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Die Erfindung betrifft eine Druckstückeinheit für eine Synchronisiereinrichtung, wobei die Druckstückeinheit als Federelement ausgebildet ist.
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Derartige Druckstückeinheiten sind Bestandteil von Synchronisiereinrichtungen für Schaltgetriebe. Ein Synchronisiervorgang beginnt dabei mit einem Vor- oder Ansynchronisieren, über das Synchronisieren und Sperren wird schließlich ein Formschluss zwischen einer antreibenden Getriebewelle über einen Synchronkörper mit einem zu schaltenden Zahnrad hergestellt.
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Eine herkömmliche Synchronisiereinrichtung kann eine Druckstückeinheit umfassen, die ein Druckstück sowie eine darin aufgenommene Spiraldruckfeder und eine Kugel als Rastelement umfasst. Mehrere derartige Druckstücke sind in Ausnehmungen eines Synchronkörpers angeordnet und stehen über das kugelförmige Rastelement mit einer Schaltmuffe in Rastverbindung. Durch Bewegen der Schaltmuffe in axialer Richtung bewirken die Druckstücke über Synchronringe mit Sperrverzahnung zunächst eine Vorsynchronisierung, danach eine Synchronisierung und schließlich einen Formschluss mit einer Kupplungsverzahnung an dem zu schaltenden Zahnrad.
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In der
DE 10 2005 023 248 A1 wird vorgeschlagen, eine mehrteilige Druckstückeinheit, die ein massives Druckstück, eine Spiraldruckfeder und eine Kugel aufweist, durch ein einstückiges gestanztes Bauteil zu ersetzen.
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Aus der
DE 10 2012 209 219 A1 ist ein Synchronkörper einer Synchronisiereinheit für ein Wechselgetriebe bekannt, bei dem Vorsynchronisationselemente jeweils als Formfedern ausgebildet sind. Die dort in
6 und
8 gezeigten, als Formfedern ausgebildeten Vorsynchronisationselemente sind jeweils mit einem Außensynchronring fest verbunden und können an einem Synchronkörper verrasten. Die Formfedern sind als L-förmige Blechfedern gestaltet und weisen an ihrem axialen Ende jeweils eine Wölbung auf, die eine Federnut bildet. Mittels dieser Federnut können die als Formfedern ausgebildeten Vorsynchronisationselemente an einem sich in Umfangsrichtung erstreckenden Steg des Synchronkörpers verrasten.
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US 5 113 986 A zeigt ein Druckstück, das als Formfeder ausgebildet ist, deren axiale Federenden nach innen gerichtet sind und aufeinander weisen. Auf die so gebildeten kurzen Federenden wirken hohe Kräfte. Weitere Druckstücke gehen aus
DE 10 2007 025 022 A1 hervor.
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Den Formfedern aus dem Stand der Technik ist gemeinsam, dass diese aufgrund der hohen Schaltkräfte hoch belastet sind und vorzeitig verschleißen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Druckstückeinheit anzugeben, die diesen Nachteil überwindet.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Druckstückeinheit der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Federelement einen mittleren Abschnitt aufweist, von dem aus sich zwei oder drei abgewinkelte Federschenkel erstrecken, wobei die Federschenkel zueinander versetzt sind und im gebogenen Zustand nebeneinander liegen und dass die axiale Länge der Federschenkel größer ist als die axiale Länge des mittleren Abschnitts.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass anstelle der beiden Formfedern gemäß
DE 10 2012 209 219 A1 auch ein Federelement eingesetzt werden kann, um die Vorsynchronisation zu bewerkstelligen. Dadurch kann einerseits die Anzahl der benötigten Einzelteile reduziert und andererseits die erfindungsgemäße Druckstückeinheit einfach und kostengünstig hergestellt werden. Eine einzige Druckstückeinheit kann somit zwei separat hergestellte und montierte Formfedern ersetzen.
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Die Federschenkel bei einer zwei Federschenkel aufweisenden Druckstückeinheit erstrecken sich in entgegengesetzte Richtungen. Eine drei Federschenkel aufweisende Druckstückeinheit weist vorzugsweise einen mittleren, sich in eine Richtung erstreckenden Federschenkel auf, der zwischen zwei sich in die entgegengesetzte Richtung erstreckenden äußeren Federschenkeln angeordnet ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Druckstückeinheit wird es bevorzugt, dass die Federschenkel jeweils einen näherungsweise um 160° bis 195° abgewinkelten Abschnitt aufweisen. Besonders bevorzugt wird eine Abwinklung um etwa 180°. Diese Abwinklung kann entweder näherungsweise halbkreisförmig ausgebildet sein, alternativ kann sie auch aus zwei zumindest näherungsweise rechtwinkligen Abwinklungen bestehen. Die beiden um abgewinkelten Abschnitte haben die Wirkung, dass die beiden abgewinkelten Federschenkel bezüglich des mittleren Abschnitts federn können.
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Bei der erfindungsgemäßen Druckstückeinheit wird es bevorzugt, dass sich an den abgewinkelten Abschnitt ein Abschnitt mit vergrößerter Breite anschließt. Dementsprechend weist der abgewinkelte Abschnitt eine geringere Breite als der sich daran anschließende äußere Abschnitt mit vergrößerter Breite auf. Die geringere Breite des abgewinkelten Abschnitts reduziert dessen Steifigkeit, wodurch die gewünschte Federwirkung erzielt wird. Durch die Festlegung der Geometrie, insbesondere der Breite der Federschenkel und durch Festlegung der Dicke des Federschenkels kann das elastische Verhalten und somit die für die Vorsynchronisation benötigte Federkraft eingestellt werden. Die Federkraft kann auch durch die Wahl eines passenden Werkstoffs als weiterer Parameter beeinflusst werden.
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Bei einer drei Federschenkel aufweisenden Druckstückeinheit sind die beiden äußeren Federschenkel vorzugsweise miteinander verbunden.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Federschenkel der Druckstückeinheit in Richtung des mittleren Abschnitts vertikal abgewinkelte Endabschnitte aufweisen, wobei ein Endabschnitt dazu ausgebildet ist, bei einer Zurückschaltbewegung an einem Trägerkörper (Synchronkörper) einer Synchronisiereinrichtung einzurasten. Diese Endabschnitte sind somit nach unten beziehungsweise in Richtung zu dem mittleren Abschnitt abgewinkelt. Dadurch kann ein Endabschnitt eines Federschenkels der Druckstückeinheit an einem Trägerkörper eingerastet werden, um beim Zurückschalten eine ungewollte Verschiebung des Federschenkels und somit eine Verschiebung der Druckstückeinheit und eine unerwünschte Vorsynchronisation zu verhindern.
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Bei der erfindungsgemäßen Druckstückeinheit kann es auch vorgesehen sein, dass die Federschenkel jeweils eine nach oben abgewinkelte Stufe aufweisen. Form und Größe dieser Stufe der Federschenkel sind dabei an die Kontur der Schiebemuffe angepasst. Die Federschenkel der erfindungsgemäßen Druckstückeinheit werden somit bei einer Verschiebung der Schiebemuffe axial bewegt, wodurch die Vorsynchronisation eingeleitet wird.
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Im Rahmen der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Federschenkel der Druckstückeinheit bei einer zwei Federschenkel aufweisenden Druckstückeinheit eine identische Form aufweisen. Die beiden Federschenkel weisen in entgegengesetzte Richtungen und sind ansonsten gleich ausgebildet.
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Indem das Federelement der erfindungsgemäßen Druckstückeinheit als durch spanloses Umformen hergestelltes Stanzteil ausgebildet ist, wird eine kostengünstigere Herstellung ermöglicht. Die erfindungsgemäße Druckstückeinheit ist vorzugsweise aus einem Federstahl hergestellt. Nach einem Stanzvorgang aus einem Blech wird das Rohteil mehrfach gebogen, so dass die benötigte Form mit den Abwinklungen erhalten wird.
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Daneben betrifft die Erfindung eine Synchronisiereinrichtung für ein Schaltgetriebe, mit einem Synchronkörper einer Schiebemuffe, die axial verschiebbar und drehfest auf dem Synchronkörper angeordnet ist, mit wenigstens einem Reibkonus sowie einer Druckstückeinheit, umfassend ein Druckstück und ein einstückig mit dem Druckstück ausgebildetes Federelement, wobei die Druckstückeinheit in dem Synchronkörper aufgenommen ist und mit der Schiebemuffe in Wirkverbindung steht.
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Die erfindungsgemäße Synchronisiereinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie eine Druckstückeinheit der beschriebenen Art aufweist.
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Es wird besonders bevorzugt, dass die Druckstückeinheit Federschenkel mit in Richtung des mittleren Abschnitts vertikal abgewinkelten Endabschnitten aufweist, wobei ein Endabschnitt dazu ausgebildet ist, bei einer Zurückschaltbewegung an einem Synchronkörper (Trägerkörper) der Synchronisiereinrichtung einzurasten.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Druckstückeinheit;
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2 ein Detail einer erfindungsgemäßen Synchronisierungseinrichtung mit der in 1 gezeigten Druckstückeinheit in einer geschnittenen Ansicht;
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3 die in 2 gezeigte Synchronisiereinrichtung beim Einleiten der Synchronisation;
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4 die in 2 gezeigte Synchronisiereinrichtung nach dem Abschluss der Synchronisation;
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5 die in 2 gezeigte Synchronisiereinrichtung nach dem Einlegen eines Gangs;
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6 die in 2 gezeigte Synchronisiereinrichtung beim Zurückschalten;
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7 eine Detailansicht der in 6 gezeigten Synchronisiereinrichtung im Bereich der Druckstückeinheit mit eingerasteten Endabschnitten;
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8 eine teilweise geschnittene Ansicht der in 2 gezeigten Synchronisiereinrichtung;
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9 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Druckstückeinheit; und
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10–14 den Ablauf einer Synchronisation.
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1 zeigt eine Druckstückeinheit 1 für eine Synchronisiereinrichtung, wobei die Druckstückeinheit 1 als Federelement 2 ausgebildet ist. Das Federelement 2 weist einen mittleren Abschnitt 3 auf, von dem aus sich zwei abgewinkelte Federschenkel 4, 5 in entgegengesetzte Richtungen erstrecken.
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Das Federelement 2 ist aus Federstahl hergestellt, wobei zunächst ein Rohling ausgestanzt wird, der anschließend spanlos umgeformt wird, wodurch das in 1 gezeigte Federelement 2 entsteht. Die beiden Federschenkel 4, 5 erstrecken sich in entgegengesetzte Richtungen von dem mittleren Abschnitt 3, wobei sie zueinander versetzt sind und im gebogenen Zustand nebeneinander liegen.
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Die Federschenkel 4, 5 weisen jeweils einen näherungsweise um 180° abgewinkelten Abschnitt 6, 7 auf, an den sich jeweils ein Abschnitt 8, 9 mit vergrößerter Breite anschließt. Der angegebene Wert der Abwinklung ist lediglich als Näherungswert zu verstehen. Da die Druckstückeinheit 1 als Federelement ausgebildet ist, verändert sich der Betrag der Abwinklung, wenn die Druckstückeinheit 1 in einer Synchronisiereinrichtung eingesetzt wird. Die Breite der abgewinkelten Abschnitte 6, 7 sowie die Dicke des Federelements 2 bestimmen dessen Steifigkeit und somit die Federeigenschaften.
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Jeder Federschenkel 4, 5 weist im Bereich seines Abschnitts 8, 9 mit vergrößerter Breite jeweils einen vertikal abgewinkelten Endabschnitt 10, 11 auf. Die Endabschnitte 10, 11 sind dabei zum mittleren Abschnitt 3 hin näherungsweise rechtwinklig abgewinkelt.
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Zusätzlich weist jeder Federschenkel 4, 5 eine nach oben abgewinkelte Stufe 12, 13 auf, an die sich jeweils der Endabschnitt 10, 11 anschließt. Die Stufen 12, 13 sind so geformt, dass sie in eine entsprechend gegengleich ausgebildete Ausnehmung einer Schiebemuffe eingreifen und bei einer Verschiebung der Schiebemuffe mit verschoben werden.
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Die 2 bis 5 sind geschnittene Ansichten eines Details einer Synchronisiereinrichtung für ein Schaltgetriebe. Die Synchronisiereinrichtung 14 umfasst einen Synchronkörper 15, auf dem eine Schiebemuffe 16 angeordnet ist. Der Synchronkörper wird auch als Trägerkörper bezeichnet. Die Synchronisiereinrichtung 14 ist zwischen einem ersten Gangrad 17 und einem zweiten Gangrad 18 angeordnet. Die Schiebemuffe 16 weist eine Nut auf, in die ein Gleitschuh (nicht gezeigt) einer axial bewegbaren Schaltwelle eingreift.
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2 zeigt die Synchronisiereinrichtung 14 in einer Neutralstellung. Zwischen der Schiebemuffe 16 und dem Synchronkörper 15 befindet sich die als Federelement 2 ausgebildete Druckstückeinheit 1. Um einen Gang einzulegen, wird die Schiebemuffe 16 mittels des mit der Schaltwelle verbundenen Gleitschuhs axial entlang des Pfeils 19 verschoben.
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3 zeigt den Beginn des Schaltvorgangs, die Schiebemuffe 16 ist aus der in 2 gezeigten Neutralstellung lediglich minimal verschoben. Das Federelement 2 greift mit seinen nach außen abgewinkelten Stufen 12, 13 in Ausnehmungen 20, 21 an der Unterseite der Schiebemuffe 16 ein. Das Federelement 2 ist somit formschlüssig zwischen der Schiebemuffe 16 und dem Synchronkörper 15 aufgenommen. In der in 3 gezeigten Position berührt das Federelement 2 mit seinem abgewinkelten Endabschnitt 10 einen Synchronring 22, so dass der Synchronisationsvorgang beginnt
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4 zeigt die Synchronisiereinrichtung 14, während die Schiebemuffe 16 ausgehend von der in 3 gezeigten Position entlang des Pfeils 19 bewegt wird. In 4 erkennt man, dass die nach außen abgewinkelte Stufe 13 des Federelements 2 eingefedert ist, so dass die Schiebemuffe 16 axial über die abgewinkelte Stufe 13 verschoben werden kann. Dabei befindet sich lediglich die (linke) Stufe 12 in der Ausnehmung 20, wohingegen die eingefederte (rechte) Stufe 13 aus der Ausnehmung 21 heraus radial nach innen gedrückt wird.
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5 zeigt die Synchronisiereinrichtung 14, nachdem die Schiebemuffe 16 weiter in Richtung des Pfeils 19 verschoben worden ist, bis sie an dem Gangrad 18 anschlägt. 5 zeigt somit den Zustand, wenn ein Gang eingelegt ist und die Schiebemuffe 16 ihre axiale Endposition erreicht hat.
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Die von dem Federelement 2 erzeugte Federkraft für die Vorsynchronisation kann durch die Festlegung der Geometrie, des Werkstoffs und der Materialdicke des für das Federelement 2 verwendeten Federblechs beeinflusst werden. Zusätzlich kann auch die Kontur der Ausnehmungen 20, 21 an der Innenseite der Schiebemuffe 16 unterschiedlich ausgebildet sein, z. B. als Rampe.
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6 ist eine ähnliche Darstellung der Synchronisiereinrichtung 14 wie die 2 bis 5. In 6 sowie in 7, die ein Detail von 6 in einem vergrößerten Maßstab zeigt, erkennt man, dass der Endabschnitt 10 des Federelements 2, der sich an die Stufe 13 anschließt, an einer Stufe 23 des Synchronkörpers 15 (Trägerkörper) eingerastet ist und diesen hintergreift. Dadurch wird bei einem Zurückschalten, d. h. bei einer umgekehrten Bewegung der Schiebemuffe 16 entlang des Pfeils 24 eine unerwünschte Verschiebung des Federelements 2 vermieden, so dass keine verfrühte Vorsynchronisation an der gegenüberliegenden Seite stattfinden kann.
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Erst wenn die Schiebemuffe 16 sich beim Zurückschalten wieder in der Nähe der in 2 gezeigten Neutralstellung befindet, wird das Federelement 2, insbesondere dessen Endabschnitt 10, wieder vom Trägerkörper freigegeben, so dass sich die Synchronisiereinrichtung 14 wieder in der in 2 gezeigten Neutralstellung befindet.
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Die Funktion des Federelements 2 wurde in den 2 bis 7 anhand einer axialen Schaltbewegung nach rechts erläutert. Bei einer axialen Schaltbewegung in die entgegengesetzte Richtung, d. h. nach links, ist die Funktion des Federelements 2 identisch.
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8 ist eine geschnittene Ansicht und zeigt die Synchronisiereinrichtung 14 in einer teilweise geschnittenen, perspektivischen Ansicht.
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9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel und zeigt eine Druckstückeinheit 25, die in einer perspektivischen Ansicht dargestellt ist. Die Druckstückeinheit 25 ist als Federelement ausgebildet und weist einen mittleren Abschnitt 26 auf, von dem aus sich drei abgewinkelte Federschenkel 27, 28, 29 erstrecken. Der Federschenkel 28 befindet sich zwischen den beiden äußeren Federschenkeln 27, 29. Die äußeren Federschenkel 27, 29 sind parallel zueinander angeordnet, ausgehend von dem mittleren Abschnitt 26 der Druckstückeinheit 25 erstrecken sie sich entgegengesetzt zu dem mittleren Federschenkel 28. In 9 erkennt man, dass die beiden äußeren Federschenkel 27, 29 über einen sich quer erstreckenden Steg 30 miteinander verbunden sind. Die Druckstückeinheit 25 ist analog zu der zuvor beschriebenen Druckstückeinheit 1 als Stanzbiegeteil ausgebildet und aus einem Federstahlmaterial hergestellt. In Übereinstimmung mit dem ersten Ausführungsbeispiel weist die Druckstückeinheit 25 an den Federschenkeln 27, 28, 29 jeweils einen Abschnitt mit vergrößerter Breite auf, der mittlere Federschenkel 28 und der die beiden äußeren Federschenkel 27, 29 verbindende Steg 30 weisen vertikal zum mittleren Abschnitt 26 hin abgewinkelte Endabschnitte 31, 32 auf. Bei einer Zurückschaltbewegung kann ein abgewinkelter Endabschnitt 31, 32 an einem Trägerkörper (Synchronkörper) einer Synchronisiereinrichtung einrasten, wodurch eine verfrühte und somit unerwünschte Vorsynchronisierung an der gegenüberliegenden Seite verhindert wird.
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Die Funktion der Druckstückeinheit 25, die Bestandteil einer Synchronisiereinrichtung für ein Schaltgetriebe ist, wird nachfolgend anhand der 10 bis 14 beschrieben. Es handelt sich dabei um geschnittene Ansichten, die die verschiedenen Schritte einer Synchronisation zeigen. Der grundsätzliche Ablauf entspricht der in den 2 bis 7 gezeigten Synchronisation, daher werden übereinstimmende Komponenten der Synchronisiereinrichtung nicht nochmals im Detail erläutert.
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10 zeigt die Synchronisiereinrichtung 33, wobei eine Schiebemuffe 34 sich in einer Neutralstellung befindet. Die als Federelement ausgebildete Druckstückeinheit 25 ist radial zwischen der Schiebemuffe 34 und einem Synchronkörper 35 angeordnet. In 10 erkennt man, dass radial nach außen abgewinkelte Stufen 36, 37 der Druckstückeinheit 25 in Ausnehmungen an der Innenseite der Schiebemuffe 34 eingreifen.
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11 zeigt den Beginn der Vorsynchronisation, dabei wird die Schiebemuffe 34 entlang des Pfeils 38 verschoben. Die Druckstückeinheit 25 wird dabei axial durch die Schiebemuffe 34 relativ zum Synchronkörper 35 verschoben.
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Im weiteren Verlauf der in 12 gezeigten Verschiebung der Schiebemuffe 34 wird der abgewinkelte Endabschnitt 31 durch die Innenfläche der Schiebemuffe 34 radial nach innen gedrückt, bis er den Synchronkörper 35 an dessen Axialseite hintergreift.
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13 zeigt den Zustand, nachdem die Schiebemuffe 34 ihre axiale Endposition erreicht hat und an einem Gangrad 39 anschlägt. In diesem Zustand ist der Gang eingelegt. Der abgewinkelte Endabschnitt 31 der Druckstückeinheit 25 hintergreift den Synchronkörper 35, wodurch die Druckstückeinheit 25 in Axialrichtung arretiert wird.
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14 zeigt die Synchronisiereinrichtung 33 beim Zurückschalten. Wenn die Schiebemuffe 34 in die durch den Pfeil 40 angegebene entgegengesetzte Richtung verschoben wird, hintergreift der abgewinkelte Endabschnitt 31 der Druckstückeinheit 25 nach wie vor den Synchronkörper 35, wodurch verhindert wird, dass auf der gegenüberliegenden (linken) Seite eine verfrühte Vorsynchronisation eingeleitet wird. Erst nach einer weiteren axialen Verschiebung der Schiebemuffe 34 federt der abgewinkelte Endabschnitt 31 wieder radial nach außen, so dass die Stufen 36, 37 der Druckstückeinheit 25 in die entsprechenden Ausnehmungen an der Innenseite der Schiebemuffe 34 eingreifen. Nachfolgend wird die Druckstückeinheit 25 bei einer Verschiebung der Schiebemuffe 34 ebenfalls axial verschoben, bis die in 10 gezeigte Neutralstellung wieder erreicht wird, bei einer weiteren Verschiebung in die durch den Pfeil 40 angegebene Richtung wird eine Vorsynchronisation auf der linken Seite eingeleitet.
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Im Gegensatz zu dem vorangehenden Ausführungsbeispiel weist der Synchronkörper 35 keine Stufen an seinen Axialseiten auf, die abgewinkelten Endabschnitte 31, 32 hintergreifen somit direkt das axiale Ende des Synchronkörpers 35.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Druckstückeinheit
- 2
- Federelement
- 3
- mittlerer Abschnitt
- 4
- Federschenkel
- 5
- Federschenkel
- 6
- Abschnitt
- 7
- Abschnitt
- 8
- Abschnitt
- 9
- Abschnitt
- 10
- Endabschnitt
- 11
- Endabschnitt
- 12
- Stufe
- 13
- Stufe
- 14
- Synchronisiereinrichtung
- 15
- Synchronkörper (Trägerkörper)
- 16
- Schiebemuffe
- 17
- Gangrad
- 18
- Gangrad
- 19
- Pfeil
- 20
- Ausnehmung
- 21
- Ausnehmung
- 22
- Synchronring
- 23
- Stufe
- 24
- Pfeil
- 25
- Druckstückeinheit
- 26
- Abschnitt
- 27
- Federschenkel
- 28
- Federschenkel
- 29
- Federschenkel
- 30
- Steg
- 31
- Endabschnitt
- 32
- Endabschnitt
- 33
- Synchronisiereinrichtung
- 34
- Schiebemuffe
- 35
- Synchronkörper (Trägerkörper)
- 36
- Stufe
- 37
- Stufe
- 38
- Pfeil
- 39
- Gangrad
- 40
- Pfeil
