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Die Erfindung betrifft eine Synchronbaugruppe mit einer Nabe, mindestens einem Druckstück, das an der Nabe gelagert ist, und mindestens einem Synchronring.
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Insbesondere bei Kraftfahrzeugen wird oft eine Synchronisierung des Typs verwendet, der aus der
US 2 221 894 bekannt ist. Dabei wird an einer Welle eines Schaltgetriebes drehfest eine Nabe, die auch als Synchronkörper bezeichnet werden kann, angebracht. An dieser Nabe ist drehfest eine Schiebemuffe angeordnet, die in axialer Richtung verschiebbar ist. Diese dient dazu, eine drehfeste Verbindung zu den Getriebezahnrädern herzustellen, die beiderseits der Nabe drehbar auf der Getriebewelle gelagert sind. Zu diesem Zweck sind die Zahnräder mit einer Schaltverzahnung versehen, auf die ein Randabschnitt der Schiebemuffe aufgeschoben werden kann.
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Bevor die Schiebemuffe in die Schaltverzahnung eingreift, muss die Drehzahl von Nabe und Schiebemuffe einerseits und Getriebezahnrad andererseits synchronisiert werden. Zu diesem Zweck ist der mindestens eine Synchronring vorgesehen, der an der Nabe angeordnet ist und, sobald die Schiebemuffe aus ihrer Mittel- bzw. Neutralstellung herausbewegt wird, mit einer entsprechenden Reibfläche in Eingriff gelangt, die dem Getriebezahnrad zugeordnet ist. Solange eine Relativdrehzahl zwischen Nabe und Getriebezahnrad besteht, wird der Synchronring relativ zur Nabe in Umfangsrichtung in eine Sperrstellung beaufschlagt, in der es der Schiebemuffe nicht möglich ist, in die Schaltverzahnung des Getriebezahnrads einzugreifen. Erst wenn die Drehzahlen vollständig (oder zumindest nahezu vollständig) angeglichen sind und dadurch auf den Synchronring kein (oder nur noch ein geringes) Schleppmoment mehr wirkt, kann der Synchronring relativ zur Nabe so verschoben werden, dass die Schiebemuffe durchgeschaltet werden kann. Diese Funktionsweise ist allgemein bekannt.
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Da die Synchronringe sich funktionsbedingt sowohl in axialer Richtung als auch in Umfangsrichtung relativ zur Nabe (und damit auch relativ zur Schiebemuffs und zum Gangrad) verstellen müssen, kann nicht zuverlässig verhindert werden, dass die Synchronringe sich unkontrolliert relativ zur Nabe und zur Schiebemuffe bewegen und dabei zum Schwingen angeregt werden. Diese Schwingungen führen zu inneren Beanspruchungen des Synchronrings selbst und können auch dazu führen, dass der Synchronring an den ihn umgebenden Bauteilen im Getriebe unkontrolliert anstößt und dabei unter Umständen weiter zum Schwingen angeregt wird. Schwingungen können außerdem angeregt werden durch einen unrunden Lauf der Getriebewellen, was verstärkt wird durch den Trend hin zu geringeren Zylinderzahlen der Verbrennungsmotoren, die in Kraftfahrzeugen verwendet werden; ein Dreizylindermotor läuft unrunder als ein Vierzylindermotor.
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Um den Synchronring in einer definierten Position zu halten, ist aus der
DE 10 2014 103 171 A1 bekannt, dass das Druckstück mittels geeigneter Anlageflächen an den Synchronringen angreift. Hierzu ist das Druckstück auf seiner radial betrachtet innenliegenden Seite mit Ausnehmungen versehen, in die die Synchronringe mit Laschen eingreifen. Auf diese Weise sind die Synchronringe fixiert und können sich nicht in unerwünschter Weise bewegen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die bekannte Synchronbaugruppe dahin gehend weiterzubilden, dass das Entstehen von Schwingungen der Synchronringe in noch zuverlässigerer Weise reduziert oder ganz verhindert wird, insbesondere bei hohen Drehzahlen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß eine Synchronbaugruppe vorgesehen mit einer Nabe, mindestens einem Druckstück, das an der Nabe gelagert ist, und mindestens einem Synchronring, wobei das Druckstück mit mehreren Zentrierflächen versehen ist, die unmittelbar an mindestens zwei am Synchronring vorgesehenen Anlageflächen anliegen, wobei mindestens eine Zentrierfläche an einer radial nach außen gerichteten Anlagefläche und mindestens eine weitere Zentrierfläche an einer radial nach innen gerichteten Anlagefläche anliegt. Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, das Druckstück so am Synchronring angreifen zu lassen, dass das Druckstück bei hohen Drehzahlen und entsprechend hohen Fliehkräften nicht nach außen vom Synchronring abheben kann, wodurch die auf den Synchronring ausgeübte Fixierungswirkung verloren ginge. Stattdessen übt die radial nach innen gerichtete Anlagefläche des Synchronrings eine Rückhaltewirkung auf das Druckstück aus. Selbst wenn das Druckstück unter den wirkenden Fliehkräften radial nach außen abhebt, bleibt die Kopplung mit dem Synchronring aufrechterhalten. Dabei zeichnet sich die erfindungsgemäße Baugruppe durch eine konstruktiv einfache Gestaltung aus.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass zwei der Zentrierflächen zumindest abschnittsweise parallel zueinander ausgerichtet sind. Insbesondere ist es vorgesehen, dass diese Zentrierflächen sich, in radialer Richtung betrachtet, einander gegenüber liegen. Die Zentrierflächen bilden somit einer Art Schiebeführung, innerhalb der die Anlageflächen des Synchronrings in axialer Richtung verschoben werden können.
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Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das Druckstück mit weiteren Zentrierflächen versehen ist, wobei diese Zentrierflächen zumindest abschnittsweise senkrecht zu den oben genannten Zentrierflächen ausgerichtet sind. Durch diese Ausgestaltung kann gewährleistet werden, dass der Synchronring nicht nur in radialer Richtung, sondern auch in Umfangsrichtung zentriert und eine mögliche Schwingbewegung wird.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Zentrierflächen sich entlang einer Zylinderfläche erstrecken, die auf die Mittelachse der Nabe zentriert ist. Hierdurch ist gewährleistet, dass sich die Anlageflächen des Synchronrings nicht zwischen den Zentrierflächen des Druckstücks verklemmen können, falls der Synchronring sich um Umfangsrichtung relativ zum Druckstück verstellt. Zudem bleibt die radiale Zentrierwirkung auch beim Umschlagen des Synchronrings unverändert erhalten.
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Dabei erstrecken sich dann vorzugsweise die Anlageflächen entlang einer Zylinderfläche, die auf die Mittelachse der Nabe zentriert ist. Die Anlageflächen erstrecken sich also parallel zu den Zentrierflächen, sodass ein Flächenkontakt zwischen den Zentrierflächen und den Anlageflächen gewährleistet ist.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Anlageflächen durch einen plastisch verformten Abschnitt des Synchronrings ausgebildet sind. Die Anlageflächen des Synchronrings können dann mit geringem Aufwand durch Umbiegen von geeigneten Abschnitten des Rohlings des Synchronrings erhalten werden.
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Die plastisch verformten Abschnitte des Synchronrings, an denen die Anlageflächen des Synchronrings vorgesehen sind, sind dabei vorzugsweise als angeformte Lasche ausgebildet. Eine solche Lasche kann mit geringem Aufwand am Zuschnitt für den Grundkörper vorgesehen sein, insbesondere im Bereich der Sperrverzahnung. Anschließend wird die Lasche aus der von der Sperrverzahnung gebildeten Ebene auf den Bund des Synchronrings umgebogen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Druckstück mittels einer Feder in radialer Richtung nach innen beaufschlagt wird. Dies gewährleistet, dass die Synchronringe insbesondere bei niedrigen Drehzahlen zuverlässig zentriert sind. Gleichzeitig wird eine Mittenzentrierung für die Schiebemuffe bereitgestellt.
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Vorzugsweise besteht das Druckstück aus Kunststoff. Es ist somit möglich, das Druckstück mit geringen Kosten spritzzugießen. Außerdem lassen sich aufgrund der Eigenelastizität von Kunststoff die auftretenden Schwingungen sehr gut dämpfen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Ausführungsformen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen:
- - 1 eine Synchronbaugruppe gemäß der ersten Ausführungsform in einer perspektivischen Ansicht;
- - 2 das bei der ersten Ausführungsform verwendete Druckstück in einer perspektivischen Ansicht;
- - 3 in einer Detailansicht das bei der ersten Ausführungsform verwendete Druckstück, das mit zwei Synchronringen gekoppelt ist;
- - 4 eine Synchronbaugruppe gemäß der zweiten Ausführungsform in einer perspektivischen Ansicht;
- - 5 das bei der zweiten Ausführungsform verwendete Druckstück in einer perspektivischen Ansicht; und
- - 6 in einer Detailansicht das bei der zweiten Ausführungsform verwendete Druckstück, das mit zwei Synchronringen gekoppelt ist.
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In 1 ist eine Synchronbaugruppe 5 gezeigt, die, wie allgemein bekannt, dazu dient, ein oder mehrere Getriebezahnräder (nicht dargestellt) drehfest mit einer Getriebewelle zu verbinden (ebenfalls nicht dargestellt). Die Synchronbaugruppe enthält eine Nabe 10 (Synchronkörper), die mittels einer Nabenverzahnung 12 drehfest auf der Getriebewelle angeordnet ist. Die Getriebewelle erstreckt sich entlang der Mittelachse M, die gleichzeitig Mittel- und Rotationsachse für die Getriebezahnräder sowie die Synchronbaugruppe 5 ist.
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Die Getriebezahnräder sind als Losräder auf der Getriebewelle angeordnet. Wenn einer der Gänge benutzt werden soll, dem das entsprechende Getriebezahnrad zugeordnet ist, muss dieses drehfest mit der Getriebewelle verbunden werden. Dies erfolgt hier mittels einer Synchronisierung des Typs gemäß der
US 2 221 894 , die an sich bekannt ist und nachfolgend nur in ihren Grundzügen erläutert wird.
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Die Nabe 10 ist entlang ihrem Außenumfang mit einer Schiebemuffenverzahnung 14 versehen, auf der eine Schiebemuffe 16 drehfest, aber in axialer Richtung verschiebbar angeordnet ist. Hierfür ist am Innenumfang der Schiebemuffe 16 eine Innenverzahnung 17 vorgesehen. Mit der Schiebemuffe 16 kann eine (nicht dargestellte) Schaltgabel zusammenwirken, um die Gänge zu schalten.
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Jedes der Getriebezahnräder ist mit einer Schaltverzahnung versehen, auf die die Schiebemuffe 16 mit ihrer Innenverzahnung 17 aufgeschoben werden kann, indem sie aus ihrer in den Figuren gezeigten Mittel- bzw. Neutralstellung in axialer Richtung entsprechend weit verschoben wird. Hierdurch ist eine drehfeste Verbindung von der Getriebewelle über die Nabe 10 und die Schiebemuffe 16 zum entsprechenden Getriebezahnrad hergestellt, so dass der entsprechende Gang zur Drehmomentübertragung verwendet werden kann.
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Die drehfeste Verbindung zwischen der Schiebemuffe 16 und der entsprechenden Schaltverzahnung kann im Hinblick auf Verschleiß und Komfort nur dann sinnvoll hergestellt werden, wenn die Drehzahlen der Schiebemuffe 16 und des entsprechenden Getriebezahnrads identisch oder zumindest annähernd identisch sind. Um dies zu gewährleisten, werden die Drehzahlen der Bauteile zu Beginn des Schaltvorgangs synchronisiert.
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Hierfür ist für jedes Getriebezahnrad mindestens ein Synchronring 20 vorgesehen, dessen Hauptaufgabe darin besteht, mit einer dem entsprechenden Getriebezahnrad zugeordneten Reibfläche in Reibeingriff zu gelangen, sobald die Schiebemuffe 16 aus ihrer Mittelstellung heraus hin zu einem Getriebezahnrad bewegt wird. Der entsprechende Synchronring 20 hat weiterhin die Funktion, ein Durchschalten der Schiebemuffe, also einen Eingriff in die Schaltverzahnung, so lange zu verhindern, wie die Drehzahlen von Nabe 10 und damit Schiebemuffe 16 einerseits und dem entsprechenden Getriebezahnrad andererseits noch nicht ausreichend aneinander angeglichen sind. Zu diesem Zweck weist jeder Synchronring 20 eine Sperrverzahnung 22 auf, deren Verzahnungsmodul dem der Schiebemuffenverzahnung 14 sowie der Innenverzahnung 17 der Schiebemuffe 16 entspricht.
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Jeder Synchronring 20 ist an der Nabe 10 so angebracht, dass er in Umfangsrichtung begrenzt verdrehbar ist. Der mögliche Drehwinkel ist dabei so eingestellt, dass die Zähne der Sperrverzahnung 22 des Synchronrings 20, wenn er sich in der maximal verdrehten Position befindet, den Zähnen der Innenverzahnung der Schiebemuffe 16 gegenüberliegt. Erst wenn die Drehzahlen von Schiebemuffe 16 und entsprechendem Getriebezahnrad mindestens nahezu angeglichen wird, kann dieser durch Zusammenwirken von geeigneten Facetten an der Schiebemuffe 16 und an der Sperrverzahnung 22 in Umfangsrichtung zurück in eine Position gedreht werden, in der die Schiebemuffe 16 in axialer Richtung verstellt werden kann, bis sie in die Schaltverzahnung des entsprechenden Getriebezahnrads eingreift.
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Um zu Beginn des Schaltvorgangs den entsprechenden Synchronring 20 mit der ihm zugeordneten Reibfläche in Eingriff zu bringen, sind an der Nabe mehrere Druckstücke 30 vorgesehen, die in entsprechende Ausnehmungen 32 der Nabe 10 eingesetzt sind. Üblich sind drei Druckstücke, die gleichmäßig um den Umfang der Nabe 10 herum verteilt sind.
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Jedes Druckstück 30 weist ein Rastelement 34 (siehe 2) in der Form einer gehärteten Kugel auf, die von einer Feder 35 aus dem Druckstück 30 heraus und gegen eine Rastfläche auf der Innenseite der Schiebemuffe 16 beaufschlagt wird. Um die Schiebemuffe 16 in axialer Richtung zu verschieben, muss also das Rastelement 34 in radialer Richtung nach innen entgegen der Wirkung der Feder verstellt werden.
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Der bis hier beschriebene Aufbau einer BorgWarner-Synchronisierung ist allgemein bekannt. Ebenso bekannt ist, dass der konkret in den Figuren gezeigte Aufbau im Hinblick auf verschiedene Randbedingungen modifiziert werden kann. Dennoch ist die Grundfunktion der BorgWarner-Synchronisierung immer dieselbe.
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Nachfolgend wird beschrieben, wie die erfindungsgemäße Synchronbaugruppe ausgeführt ist, um Schwingungen der Synchronringe 20 und ein Abheben des Druckstücks 30 bei hohen Drehzahlen zu verringern oder ganz zu vermeiden.
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Das Druckstück 30 weist zwei Zentrierflächen auf, die dafür vorgesehen sind, mit dem Synchronring zusammenzuwirken: eine radial außenliegende Zentrierfläche 40 und eine radial innenliegende Zentrierfläche 41.
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Die radial außenliegende Zentrierfläche 40 ist auf zwei getrennte Teilflächen aufgeteilt, die jeweils an einem von zwei Flügeln 43 am Druckstück 30 gebildet ist. Die beiden Flügel 43 erstrecken sich in axialer Richtung, bezogen auf die Mittelachse M der Synchronbaugruppe.
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Die radial innenliegenden Zentrierfläche 41 ist an einem durchgehenden, sich ebenfalls in axialer Richtung erstreckenden Fortsatz 44 ausgebildet.
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Die Zentrierflächen 40, 41 sind in Umfangsrichtung betrachtet gekrümmt, wobei der Krümmungsmittelpunkt auf der Mittelachse M liegt.
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In axialer Richtung betrachtet sind die Zentrierflächen mit konstantem Abstand von der Mittelachse M ausgeführt.
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Rotiert man das Druckstück gedanklich um die Mittelachse M, beschreiben die Zentrierflächen also einen dünnwandigen Zylinder oder Ring mit parallelen Außen- und Innenwänden.
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Wie in 2 zu sehen ist, ist das Druckstück symmetrisch bezüglich einer Mittelebene ausgeführt, die senkrecht auf der Mittelachse M steht. Es weist also die Zentrierflächen 40, 41 auf in axialer Richtung voneinander abgewandten Seiten auf.
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Jeder Synchronring 20 (siehe 3) ist mit mehreren Anlageflächen 50, 51 versehen, die jeweils den Zentrierflächen 40, 41 der Druckstücke 30 zugeordnet sind. Die Anlagefläche 50 ist gebildet durch die radial außenliegende Seite einer Lasche 52, die einstückig mit dem Synchronring ausgeführt ist, während die Anlagefläche 51 durch die radial innenliegende Seite der Lasche 52 gebildet ist.
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Die Lasche 52 erstreckt sich ausgehend von der Seite des Synchronrings, die mit der Sperrverzahnung 22 versehen ist, und ist so umgebogen, dass sie sich in axialer Richtung erstreckt.
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Dabei ist die Lasche 52 (konkret weist der Synchronring je Druckstück eine Lasche 52 und somit üblicherweise drei Laschen auf) in Umfangsrichtung gekrümmt ausgeführt, wobei der Krümmungsmittelpunkt auf der Mittelachse M liegt. Die Wandstärke der Lasche 52 ist konstant und geringfügig kleiner als der in radialer Richtung gemessene Abstand zwischen den Zentrierflächen 40, 41.
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Die Lasche 52 greift also so in den Spalt zwischen den Zentrierflächen 40, 41 ein, dass die radial nach innen gerichtete Zentrierfläche 40 an der radial nach außen gerichteten Anlagefläche 50 anliegt (bzw. dieser mit geringem Spiel gegenüberliegt), während die radial nach außen gerichtete Zentrierfläche 41 an der radial nach innen gerichteten Anlagefläche 51 anliegt (bzw. dieser mit geringem Spiel gegenüberliegt).
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Der Synchronring 20 ist daher im Druckstück 30 in radialer Richtung fixiert, so dass er sich nicht unkontrolliert bewegen kann. Im Normalzustand wird dabei das Druckstück durch das Rastelement 34 und die Feder 35 radial nach innen gedrückt, so dass auch die Lasche 52 radial nach innen gedrückt wird.
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Für die radiale Ausrichtung und Zentrierung des Synchronrings sind mindestens zwei oder idealerweise drei Druckstücke erforderlich. Die radial wirkenden Kräfte auf die Laschen 52 müssen sich gegenseitig kompensieren. Dadurch werden die Synchronringe radial auszentriert.
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Selbst wenn das Druckstück 30 bei sehr hohen Drehzahlen in axialer Richtung nach außen verstellt wird, gewährleistet die Zentrierfläche 41, dass der Kontakt mit dem Synchronring 20 und damit die Zentrierungswirkung aufrechterhalten bleibt.
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Die Zentrierung wird auch dadurch unterstützt, dass drei Druckstücke 30 auf jeden Synchronring 20 einwirken.
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Da der Spalt zwischen den Zentrierflächen 40, 41 in Umfangsrichtung in derselben Weise gekrümmt ist wie die Lasche 52 und zusätzlich in Umfangsrichtung offen, behindert das Druckstück 30 eine Bewegung des Synchronrings 20 in Umfangsrichtung nicht. Dennoch bewirken die bei einer Relativdrehung auftretenden Reibungskräfte, dass eventuelle Schwingungsanregungen gedämpft werden.
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In den 4 bis 6 ist eine zweite Ausführungsform gezeigt. Für die von der ersten Ausführungsform bekannten Bauteile werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird insofern auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
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Der Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Ausführungsform besteht darin, dass bei der zweiten Ausführungsform der Spalt zwischen den Zentrierflächen 40, 41 nicht in Umfangsrichtung offen ist, sondern geschlossen. Hierzu weist das Druckstück 30, wie insbesondere in 5 zu sehen ist, weitere Zentrierflächen 42 auf. Diese Zentrierflächen 42 erstrecken sich im weitesten Sinne senkrecht zu den Zentrierflächen 40, 41 (zumindest abschnittsweise; der Winkel kann dort zwischen 70° und 90° betragen) und damit senkrecht zur Mittelachse M und stellen eine Verbindung zwischen ihnen her.
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Wie in 6 zu sehen ist, ist der Abstand zwischen den Zentrierflächen 42 größer als die Breite der Lasche 52, so dass die Zentrierflächen 42 das Umschlagen des Synchronringes 20 nicht beeinträchtigen. Nur im Falle von übermäßigen Bewegungen des Synchronringes sorgen die Zentrierflächen 42 für eine Zentrierung und Schwingungsdämpfung in Umfangsrichtung.
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Aufgrund der Zentrierung der Synchronringe 20 über die Druckstücke 30 ergeben sich bei beiden Ausführungsformen verringerte Schwingungen des Synchronrings 20. Da die Synchronringe an den Druckstücken eingehängt sind, können diese an den Druckstücken und damit an der Synchronbaugruppe vormontiert werden. So kann insgesamt eine vormontierte Baugruppe bereitgestellt werden, die dann im Getriebe eingebaut wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2221894 [0002, 0018]
- DE 102014103171 A1 [0005]
