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Die Erfindung betrifft ein Druckstück für eine Synchronisiereinrichtung.
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Derartige Druckstücke 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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Synchronisiereinrichtungen nach dem Stand der Technik weisen beispielsweise ein Druckstück auf, das eine in einem Gehäuse 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 Schiebemuffe in Rastverbindung. Durch Bewegen der Schiebemuffe 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 Druckstückgehäuse, 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 den
6 und
8 gezeigten 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.
US 5 113 968 A1 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. Ein weiteres Druckstück geht 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. Die Formfedern aus dem Stand der Technik können außerdem die Schiebemuffe der Synchronisiereinheit nicht mittig zentrieren, so dass die exakte Lagepositionierung der Schiebemuffe in der Neutralstellung durch zusätzliche, in der Regel außerhalb der eigentlichen Synchronisiereinheit angeordneten Sicherungsmittel vorgenommen werden muss, um eine unerwünschte Axialbewegung und damit ein verschleißförderndes Ansynchronisieren im ungeschalteten Zustand zu verhindern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Druckstück zu schaffen, das diese Nachteile überwindet.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Druckstück der eingangs genannten Art 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 mindestens so lang ist wie der mittlere Abschnitt und dass am mittleren Abschnitt Zentriermittel angeordnet sind.
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Anstelle zweier Formfedern, wie es in
DE 10 2012 209 219 A1 vorgesehen ist, kann ein Federelement eingesetzt werden, um die Vorsynchronisation in beide Richtungen zu bewerkstelligen. Dadurch kann einerseits die Anzahl der benötigten Einzelteile reduziert und andererseits das erfindungsgemäße Druckstück einfach und kostengünstig hergestellt werden. Ein einziges Druckstück kann somit zwei separat hergestellte und montierte Formfedern ersetzen.
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Durch die Zentriermittel ist sichergestellt, dass sich das Druckstück auf einem Synchronkörper zentrieren lässt und erst bei Überwindung einer anfänglich erhöhten Kraft auf dem Synchronkörper verschieben lässt. Das in der Schiebemuffe verrastete Druckstück kann diese damit in der durch die Zentriermittel vorgegebenen Position halten. Ein zusätzliches Bauteil, das die Schiebemuffe in der Neutralstellung gegen ungewolltes axiales Verschieben sichert, kann damit entfallen. Insbesondere ist eine Arretierung der Schaltgabel oder der Schaltstange, die die Schiebemuffe betätigt, nicht mehr erforderlich.
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Zur Mittenpositionierung des Druckstücks kann das Zentriermittel als eine Rampenkontur ausgebildet sein. Die Rampenkontur wirkt vorzugsweise mit einer Gegenrampenkontur, einem Absatz oder einer anderen Körperkante des Synchronkörpers zusammen. So kann der Synchronkörper in einer zweckmäßigen Ausgestaltung in der Druckstückaufnahme einen radial erhöhten Bereich aufweisen, der als Zentrierquader ausgebildet ist. Axial wird der Zentrierquader durch zwei Kanten begrenzt, an denen sich in der Mittenposition die Zentriermittel des Druckstücks axial außen gleichzeitig abstützen.
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In einer anderen Ausführungsform weist das Druckstück einzelne Vorsprünge anstelle der Rampen auf, die mit der entsprechenden Gegenkontur zusammenwirken, um das Druckstück zu zentrieren. Dazu können die Vorsprünge beispielsweise als Durchstellungen ausgebildet sein. In einer bevorzugten Variante weist das Druckstück einen etwa rechteckigen Boden als mittleren Abschnitt auf, in dessen Ecken jeweils eine Durchstellungen angeordnet ist.
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Die Federschenkel bei eines zwei Federschenkel aufweisenden Druckstücks erstrecken sich in entgegengesetzte Richtungen. Ein drei Federschenkel aufweisendes Druckstück 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 dem erfindungsgemäßen Druckstück 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 dem erfindungsgemäßen Druckstück 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 einem drei Federschenkel aufweisenden Druckstück sind die beiden äußeren Federschenkel vorzugsweise miteinander verbunden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Druckstück 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 des Druckstücks 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 des Druckstücks bei einem zwei Federschenkel aufweisenden Druckstück eine identische Form aufweisen. Die beiden Federschenkel weisen in entgegengesetzte Richtungen und sind ansonsten gleich ausgebildet.
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Indem das Federelement des erfindungsgemäßen Druckstücks als durch spanloses Umformen hergestelltes Stanzteil ausgebildet ist, wird eine kostengünstigere Herstellung ermöglicht. Das erfindungsgemäße Druckstück 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, auf dem eine Schiebemuffe axial verschiebbar und drehfest auf dem Synchronkörper anordenbar ist, und einem Druckstück, das ein Federelement aufweist und in dem Synchronkörper aufgenommen ist. Das Druckstück kann mit der Schiebemuffe derart in Wirkverbindung gebracht werden, dass es die Schiebemuffe mittenzentrieren kann.
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Es wird besonders bevorzugt, dass das Druckstück Federschenkel mit in Richtung des mittleren Abschnitts vertikal abgewinkelten Endabschnitten aufweist, wobei das Druckstück Zentriermittel aufweist, die das Druckstück in der Neutralstellung am Synchronkörper der Synchronisiereinrichtung verrasten.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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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 eines ersten erfindungsgemäßen Druckstücks,
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2 das Druckstück nach 1 in einer gedrehten, rückseitigen Ansicht,
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3 eine erfindungsgemäße Synchronisierungseinrichtung mit einem in 1 gezeigten Druckstück in einer geschnittenen Ansicht,
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4 eine perspektivische Ansicht eines zweiten erfindungsgemäßen Druckstücks,
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5 das Druckstück nach 4 in einer gedrehten, rückseitigen Ansicht,
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6 eine teilgeschnittene, perspektivische Ansicht des Synchronkörpers der Synchronisiereinrichtung nach 3 ohne das Druckstück,
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7 eine teilgeschnittene, perspektivische Ansicht des Synchronkörpers der Synchronisiereinrichtung nach 3 mit dem Druckstück,
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8 eine teilweise geschnittene Ansicht einer Synchronisiereinrichtung,
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9 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckstücks und
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10–14 den Ablauf einer Synchronisation.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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9 zeigt ein Druckstück 1 für eine Synchronisiereinrichtung 14 (3), wobei das Druckstück 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 das Druckstück 1 als Federelement ausgebildet ist, verändert sich der Betrag der Abwinklung, wenn das Druckstück 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 16 (3) eingreifen und bei einer Verschiebung der Schiebemuffe 16 mit verschoben werden.
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3 ist eine geschnittene Ansicht eines Details einer Synchronisiereinrichtung 14 für ein nicht weiter dargestelltes Schaltgetriebe eines Kraftfahrzeugs. Die Synchronisiereinrichtung 14 umfasst einen Synchronkörper 15, auf dem eine Schiebemuffe 16 angeordnet ist. Der Synchronkörper 15 wird auch als Trägerkörper bezeichnet. Wie aus 8 hervorgeht, ist die Synchronisiereinrichtung 14 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 Schaltgabel eingreift, um die Schiebemuffe 16 zu verschieben.
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Die 3 und 8 zeigen die Synchronisiereinrichtung 14 in der Neutralstellung. Zwischen der Schiebemuffe 16 und dem Synchronkörper 15 befindet sich das als Federelement 2 ausgebildete Druckstück 1. Um einen Gang einzulegen, wird die Schiebemuffe 16 axial entlang des Pfeils 19 verschoben.
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Beim Beginn des Schaltvorgangs wird die Schiebemuffe 16 aus der in 3 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. Das Federelement 2 steht über einen Rampenrücken 45 mit der Schiebemuffe 16 in Kontakt. Wird durch den Fahrer eine Verschiebung der Schiebemuffe 16 eingeleitet, kann nach Überwindung der nachfolgend beschriebenen Mittenzentrierungskraft die Schiebemuffe 16 axial bewegt werden, wobei sie aufgrund des Formschlusses das Federelement 2 mitnimmt. Nach dem Verschieben berührt das Federelement 2 mit seinem abgewinkelten Endabschnitt 10 einen Synchronring 22, so dass der Synchronisationsvorgang beginnt.
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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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Die 1 und 2 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Druckstücks 25 in einer perspektivischen Ansicht. Das Druckstück 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 des Druckstücks 25 erstrecken sie sich entgegengesetzt zu dem mittleren Federschenkel 28. In 2 erkennt man, dass die beiden äußeren Federschenkel 27, 29 über einen sich quer erstreckenden Steg 30 miteinander verbunden sind. Das Druckstück 25 ist analog zum zuvor beschriebenen Druckstück 1 als Stanzbiegeteil ausgebildet und aus einem Federstahlmaterial hergestellt. In Übereinstimmung mit dem ersten Ausführungsbeispiel weist das Druckstück 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, um die Vorsynchronisation einleiten zu können.
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Die Funktion des Druckstücks 25, das 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.
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10 zeigt die Synchronisiereinrichtung 33, wobei eine Schiebemuffe 34 sich in einer Neutralstellung befindet. Das als Federelement ausgebildete Druckstück 25 ist radial zwischen der Schiebemuffe 34 und einem Synchronkörper 35 angeordnet. In 10 erkennt man, dass radial nach außen abgewinkelte Stufen 36, 37 des Druckstücks 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. Das Druckstück 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 des Druckstücks 25 hintergreift den Synchronkörper 35, wodurch das Druckstück 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 des Druckstücks 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 des Druckstücks 25 in die entsprechenden Ausnehmungen an der Innenseite der Schiebemuffe 34 eingreifen. Nachfolgend wird das Druckstück 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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In den 1 und 2 ist ein Zentriermittel 41 durch zwei Rampen gebildet, die das Druckstück 25 am Synchronkörper 35 mittig zentrieren, wie es in 7 dargestellt ist. Dazu weist der Synchronkörper 35 (6) symmetrisch in der Druckstückaufnahme 42, die als Verzahnungslücke der Außenverzahnung gebildet ist, eine quaderförmige Kontur 43 auf. Die quaderförmige Kontur 43 ist im Vergleich zur übrigen Druckstückaufnahme 42 radial erhöht und axial durch parallele Kanten 44 begrenzt, an denen sich die Zentriermittel 41 des Druckstücks 25 während der Mittenzentrierung abstützen.
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Das Druckstück 25 nach den 4 und 5 unterscheidet sich von dem Druckstück 25 nach den 1 und 2 durch die Ausbildung der Zentriermittel 41. Die Zentriermittel 41 sind in dieser Variante als einzelne Noppen ausgebildet, die ein Rechteck bilden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Druckstück
- 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
- Druckstück
- 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
- 41
- Zentriermittel
- 42
- Druckstückaufnahme
- 43
- Kontur
- 44
- Kante
- 45
- Rampenrücken
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005023248 A1 [0004]
- DE 102012209219 A1 [0005, 0009]
- US 5113968 A1 [0005]
- DE 102007025022 A1 [0005]
