebildet. Besonders einfach lässt sich eine derartige Hülse aus einem abgelängten Bandmaterial oder einem Blech herstellen, in das Ausstanzungen eingebracht werden. Anschließend können das vormals ebene Blech zu einer Hülse gerollt und die Enden dauerhaft verbunden werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
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1 eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung in perspektivischer Darstellung mit einer Hülse, einer Distanzhülse und zwei Schaltschienen, die jeweils einen Schaltfinger als zweites Eingriffselement aufweisen,
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2 einen Langschnitt der Schaltvorrichtung nach 1,
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3 einen Querschnitt durch die Hülse nach 1 in der Ebene einer der Schaltschienen,
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4 die Hülse nach 1 als Einzelteil in einer verdrehten Ansicht,
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5 die Distanzhülse nach 1 und
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6 eine der Schaltschienen nach 1.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
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In den 1 bis 6 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung 1 dargestellt. Die Schaltvorrichtung 1 weist als Bauteile eine Hülse 2 und zwei durch die Hülse 2 betätigbare Schaltschienen 16, 17 auf, die nicht dargestellte, weitere innere Schaltungsbauteile wie Schaltgabeln und Schiebemuffen betätigen.
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Die Hülse 2 (4) ist als ein kreiszylindrischer Zylindermantel ausgebildet, der aus einem ebenen Stück Blech gerollt ist. Die Blechenden bilden eine in axialer Richtung verlaufende Stoßlinie 18 und sind aneinander befestigt. Der Stoßlinie 18 gegenüberliegend weist die Hülse 2 eine Mantelausnehmung 11 auf, die als Freistanzung in Form des Buchstabens H eingebracht ist. Die Mittellinie des H ist sehr schmal ausgestanzt und verbindet zwei in Umfangsrichtung weisende Freistellungen 9, 10. Zwischen den Freistellungen 9, 10 sind zwei zueinander gerichtete Zungen gebildet. Die zunächst in Umfangsrichtung verlaufenden Enden der Zungen sind nach innen gebogen (abgewinkelt) und zueinander parallel gerichtet. Dadurch bilden die Zungen Haken 7, 8, wobei die Hakenenden Schaltwangen 23 eines Schaltmauls 13 und damit das erste Eingriffselement 3 bilden.
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Die Schaltmaulwangen 23 sind in Schaltrichtung durch eine Schaltfingerbreite beabstandet. Zur Schaltschiene 16, 17 hin und zur Drehachse 19 verjüngen sich die Schaltfinger 14, 24, um in jeder Schaltstellung gut Kräfte vom und auf das Schaltmaul 13 zu übertragen.
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Der Schaltfinger 14 ist einteilig mit der Schaltschiene 16 ausgebildet. Dazu sind ein langgestreckter Schienenkörper 20 und der Schaltfinger 14 gemeinsam aus einem Blech gestanzt. Der Schaltfinger 14 ist an einem axialen Ende des Schienenkörpers 20 angeordnet. Im montierten Zustand der Schaltvorrichtung 1 sind die zwei gleich ausgebildeten Schaltschienen 16, 17 parallel zueinander angeordnet. Sie sind so versetzt, dass ihre Schaltfinger gemeinsam in die Mantelausnehmung 11 der Hülse 2 eingreifen.
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Wird die Hülse 2 von der in 1 gezeigten Neutralstellung in Umfangsrichtung verdreht, wird die Drehbewegung auf den Schaltfinger 14 übertragen, der sich zwischen den Schaltwangen 23 befindet. Dabei wird die Drehbewegung der Hülse 2 in eine translatorische Bewegung der Schaltschiene 16 übersetzt. Der nicht im Eingriff stehende Schaltfinger 24 der Schaltschiene 17 ragt durch die Freistellung 9 in das Hülseninnere 12 und wird nicht beaufschlagt. Ist die Hülse 2 aus der Neutralstellung verdreht, bilden die Schaltmaulwangen 23 gleichzeitig mit dem Schaltfinger 24 der benachbarten, nicht geschalteten Schaltschiene 17 eine Schaltsperre gegen eine unerwünschte Axialverschiebung. Um den Schaltfinger 24 zu bewegen, muss die Hülse 2 zunächst in die Neutralstellung zurückgedreht werden. Erst dann lässt die Hülse 2 sich axial verschieben und eine andere Schaltschiene 17 betätigen. In der versetzten Axialstellung kann dann die Schaltschiene 16 nicht betätigt werden.
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Zur Versteifung der Hülse 2 und ihrer Anordnung auf einer Schaltwelle 5 (2) weist die Schaltanordnung 1 eine Distanzhülse 6 auf. Die Distanzhülse 6 (5) selbst weist einen Rohrabschnitt 21 auf, der als Hohlrohr dem Außendurchmesser der Schaltwelle 5 angepasst ist. Mit diesem ist es vorliegend durch Aufschrumpfen auf der Schaltwelle 5 kraftschlüssig gehalten. An den Rohrabschnitt 21 schließt sich ein radial gerichteter Ringabschnitt 22 an, der außenseitig in einen wiederum axial gerichteten und vom Rohrabschnitt 21 weg weisenden Bord 25 übergeht. Über den Bord 25 ist die Distanzhülse 6 stoffschlüssig mit der Hülse 2 verbunden. Jede Bewegung der Schaltwelle 5 führt damit auch zu einer Bewegung der Hülse 2.
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Der Bord 25 und der Ringabschnitt 22 der Distanzhülse 6 weisen an ihrem Außenumfang eine rechteckige Aussparung 15 auf. Die Aussparung 15 wird somit von zwei gegenüberliegenden L-förmigen Flanken 26 eingefasst, die voneinander um den äußeren Abstand der Schaltwangen 23 voneinander beabstandet sind. Mit ihrem Bord 25 ist die Distanzhülse 6 im Bereich des Schaltmauls 13 so angeordnet, dass die Flanken 26 die Schaltwangen 23 von außen einfassen und damit abstützen können. Die Vorrichtung erlaubt damit die Übertragung besonders hoher Schaltkräfte ohne zusätzliche Verstärkungselemente.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schaltvorrichtung
- 2
- Hülse
- 3
- erstes Eingriffselement
- 4
- zweites Eingriffselement
- 5
- Schaltwelle
- 6
- Distanzhülse
- 7
- Haken
- 8
- Haken
- 9
- Freistellung
- 10
- Freistellung
- 11
- Mantelausnehmung
- 12
- Hülseninneres
- 13
- Schaltmaul
- 14
- Schaltfinger
- 15
- Aussparung
- 16
- Schaltschiene
- 17
- Schaltschiene
- 18
- Stoßlinie
- 19
- Drehachse
- 20
- Schienenkörper
- 21
- Rohrabschnitt
- 22
- Ringabschnitt
- 23
- Schaltwangen
- 24
- Schaltfinger
- 25
- Bord
- 26
- L-Flanke
