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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung zum Betätigen zumindest eines Schaltelementes eines Fahrzeuges sowie ein Getriebe mit einer Betätigungsvorrichtung.
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Beispielsweise aus der Druckschrift
DE 37 11 490 A1 ist eine Gangschalteinrichtung für ein synchronisiergliederfreies Stufenwechselgetriebe von Fahrzeugen bekannt. Das Gangstufenwechselgetriebe umfasst eine Getriebewelle, auf der mehrere drehbar gelagerte Gangräder vorgesehen sind. Zum Schalten der Gangräder ist eine axial verschiebbar gehaltene Schaltklaue vorgesehen, die mit der Getriebewelle verbunden ist. Zum Schalten der Gangräder wird die Schaltklaue axial verschoben, um das zugeordnete Gangzahnrad drehfest mit der Getriebewelle zu verbinden. Die Axialverschiebung der Schaltklaue wird durch eine hydraulische Verstelleinrichtung bewirkt, die innerhalb der Getriebewelle angeordnet ist. Die Verstelleinrichtung weist eine aus zwei Einzelkolben bestehende Stellkolbenanordnung auf, die in einer zentralen Zylinderbohrung der Getriebewelle axial verschiebbar gehalten ist und an ihren jeweils aneinander abgewandten Stirnseiten über Druckmittelzuführungsleistungen mit Druckmittel beaufschlagbare Druckbeaufschlagungsräume aufweist. Die Stellkolbenanordnung ist mit der Schaltklaue über einen Verbindungsbolzen verbunden, der die Getriebewelle diametral durchdringt und in einer Radialbohrung der Schaltklaue gehalten ist. Somit dreht sich sowohl die Schaltklaue bzw. Schiebemuffe als auch die Stellkolbenanordnung mit Getriebewellendrehzahl. In nachteiliger Weise ist bei dieser Art der Betätigung eine Drehübertragung für die Druckmittelversorgung erforderlich. Dies ist konstruktiv aufwändig und kostenintensiv.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2006 049 287 A1 ist eine andere Art zum Betätigen eines Schaltelements bzw. einer Verbindungseinrichtung vorgesehen, mittels der eine Getriebewelle mit einem drehbar auf der Getriebewelle gelagerten Gangzahnrad drehfest verbindbar ist. Die Betätigungskraft des als Elektromotor ausgeführten Aktors ist innerhalb der Getriebewelle über eine mechanische Übertragungseinrichtung vom Aktor in Richtung der Verbindungseinrichtung führbar. Der Übertragungseinrichtung ist eine Auswahleinrichtung zugeordnet, mittels der jeweils eine Verbindung zwischen der Übertragungseinrichtung und einer ausgewählten Verbindungseinrichtung herstellbar ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Betätigungsvorrichtung für zumindest ein Schaltelement eines Fahrzeuges und ein Getriebe mit einer Betätigungsvorrichtung vorzuschlagen, welche eine hydraulische Axialbewegung von mehreren Schaltelementen möglichst kostengünstig und konstruktiv einfach realisiert.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 bzw. 13 gelöst, wobei sich vorteilshafte und beanspruchte Ausgestaltungen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen ergeben.
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Demnach wird eine Betätigungsvorrichtung zur Betätigung zumindest eines Schaltelementes eines Fahrzeuges vorgeschlagen, bei der zumindest ein im Inneren einer Getriebewelle angeordneter hydraulischer Schaltzylinder vorgesehen ist, mit dem zumindest eine Schiebemuffe oder dergleichen zum Betätigen zumindest eines Schaltelements anwählbar und betätigbar ist. Das Schaltelement ist drehfest mit der Getriebewelle verbunden. Der Schaltzylinder ist mit zumindest einer Kolbenstange und der zumindest einen zugeordneten Schiebemuffe unabhängig von der Getriebewelle gehäuseseitig gelagert. Ferner ist die Kolbenstange des Schaltzylinders zum Anwählen der jeweiligen Schiebemuffe verdrehbar und zum Betätigen der Schiebemuffe axial bewegbar.
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Die erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung kann demnach ohne weiteres ein oder mehrere Schaltklauen oder Synchronisierungen als Schaltelemente auf einer Getriebewelle aus dem Inneren der Welle heraus möglichst konstruktiv einfach und bei geringem Bauraumbedarf betätigen. Die hydraulische Betätigung bietet den Vorteil, dass dazu das im Getriebe vorhandene Medium bzw. Druckmittel verwendet werden kann. Demzufolge ist kein zusätzlicher Elektromotor zum Erzeugen der Axialbewegung der Kolbenstange erforderlich. Im Unterschied zu der bekannten hydraulischen Betätigung ergibt sich der wesentliche Vorteil, dass der hydraulische Schaltzylinder im Inneren der Getriebewelle unabhängig von der Getriebewelle gehäuseseitig gelagert ist. Dadurch wird der hydraulische Aufwand wesentlich verringert. Ein weiterer Unterschied liegt darin, dass die sonst von dem Schaltelement umfasste und mit Getriebewellendrehzahl drehende Schiebemuffe bei der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung Teil des Schaltzylinders ist und somit ebenfalls gehäuseseitig gelagert und drehfest ist.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die Kolbenstange zum Anwählen und Betätigen der zugeordnete Schiebemuffe jeweils zumindest ein Betätigungselement aufweisen und die jeweilige Schiebemuffe weist eine entsprechende Kulissenkontur für das zugeordnete Betätigungselement auf, sodass durch die Wählbewegung der Kolbenstange zunächst eine zu betätigende Schiebemuffe angewählt und durch die Axialbewegung der Kolbenstange die Betätigung des zugeordneten Schaltelements erfolgen kann. Konstruktiv einfach ist die Ausführung des Betätigungselement z. B. als Nockenelemente, welche von dem Umfang der Kolbenstange hervorstehen und bei deckungsgleicher Ausrichtung durch die Kulissenkontur bzw. im einfachsten Fall durch eine Durchtrittsöffnung bei der nicht angewählten Schiebemuffe axial durchtauchen können, sodass nur die angewählte Schiebemuffe betätigt wird. Auf diese Weise wird mit der vorgeschlagenen Betätigungsvorrichtung eine Ansteuerung möglichst vieler Schaltelemente mit der Kolbenstange pro axialer Bewegungsrichtung der Kolbenstange ermöglicht.
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Um den hydraulischen Aufwand weiter zu minimieren, kann im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass jeder Schiebemuffe zumindest eine Führungshülse zum axialen und radialen Führen der Schiebemuffe im Inneren der Getriebewelle zugeordnet ist, wobei die Schiebemuffe und die Führungshülse koaxial zur Kolbenstange drehfest angeordnet sind. Die Führungshülsen dienen nicht nur zur axialen Lagerung, sondern auch als Schaltzylindergehäuse für den zumindest einen vorgesehenen Kolben der Kolbenstange.
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Um die Bewegung der Schiebemuffen auf das zumindest eine zugeordnete Schaltelement übertragen zu können, ist im Rahmen einer vorteilhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass jeder gehäuseseitig gelagerte Schiebemuffe eine am Außendurchmesser umlaufende Führungsnut oder dergleichen zum Führen zumindest eines mit Getriebewellendrehzahl umlaufenden Mitnehmers oder dergleichen des zu betätigenden Schaltelements zugeordnet ist, wobei durch axiale Bewegung der Schiebemuffe die Betätigung des Schaltelementes realisiert wird. Auf diese Weise wird die axiale Bewegung auf den Mitnehmer übertragen, der wiederum Teil des Schaltelements ist.
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Die erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung ist besonders geeignet für die Betätigung von Schaltelementen in Doppelkupplungsgetrieben, bei denen die Schaltelemente, wie Klauenkupplungen bzw. Synchronisierungen eines Teilgetriebes auf jeweils einer Welle liegen. Jedoch ist die Verwendung bei einem Handschaltgetriebe oder auch anderen Automatgetrieben ebenfalls möglich. Demzufolge wird auch ein Getriebe mit der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung beansprucht.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
- 1 eine geschnittene Ansicht einer möglichen Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung an einer Getriebewelle mit mehreren Schaltelementen;
- 2 eine dreidimensionale Ansicht der Betätigungsvorrichtung mit einem hydraulischen Schaltzylinder;
- 3 eine vergrößerte Einzelheit gemäß 2;
- 4 ein Querschnitt durch den Schaltzylinder der Betätigungsvorrichtung im Bereich einer nicht gewählten Schiebemuffe des Schaltzylinders;
- 5 ein Querschnitt durch den Schaltzylinder der Betätigungsvorrichtung im Bereich einer gewählten Schiebemuffe;
- 6 eine dreidimensionale Ansicht der Schiebemuffe;
- 7 eine Stirnseitenansicht der Schiebemuffe;
- 8 eine Seitenansicht der Schiebemuffe;
- 9 eine dreidimensionale Ansicht einer Führungshülse des Schaltzylinders;
- 10 eine Seitenansicht der Führungshülse;
- 11 eine Stirnseitenansicht auf die Führungshülse;
- 12 eine dreidimensionale schematische Ansicht der Kolbenstange; und
- 13 ein schematisch angedeutetes Getriebe mit der schematisch angedeuteten Betätigungsvorrichtung.
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In den 1 bis 12 sind verschiedene Ansicht einer möglichen Ausführungsvariante einer Betätigungsvorrichtung 25 zum Betätigen zumindest eines Schaltelementes A, B, C eines Fahrzeuges beispielhaft dargestellt, wobei die für den Fachmann an sich bekannten Getriebebauteile nicht weiter bezeichnet sind. 13 zeigt eine Ausführung, bei der ein beliebiges Getriebe 26 die Betätigungsvorrichtung 25 umfasst.
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Die Betätigungsvorrichtung 25 umfasst zumindest einen im Inneren einer Getriebewelle 1 angeordneten hydraulischen Schaltzylinder, mit dem zumindest eine Schiebemuffe 2, 3 zum Betätigen zumindest eines Schaltelementes A, B, C anwählbar und betätigbar ist, wobei das Schaltelement A, B, C drehfest mit der Getriebewelle 1 verbunden ist, um im geschalteten Zustand des Schaltelementes A, B, C ein zugeordnetes Gangzahnrad drehfest mit der Getriebewelle 1 zu verbinden. Der Schaltzylinder ist mit einer Kolbenstange 4 und die bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel z. B. vorgesehenen zwei Schiebemuffen 2,3 unabhängig von der Getriebewelle 1 gehäuseseitig gelagert, wobei die Kolbenstange 4 des Schaltzylinders zum Anwählen der jeweiligen Schiebemuffen 2, 3 verdrehbar und zum Betätigen der ausgewählten Schiebemuffe 2, 3 axial bewegbar ist.
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In 1 ist eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung 25 an einer Getriebewelle 1 des Getriebes 26 eines Fahrzeuges zum beispielhaften Betätigen von drei Schaltelementen A, B, C gezeigt. Die Kolbenstange 4 des Schaltzylinders weist zum Anwählen bzw. Vorwählen und axialen Bewegen der ersten und zweiten Schiebemuffen 2, 3, wie z. B. aus der Einzelteilansicht gemäß 12 ersichtlich ist, jeweils zwei Nockenelementpaare 5, 6; 7,8 als Betätigungselemente für jede Schiebemuffe 2,3 auf. Jedes Nockenelementpaar 5, 6; 7, 8 umfasst jeweils zwei Nockenelemente, die in einem identischen Winkel, z. B.um 180 Grad an dem Umfang der Kolbenstange 4 angeordnet sind. Die Nockenelementpaare 5, 6 der ersten Schiebemuffe 2 und die Nockenelementpaare 7, 8 der zweiten Schiebemuffe 3 sind in Umfangsrichtung an der Kolbenstange 4 in einem vorbestimmten Winkel zueinander versetzt, damit durch die Drehbewegung der Kolbenstange 4 eine separate Anwahl der Schiebemuffen 2, 3 möglich ist.
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Dies wird insbesondere dadurch realisiert, dass die Nockenelementpaare 5, 6; 7, 8 der nicht angewählten Schiebemuffe 2, 3 axial durch eine entsprechende Durchtrittsöffnung 14 an der ersten Schiebemuffe 2 bzw. durch eine entsprechende Durchtrittsöffnung 15 an der zweiten Schiebemuffe 3 als Kulissenkontur an der nicht gewählten Schiebemuffe 2, 3 axial durchtauchen, während die Nockenelementpaare 5, 6; 7, 8 der gewählten Schiebemuffe 2, 3 axial an der Schiebemuffe 2, 3 anliegen und diese durch die Axialbewegung der Kolbenstange 4 axial mitnehmen.
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In 4 ist beispielsweise das Durchtauchen der nicht gewählten Schiebemuffe 2, 3 der Nockenpaare 5, 6; 7, 8 gezeigt, während in 5 das Anliegen der Nockenwellenpaare 5, 6; 7, 8 an der gewählten Schiebemuffe 2, 3 dargestellt ist.
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Um die axiale Bewegung der Schiebemuffen 2, 3 zu gewährleisten, sind jeder Schiebemuffe 2, 3 eine Führungshülse 9, 10 zum axialen Führen und zur drehfesten Anordnung im Inneren der Getriebewelle 1 zugeordnet, wobei die Schiebemuffen 2, 3 und die zugeordneten Führungshülsen 9, 10 koaxial zur Kolbenstange 4 drehfest angeordnet sind. Demzufolge sind die Führungshülsen 9, 10 gehäusefest, während die Schiebemuffen 2, 3 axial in den Führungshülsen 9, 10 geführt sind.
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Die Getriebewelle 1 rotiert mit entsprechender Getriebewellendrehzahl, wobei die hier beispielhaft als Schaltklauen 11, 20 mit entsprechenden Mitnehmern 18, 19 ausgeführten Schaltelemente A, B, C ebenfalls mit der Getriebewelle 1 verbunden sind und mit Getriebewellendrehzahl umlaufen. Somit umfasst das erste Schaltelement A die Schaltklaue 11, der der Mitnehmer 18 zugeordnet ist, und das zweite und dritte Schaltelement B, C die gemeinsame Schaltklaue 20, der der Mitnehmer 19 zugeordnet ist.
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Als Wirkverbindung zwischen den Schiebemuffen 2, 3 und den Schaltelementen A, B, C weist jede Schiebemuffe 2, 3 eine am Durchmesser umlaufende Führungsnut 16, 17 zum Führen der zugeordneten umlaufenden Mitnehmer 18, 19 des zu betätigenden Schaltelements A, B, C auf. Als Mitnehmer 18, 19 kann ein Stift mit kreisförmigem, eckigem oder dergleichen Querschnitt oder auch eine Gabel oder ähnliches vorgesehen sein.
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Bei dieser gezeigten Ausführungsform ist die Schaltklaue 11 des ersten Schaltelements A mit dem Mitnehmer 18 der ersten Schiebemuffe 2 zugeordnet, während die Schaltklaue 20 des zweiten und dritten Schaltelements B, C quasi als Doppelschaltelement mit dem zugeordneten Mitnehmer 19 der zweiten Schiebemuffe 3 zugeordnet ist. Auf diese Weise können mit der Betätigungsvorrichtung 25 drei Schaltelemente A, B, C betätigt werden.
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Um die Kolbenstange 4 axial zu bewegen, ist bei dieser dargestellten Ausführungsvariante beispielhaft vorgesehen, dass jedem Ende der Kolbenstange 4 ein mit Medium beaufschlagbarer Kolben 12, 13 zum axialen Betätigen der Kolbenstange 4 in jeweils eine Richtung zugeordnet. Es wäre auch denkbar, dass einem Ende der Kolbenstange 4 ein doppelt wirkender Kolben zum axialen Bewegen in beide axiale Richtungen zugeordnet ist.
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Dadurch, dass der Kolbenstange 4 der erste Kolben 12 zum axialen Betätigen der Kolbenstange 4 zugeordnet ist, kann die Kolbenstange 4 in Zeichnungsebene bei 1 bei Druckbeaufschlagung axial nach rechts bewegt werden, während die Kolbenstange 4 bei Druckbeaufschlagung des zweiten Kolbens 13 in Zeichnungsebene gemäß 1 nach links bewegt werden kann.
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Durch entsprechende Vorwahl, das heißt, durch entsprechende Drehung der Kolbenstange 4 und der daraus resultierenden Drehung der Nockenelementpaare 5, 6 wird die erste Schiebemuffe 2 beispielsweise vorgewählt, indem das erste Nockenelementpaar 5 an der ersten Schiebemuffe 2 anliegen. Wenn nun die Kolbenstange 4 durch entsprechende Druckbeaufschlagung des ersten Kolbens 12 nach rechts bewegt wird, wird die Schiebemuffe 2 ebenfalls nach rechts bewegt und bewegt dadurch durch den Mitnehmer 18 und die dazugehörige Schaltklaue 11, sodass das erste Schaltelement A geöffnet ist. Wenn das Nockenelementpaar 6 durch entsprechende Vorwahl über die Kolbenstange 4 in Anlage an die erste Schiebemuffe 2 kommt und der zweite Kolben 13 mit Druck beaufschlagt wird, sodass sich die Kolbenstange 4 nach links bewegt, wird die angewählte Schiebemuffe 2 ebenfalls nach links bewegt, sodass auch der Mitnehmer 18 mit der Schaltklaue 11 des ersten Schaltelements A nach links bewegt wird, wodurch das erste Schaltelement A geschlossen ist und mit dem dazugehörigen Gangstufenrad in Formschluss kommt, sodass dieses mit der Getriebewelle 1 drehfest verbunden ist. In gleicher Weise funktioniert die Betätigung des zweiten und dritten Schaltelements B, C über die zugeordnete Schaltklaue 20 mit dem Mitnehmer 19, in dem das Nockenelementpaar 7, 8 jeweils in Anlage an die zweite Schiebemuffe 3 gebracht wird. Dadurch, dass die Nockenelementpaare 5, 6 der ersten Schiebemuffe 2 und die Nockenelementpaare 7, 8 der zweiten Schiebemuffe 3 an dem Umfang der Kolbenstange 4 zueinander versetzt, also nicht deckungsgleich angeordnet sind, werden bei der Anwahl der zweiten Schiebemuffe 3 die Nockenelementpaare 5, 6 der ersten Schiebemuffe 2 durch die Durchtrittsöffnung 14 der ersten Schiebemuffe 2 durchtauchen, während die Nockenelementpaare 7, 8 der zweiten Schiebemuffe 3 in Anlage an der zweiten Schiebemuffe 3 sind, um nur die axiale Bewegung der angewählten zweiten Schiebemuffe 3 zu realisieren.
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Auf diese Weise können mit der vorgeschlagenen Betätigungsvorrichtung 25 auf einfachste Weise mehrere Schaltelemente A, B, C betätigt werden, indem entsprechend die Nockenelementpaare 5, 6; 7, 8 der vorgesehenen Schiebemuffen 2, 3 jeweils am Umfang der Kolbenstange 4 zueinander in vorbestimmter Weise also im vorbestimmten Winkel zueinander versetzt sind.
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Wie insbesondere aus den 2 bis 8 ersichtlich ist, weist jede Schiebemuffe 2, 3 am Umfang mehrere axiale Ausnehmungen 21, 22 als Längsnuten am Umfangsbereich auf, in die jeweils korrespondierende axiale Vorsprünge 23, 24 der in den 9 bis 11 näher dargestellten Führungshülsen 9, 10 formschlüssig bzw. axial einschiebbar sind, sodass eine Verdrehsicherung gewährleistet ist. Zudem ergibt sich der Vorteil, dass eine radiale Führung der Schiebemuffen 2, 3 untereinander und in den Führungshülsen 8, 9 durch das Ineinandergreifen der axialen Ausnehmungen 21, 22 und der axialen Vorsprünge 23, 24 realisiert wird. Dadurch wird ein Zentrierungseffekt realisiert, wodurch der notwendige radiale Freigang zwischen den Schiebemuffen 2, 3 und den Führungshülsen 8, 9 einerseits und der umlaufenden Getriebewelle 1 sichergestellt wird.
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Eine Verdrehsicherung der Schiebemuffen 2, 3 durch die Führungshülsen 9, 10 kann beispielsweise auch über eine Profilverzahnung oder dergleichen realisiert werden.
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Ferner ist insbesondere aus 8 die Führungsnut 16 der ersten Schiebemuffe 2 für den zugeordneten Mitnehmer 18 der Schaltklaue 11 des ersten Schaltelements A bzw. die Führungsnut 17 der zweiten Schiebemuffe 3 für den zugeordneten Mitnehmer 19 der Schaltklaue 20 des zweiten und dritten Schaltelements B, C dargestellt. Die Führungsnut 16, 17 ist eine am Außenumfang umlaufende Nut.
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Die Wählbewegung bzw. die Drehung der Kolbenstange 4 kann durch eine hydraulische oder elektromechanische Aktuatorik realisiert werden. Gegebenenfalls kann die Drehung der Kolbenstange 4 durch eine im Getriebe 26 vorhandene Aktuatorik, zum Beispiel einem Kupplungaktuator oder dergleichen realisiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebewelle
- 2
- erste Schiebemuffe
- 3
- zweite Schiebemuffe
- 4
- Kolbenstange
- 5, 6
- Nockenelementpaar der ersten Schiebemuffe
- 7, 8
- Nockenelementpaar der zweiten Schiebemuffe
- 9
- erste Führungshülse
- 10
- zweite Führungshülse
- 11
- Schaltklaue des ersten Schaltelementes
- 12
- erster Kolben
- 13
- zweiter Kolben
- 14
- Durchtrittsöffnung der ersten Schiebemuffe
- 15
- Durchtrittsöffnung der ersten Schiebemuffe
- 16
- Führungsnut der ersten Schiebemuffe
- 17
- Führungsnut der zweiten Schiebemuffe
- 18
- Mitnehmer bzw. Mitnehmerstift eines ersten Schaltelementes
- 19
- Mitnehmer bzw. Mitnehmerstift eines zweiten und dritten Schaltelementes
- 20
- Schaltklaue des zweiten und dritten Schaltelementes
- 21
- axiale Ausnehmungen der ersten Schiebemuffe
- 22
- axiale Ausnehmungen der zweiten Schiebemuffe
- 23
- axiale Vorsprünge der ersten Führungshülse
- 24
- axiale Vorsprünge der zweiten Führungshülse
- 25
- Betätigungsvorrichtung
- 26
- Getriebe
- A
- erstes Schaltelement
- B
- zweites Schaltelement
- C
- drittes Schaltelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3711490 A1 [0002]
- DE 102006049287 A1 [0003]
