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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Servosynchronisationsvorrichtung für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs gemäß dem unabhängigen Anspruch 1.
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Stand der Technik
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Eine Getriebesynchronisation dient im Allgemeinen dazu den Gangwechsel innerhalb eines Getriebes so darzustellen, dass die Drehzahldifferenzen zuerst mittels einer konischen Reibkupplung synchronisiert und anschließend eine formschlüssige Verbindung hergestellt wird.
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Je nach Getriebehersteller unterscheidet man zwischen unterschiedlichsten Ausführungen von Getriebesynchronisationen. Eine der bekanntesten und vielfach verwendeten Getriebesynchronisationen ist die sogenannte „Borg-Warner-Synchronisation“. Eine derartige Getriebesynchronisation weist in der Regel eine auf einer Getriebewelle über eine Steckverzahnung drehfest angeordnete Synchronnabe mit einer Muffenverzahnung, einen mit einem rotierenden Bauteil, wie einem Zahnrad, drehfest verbundenen Kupplungskörper sowie einen zwischen der Synchronnabe und dem Kupplungskörper angeordneten Synchronring auf, der sich gegenüber der Synchronnabe und dem Kupplungskörper zumindest geringfügig um die Rotationsachse der Getriebewelle verdrehen kann. Die Synchronnabe weist an ihrem Außenumfang Aussparungen auf, wobei in jeweils einer Aussparung jeweils ein Druckelement angeordnet ist. Weiterhin umfasst eine derartige Getriebesynchronisation eine Schiebemuffe über die die Synchronnabe und der Kupplungskörper zu einer Drehmomentübertragung drehfest verbunden werden können. Die Druckelemente werden über elastische Elemente radial gegen die Schiebemuffe gedrückt. Drehen sich die Synchronnabe und der Kupplungskörper vor der drehfesten Verbindung mit unterschiedlicher Drehzahl, dann ermöglicht der Synchronring eine Drehzahlangleichung. Die Schiebemuffe weist eine Innenverzahnung auf, die wiederum Aussparungen zur Aufnahme von an den Druckelementen ausgebildeten Höckern aufweist, sodass die Druckelemente über die Schiebemuffe axial verschoben werden können. Die Druckelemente können so in Richtung Synchronring verschoben werden und mit diesem axial in Kontakt kommen und Kraft übertragen. Der Synchronring und der Kupplungskörper weisen je eine aufeinander abgestimmte, konusförmige Reibfläche auf und bilden so zusammen eine Kegel-Reibkupplung aus, die durch axiales Verschieben der Synchronringe geöffnet und geschlossen werden kann. Weiterhin weist der Kupplungskörper eine Schaltverzahnung und der Synchronring eine Sperrverzahnung auf. Vor dem Schalten der Synchronisation herrscht eine Drehzahldifferenz zwischen einerseits der Synchronnabe, der Schiebemuffe und den Druckelementen und andererseits dem Kupplungskörper. Durch axiales Verschieben der Schiebemuffe, nämlich in Richtung des Kupplungskörpers, werden die Druckelemente gegen den Synchronring gepresst und der Synchronring verschiebt sich axial, sodass die Reibflächen des Synchronrings und des Kupplungskörpers aneinander reiben, was wiederum dazu führt, dass sich der Synchronring tangential in einen definierten Anschlag bewegt. Durch weiteres axiales Verschieben der Schiebemuffe und somit auch der Druckelemente werden die Druckelemente radial in Richtung der Rotationsachse der Getriebewelle gedrückt und üben keinen Druck mehr auf den Synchronring aus, jedoch stoßen nun die Zahnflanken der Innenverzahnung der Schiebemuffe und der Sperrverzahnung des Synchronrings aneinander, sodass die Schiebemuffe einen Druck auf den Synchronring ausübt und die Kegel-Reibkupplung zwischen dem Synchronring und dem Kupplungskörper geschlossen bleibt und die Drehzahl weiter angepasst wird – über die Schiebemuffe werden die beiden Reibflächen aufeinandergedrückt, reiben aneinander und gleichen dadurch die Drehzahl an. Erst wenn die Schiebemuffe und der Kupplungskörper die gleiche Drehzahl aufweisen, kann die Schiebemuffe durch die Zahnflanken ihrer Innenverzahnung den Synchronring so drehen, dass die Innenverzahnung der Schiebmuffe schließlich vollständig und ungehindert in die Schaltverzahnung des Kupplungskörpers eingreifen kann. Über den Synchronring wird die axiale Bewegung der Schiebemuffe in Richtung zum Kupplungskörper somit solange gesperrt, bis die Drehzahl zwischen dem Kupplungskörper und der Schiebemuffe angeglichen wurde.
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Häufig sind beidseitig der Synchronnabe je ein Synchronring und ein Kupplungskörper vorgesehen, sodass die Synchronisation als ein Synchronpaket zwei rotierende Bauteile alternativ in ihrer Drehzahl an die die Synchronnabe tragende Getriebewelle angleichen und mit dieser verbinden kann.
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Eine Herausforderung in der Gestaltung einer Getriebesynchronisation stellt die Optimierung der Schaltkraft, d.h. der Kraft, die aufgewendet werden muss, um die axiale Verschiebung der Schiebemuffe zu bewirken, dar.
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Das Dokument
WO 2010/015011 A1 beschreibt beispielsweise ein Kraftverstärkungselement zur Anordnung in einer Synchronnabe einer Getriebe-Synchronisationsvorrichtung. Das dort beschriebene Kraftverstärkungselement stellt das oben beschriebene Druckelement dar und umfasst einen Grundkörper der in Richtung seiner Längserstreckung zwei gegenüberliegende, distale Endbereiche aufweist, wobei in zumindest einem Endbereich zumindest eine Funktionsfläche eingearbeitet ist, die im eingebauten Zustand mit der Synchronnabe zusammenwirkt, wobei an dem Grundkörper des Kraftverstärkungselements zwischen den beiden Endbereichen eine Mittenerhöhung für den Eingriff in eine Schiebemuffennut an einer Unterseite einer Schiebemuffe ausgebildet ist, wobei die Mittenerhöhung zumindest eine weitere Funktionsfläche aufweist die mit der Schiebemuffe in Wirkverbindung bringbar ist. Die Funktionsflächen fungieren als Servofunktionsflächen zur Verstärkung einer aufgebrachten Schaltkraft. Das in diesem Dokument beschriebene Kraftverstärkungselement, nämlich das Druckelement, ist derart ausgebildet, dass es bei Rotation der Getriebewelle um ihre Rotationsachse neben einer axialen und tangentialen Bewegung auch eine radiale Bewegung ausführt. Dabei wirkt durch die Masse des Verstärkungselements eine drehzahlabhängige Fliehkraft, die die aufzubringende Schaltkraft vergrößert. Aus der
US2004/0154892 ist eine Synchronisierung wie sie im Oberbegriff des Anspruch beschrieben ist bekannt. Dabei wird ein Druckelement aus einem Druckkörper
50 und einer Nase
60 gebildet. Die
WO 2005/095814 A1 zeigt eine Servosynchronisationseinrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Dabei werden Nasen in radialer Richtung in Aufnahmen aufgenommen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Servosynchronisationsvorrichtung für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs vorzuschlagen, die eine Gangschaltung unter Aufwendung einer möglichst geringen Schaltkraft erlaubt.
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Diese Aufgabe wird durch die Servosynchronisationsvorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben.
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Erfindungsgemäß umfasst die Servosynchronisationsvorrichtung für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs eine Synchronnabe, eine Schiebemuffe, zumindest einen Kupplungskörper, zumindest einen Synchronring sowie zumindest ein Druckelement.
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Die Synchronnabe ist erfindungsgemäß drehfest auf einer Getriebewelle des Getriebes des Kraftfahrzeugs angeordnet und weist an ihrem Außenumfang eine Außenverzahnung und zumindest eine Ausnehmung auf. Unter „Ausnehmung“ soll in diesem Zusammenhang eine radiale Vertiefung in dem Außenumfang der Synchronnabe verstanden werden, die sich zumindest teilweise über die axiale Erstreckung der Synchronnabe erstreckt.
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Die Begrifflichkeit „axial“ beschreibt eine Richtung entlang oder parallel zu einer Rotationsachse der Getriebewelle. Die Begrifflichkeit „radial“ beschreibt eine Richtung normal bzw. quer zur Rotationsachse der Getriebewelle.
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Die Schiebemuffe umgibt die Synchronnabe erfindungsgemäß zumindest teilweise außenumfänglich. Sie weist eine Innenverzahnung auf, die in die Außenverzahnung der Synchronnabe eingreift. Die Schiebemuffe ist so in Bezug auf die Getriebewelle axial verschiebbar.
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Das Druckelement ist erfindungsgemäß in der Ausnehmung an dem Außenumfang der Synchronnabe axial bewegbar angeordnet. Weiterhin weist das Druckelement gemäß der vorliegenden Erfindung einen Grundkörper und eine Nase oder eine axiale Aufnahme auf. Der Grundkörper des Druckelements weist erfindungsgemäß an zumindest einem Ende in seiner Erstreckung entlang des Umfangs der Synchronnabe eine erste Funktionsfläche auf, die mit zumindest einer ersten Gegenfunktionsfläche an der Synchronnabe im Bereich der Ausnehmung zusammenwirkt.
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Der Kupplungskörper ist erfindungsgemäß mit einem Gangzahnrad verbunden.
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Der Synchronring ist erfindungsgemäß in axialer Richtung zwischen der Synchronnabe und dem Kupplungskörper angeordnet und weist je nach Ausbildung des Druckelements, die axiale Aufnahme für den axialen Eingriff der Nase des Druckelements oder die Nase für den axialen Eingriff in die Aufnahme des Druckelements auf.
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Das Druckelement und der Synchronring wirken somit über die Nase und die axiale Aufnahme für die Nase zusammen. Die Funktion der vorliegenden Erfindung wird nicht dadurch beeinträchtigt, ob an dem Druckelement eine Nase angeformt ist, die in eine an dem Synchronring angeformte axiale Ausnehmung eingreifen kann, oder ob an dem Druckelement eine axiale Ausnehmung ausgeformt ist in die eine Nase, die an dem Synchronring angeformt ist, eingreifen kann.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Nase an einem Ende in ihrer axialen Erstreckung, je nach oben beschriebener Ausführung, in Richtung des Synchronrings oder der Synchronnabe zumindest eine zweite Funktionsfläche auf, die sich längs einer Normalebene zu einer Rotationsachse der Getriebewelle erstreckt, die unter einem Winkel zwischen 0° und 90° zu der Rotationsachse der Getriebewelle verläuft.
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Weiterhin erfindungsgemäß weist die axiale Aufnahme an zumindest einem Endbereich in ihrer axialen Erstreckung, je nach oben beschriebener Ausführung, in Richtung der Synchronnabe oder des Synchronrings zumindest eine zweite Gegenfunktionsfläche auf, die mit der zweiten Funktionsfläche in Wirkverbindung bringbar ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsvariante sind beidseitig der Synchronnabe je ein Synchronring sowie je ein Kupplungskörper, der jeweils mit einem Gangzahnrad drehfest verbunden ist, angeordnet, wobei die Synchronnabe mehrere Ausnehmungen aufweist, in denen jeweils zumindest ein Druckelement angeordnet ist.
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Pro zu schaltendem Gangzahnrad sind vorzugsweise zumindest drei Druckelemente wirksam.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante weist die Schiebemuffe an ihrem Innenumfang zumindest einen axialen Anschlag auf, der während der Synchronphase die axiale Bewegung des Druckelements in eine axiale Richtung begrenzt. Weiterhin bevorzugt weist die Schiebemuffe an ihrem Innenumfang zumindest einen radialen Anschlag auf, der während der Synchronphase die radiale Bewegung des Druckelements in eine radiale Richtung begrenzt.
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Die erste Funktionsfläche und die erste Gegenfunktionsfläche erstrecken sich bevorzugt jeweils längs einer Normalebene, die unter einem Winkel zwischen 0° und 90° zu der Rotationsachse der Getriebewelle verläuft, wobei diese Normalebene gleich oder ungleich der Normalebene verläuft, die unter einem Winkel zwischen 0° und 90° zu der Rotationsachse der Getriebewelle verläuft und entlang der sich jeweils die zweite Funktionsfläche sowie die zweite Gegenfunktionsfläche längs erstrecken.
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Besonders bevorzugt erstrecken sich die erste Funktionsfläche und die erste Gegenfunktionsfläche jeweils längs einer Normalebene, die unter einem Winkel zwischen 10° und 45° zu der Rotationsachse der Getriebewelle verläuft, wobei diese Normalebene ungleich der Normalebene verläuft, die unter einem beliebigen Winkel zwischen 30° und 60° zu der Rotationsachse der Getriebewelle verläuft und entlang der sich jeweils die zweite Funktionsfläche sowie die zweite Gegenfunktionsfläche längs erstrecken.
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Die erfindungsgemäße Ausbildung der Synchronisationsvorrichtung erlaubt eine Gangschaltung unter Aufwendung einer möglichst geringen Schaltkraft.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt eine Draufsicht auf einen Ausschnitt einer Servosynchronisationsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsvariante in Neutralstellung.
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2 zeigt eine Schnittansicht einer Servosynchronisationsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsvariante in Neutralstellung.
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3 zeigt eine Draufsicht auf einen Ausschnitt einer Servosynchronisationsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsvariante während der Synchronisierungsphase.
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4 zeigt eine Schnittansicht einer Servosynchronisationsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsvariante während der Synchronisierungsphase.
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5 zeigt eine Draufsicht auf einen Ausschnitt einer Servosynchronisationsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsvariante bei geschaltetem ersten Gang.
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6 zeigt eine Schnittansicht einer Servosynchronisationsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsvariante bei geschaltetem ersten Gang.
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7 zeigt eine Schnittansicht einer Servosynchronisationsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsvariante bei geschaltetem zweiten Gang.
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8 zeigt eine Draufsicht auf einen Ausschnitt einer Servosynchronisationsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsvariante in Neutralstellung.
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9 zeigt eine Schnittansicht einer Servosynchronisationsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsvariante in Neutralstellung
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10 zeigt eine Draufsicht auf einen Ausschnitt einer Servosynchronisationsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsvariante während der Synchronisierungsphase.
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11 zeigt eine Schnittansicht einer Servosynchronisationsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsvariante während der Synchronisierungsphase.
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12 zeigt eine Draufsicht auf einen Ausschnitt einer Servosynchronisationsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsvariante bei geschaltetem ersten Gang.
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13 zeigt eine Schnittansicht einer Servosynchronisationsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsvariante bei geschaltetem ersten Gang.
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14 zeigt eine Schnittansicht einer Servosynchronisationsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsvariante bei geschaltetem zweiten Gang.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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In den in den Fig. dargestellten Ausführungsbeispielen einer erfindungsgemäßen Servosynchronisationsvorrichtung sind beidseitig einer Synchronnabe 1 je ein Synchronring 12, 12‘ sowie je ein Kupplungskörper 10, 10‘, der jeweils mit einem Gangzahnrad 11, 11‘ drehfest verbunden ist, angeordnet. Ein Gangzahnrad 11, 11‘ steht für einen zu schaltenden Gang, dementsprechend können in den vorliegenden Ausführungsbeispielen jeweils zwei Gänge, nämlich ein erster Gang und ein zweiter Gang, servosynchronisiert geschaltet werden.
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Neben der Synchronnabe 1, den beiden Synchronringen 12, 12‘ und den beiden Kupplungskörpern 10, 10‘ umfasst die Servosynchronisationsvorrichtung weiterhin eine Schiebemuffe 3 sowie insgesamt sechs Druckelemente 4, wobei pro zu schaltenden Gang jeweils drei Druckelemente 4 wirksam sind.
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Die Synchronnabe 1 ist drehfest auf einer Getriebewelle 2 des Getriebes des Kraftfahrzeugs angeordnet und weist an ihrem Außenumfang eine Außenverzahnung und sechs Ausnehmungen auf, wobei in jeweils einer Ausnehmung jeweils ein Druckelement 4 angeordnet ist.
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Die Schiebemuffe 3 umgibt die Synchronnabe 1 außenumfänglich. Sie weist eine Innenverzahnung auf, die in die Außenverzahnung der Synchronnabe 1 eingreift. Die Schiebemuffe 3 ist so in Bezug auf die Getriebewelle 2 axial verschiebbar. Weiterhin weist die Schiebemuffe 3 an ihrem Innenumfang einen axialen Anschlag 15 auf, der während der Synchronphase die axiale Bewegung der Druckelemente 4 in jeweils eine axiale Richtung begrenzt.
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Die Begrifflichkeit „axial“ beschreibt eine Richtung entlang oder parallel zu einer Rotationsachse 16 der Getriebewelle 2. Die Begrifflichkeit „radial“ beschreibt eine Richtung normal bzw. quer zur Rotationsachse 16 der Getriebewelle 2.
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Jedes der sechs Druckelemente 4 ist in Richtung zur Schiebemuffe 3 federbelastet in jeweils einer Ausnehmung an dem Außenumfang der Synchronnabe 1 axial bewegbar angeordnet.
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Die Druckelemente 4 weisen jeweils einen Grundkörper 5 und, je nach Ausführungsvariante der Servosynchronisationsvorrichtung, eine Nase 6 oder eine axiale Aufnahme 7 auf.
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Die Grundkörper 5 der Druckelemente 4 weisen jeweils in ihrer Erstreckung entlang des Umfangs der Synchronnabe 1 an beiden Enden eine erste Funktionsfläche 8, 8‘ auf, wobei jeweils eine erste Funktionsfläche 8, 8‘ mit jeweils einer ersten Gegenfunktionsfläche 9, 9‘ an der Synchronnabe 1 im Bereich der jeweiligen Ausnehmung zusammenwirkt.
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Der jeweilige Synchronring 12, 12‘ ist in axialer Richtung zwischen der Synchronnabe 1 und dem jeweiligen Kupplungskörper 10, 10‘ angeordnet und weist je nach Ausbildung des Druckelements 4, die axiale Aufnahme 7 für den axialen Eingriff der Nase 6 des Druckelements 4 oder die Nase 6 für den axialen Eingriff in die axiale Aufnahme 7 des Druckelements 4 auf.
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Es wird somit zwischen einer ersten Ausführungsvariante der Servosynchronisationsvorrichtung (1 bis 7) und einer zweiten Ausführungsvariante der Servosynchronisationsvorrichtung (8 bis 14) unterschieden. Bei der ersten Ausführungsvariante der Servosynchronisationsvorrichtung weisen die sechs Druckelemente 4 jeweils eine Nase 6 und die Synchronringe 12, 12‘ jeweils eine axiale Aufnahme 7 zur Aufnahme jeweils einer Nase 6 auf (1 bis 7). Bei der zweiten Ausführungsvariante der Servosynchronisationsvorrichtung weisen die Synchronringe 12, 12‘ jeweils drei Nasen 6 und die sechs Druckelemente 4 jeweils eine axiale Aufnahme 7 zur Aufnahme jeweils eine Nase 6 auf (8 bis 14).
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Die jeweiligen Druckelemente 4 und die jeweiligen Synchronringe 12, 12‘ wirken über die jeweiligen Nasen 6 und die jeweiligen axialen Aufnahmen 7 zur Aufnahme der jeweiligen Nase 6 zusammen.
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Jede der Nasen 6 weist an einem Ende in ihrer axialen Erstreckung, je nach oben beschriebener Ausführungsvariante, in Richtung des jeweiligen Synchronrings 12, 12‘ oder in Richtung der Synchronnabe 1 bzw. in Richtung des jeweiligen Druckelements 4 zwei zweite Funktionsflächen 13 auf, die sich jeweils längs einer Normalebene zu der Rotationsachse 16 der Getriebewelle 2 erstrecken, die unter einem Winkel zwischen 0° und 90° zu der Rotationsachse 16 der Getriebewelle 2 verläuft.
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Jede der axialen Aufnahmen 7 weist in einem Endbereich in ihrer axialen Erstreckung, je nach oben beschriebener Ausführungsvariante, in Richtung der Synchronnabe 1 bzw. in Richtung des jeweiligen Druckelements 4 oder in Richtung des jeweiligen Synchronrings 12, 12‘ zwei zweite Gegenfunktionsflächen 14, 14‘ auf, die jeweils mit einer jeweiligen zweiten Funktionsfläche 13, 13‘ in Wirkverbindung bringbar sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Synchronnabe
- 2
- Getriebewelle
- 3
- Schiebemuffe
- 4
- Druckelement
- 5
- Grundkörper
- 6
- Nase
- 7
- Axiale Aufnahme
- 8, 8‘
- Erste Funktionsfläche
- 9, 9‘
- Erste Gegenfunktionsfläche
- 10, 10‘
- Kupplungskörper
- 11, 11‘
- Gangzahnrad
- 12, 12‘
- Synchronring
- 13, 13‘
- Zweite Funktionsfläche
- 14, 14‘
- Zweite Gegenfunktionsfläche
- 15
- Axialer Anschlag
- 16
- Rotationsachse (der Getriebewelle)
- 17
- Radialer Anschlag
