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Die Erfindung betrifft eine Synchroneinrichtung
für Schaltgetriebe,
mit einem Zahnrad, einer Schiebemuffe, die über eine Innenverzahnung verschiebbar
mit dem Zahnrad in Eingriff steht, und mit zwischen dem Zahnrad
und der Schiebemuffe angeordneten Druckstücken, die jeweils einen in
einer axialen Nut des Zahnrads aufgenommenen Grundkörper, ein
Druckglied und eine Feder aufweisen, die das Druckglied gegen die
Innenverzahnung der Schiebemuffe vorspannt.
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Synchroneinrichtungen dienen in Schaltgetrieben
zur Herstellung eines Gleichlaufs zwischen zwei auf einer gemeinsamen
Welle sitzenden Zahnrädern,
bevor eine Antriebsverbindung zwischen diesen Zahnrädern hergestellt
wird. Zu diesem Zweck ist zwischen dem fest auf der Welle sitzenden
Antriebszahnrad und dem drehbar auf der Welle gelagerten Abtriebszahnrad
ein Synchronring vorgesehen, der reibschlüssig gegen das Abtriebszahnrad
andrückbar
ist. Wenn die auf dem Antriebszahnrad sitzende Schiebemuffe in Richtung
auf das Abtriebszahnrad verschoben wird, läuft ihre Innenverzahnung zunächst auf
angeschrägte
Zähne des
Synchronrings auf, so daß der
Synchronring mit seiner Reibfläche gegen
das Abtriebszahnrad gedrückt
wird. Solange die Drehzahlen von Antriebs- und Antriebszahnrad noch nicht übereinstimmen,
verhindert das durch den Reibschluß auf den Synchronring ausgeübte Drehmoment
ein Weiterschieben der Schiebemuffe. Erst bei Drehzahlgleichheit
läßt sich
der Synchronring relativ zur Schiebemuffe in eine Position verdrehen,
in der die Schiebemuffe auf eine Außenverzahnung des Abtriebszahnrads
aufgeschoben werden kann, so daß das
Abtriebszahnrad drehfest mit dem Antriebszahnrad gekoppelt wird.
Die zwischen dem Antriebszahnrad und der Schiebemuffe angeordneten
Druckstücke
beseitigen das Spiel zwischen dem Antriebszahnrad und der Schiebemuffe
und tragen so zur Geräusch-
und Verschleißminderung
bei.
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In
DE 195 80 558 C1 wird eine Synchroneinrichtung
dieser Art beschrieben, bei der die zur Aufnahme der Druckstücke dienenden
axialen Nuten ein T-förmiges
Profil haben. Die Grundkörper
der Druckstücke
werden durch Blechgehäuse
gebildet. Sie haben eine zu dem Profil der Nuten komplementäre Form
und stützen
sich in der Nähe
des mit dem Druckglied versehenen Endes auf den Schultern der T-förmigen Nut
ab. Auf diese Weise sind die Druckstücke verschiebbar in den Nuten
geführt.
Die Druckglieder werden durch die Federn in Vertiefungen vorgespannt,
die in der Innenverzahnung der Schiebemuffe ausgebildet sind. Wenn
die Schiebemuffe verschoben wird, werden die Druckstücke zunächst als Ganzes
ein Stück
weit mitgenommen, bis sie an den Synchronring anstoßen. Erst
dann werden die Druckglieder entgegen der Kraft der Feder zurückgedrückt, so
daß sich
die Schiebemuffe unter Überwindung
eines gewissen Rastwiderstands weiter verschieben läßt.
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Die Druckglieder sind bei der bekannten Konstruktion
als Rastkugeln ausgebildet, und bei den Federn handelt es sich um
radial angeordnete Schraubenfedern. Damit die Schraubenfedern in
den Druckstücken
und diese wiederum in den Nuten des Antriebszahnrads untergebracht
werden können, müssen die
Nuten eine relativ große
Tiefe haben. Hieraus resultiert ein hoher Bearbeitungsaufwand beim
Fräsen
der Nuten. Aufgrund der relativ großen Länge der Schraubenfedern können darüber hinaus beim
Verschieben der Schiebemuffe Kippmomente auftreten, die zu einer
Verkantung führen.
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Aus der Praxis sind auch vergleichbare
Konstruktionen mit einem Druckstückgehäuse aus Kunststoff
bekannt. Da sich die Gehäuse
der Druckstücke
mit ihrem verbreiterten Kopf auf den Schultern der Nuten abstützen, während sich
die Schraubenfedern in dem radial nach innen vorspringenden Teil des
Kunststoffgehäuses
abstützen,
wird das Kunststoffgehäuse
auf Dehnung beansprucht. Es besteht deshalb die Gefahr, daß sich das
Gehäuse
durch Kaltfließen
des Kunststoffs längt,
so daß die
Vorspannung der Feder abnimmt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine
Synchroneinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei
der sich die Druckstücke
mit geringem Arbeitsaufwand installieren lassen und eine hohe Funktionssicherheit
aufweisen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß der
Grundkörper
die Form einer tangential zum Zahnrad angeordneten Scheibe hat und
daß die
Feder eine in der Ebene der Scheibe liegende Biegefeder ist.
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Diese Gestaltung des Grundkörpers und
der Feder ermöglicht
es, die radialen Abmessungen des Druckstücks deutlich zu reduzieren,
so daß die
Nuten im Zahnrad nur eine geringe Tiefe aufzuweisen brauchen und
mit entsprechend geringem Fräsaufwand hergestellt
werden können.
Zugleich wird die Gefahr einer Verkantung des Druckstücks und
die Gefahr eines Kaltfließens
des Gehäusema terials
deutlich reduziert. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die insgesamt
scheibenförmig
ausgebildeten Druckstücke sehr
leicht in die Nuten des Zahnrades eingesetzt werden können.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung bietet die vorteilhafte
Möglichkeit,
das Druckglied und die zum Vorspannen desselben dienende Biegefeder
in einem Stück
auszubilden, so daß eine
rationelle Fertigung des Druckstücks
ermöglicht
wird. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist das gesamte
Druckstück einschließlich Druckglied,
Feder und Grundkörper
in einem Stück
aus gekantetem Federstahlblech hergestellt.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand der Zeichnung näher
erläutert.
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Es zeigen:
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1 einen
Schnitt durch eine Synchroneinrichtung in der Neutralstellung;
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2 eine
Ansicht einer Schiebemuffe auf einem im Schnitt dargestellten, mit
Druckstücken
versehenen Zahnrad;
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3 eine
perspektivische Ansicht eines Druckstücks gemäß einer ersten Ausführungsform;
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4 einen
Schnitt durch das Druckstück längs der
Linie IV-IV in 3;
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5 ein
Druckstück
gemäß einer
anderen Ausführungsform
in der Draufsicht;
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6 einen
Schnitt durch das Druckstück gemäß 5;
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7 einen
Schnitt durch ein Druckstück
gemäß einer
weiteren Aus führungsform;
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8 eine
perspektivische Ansicht eines Federelements des Druckstücks nach 7;
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9 einen
Schnitt durch ein Druckstück
gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel;
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10 einen
Schnitt durch ein Druckstück gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel;
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11 einen
Schnitt durch ein Druckstück gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel;
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12 einen
Schnitt längs
der Linie XII-XII in 11;
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13 einen
Schnitt durch ein Druckstück gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel;
und
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14 einen
horizontalen Schnitt durch ein Druckstück gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
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In 1 ist
ein drehfest auf einer Welle 10 sitzendes Zahnrad 12 gezeigt,
auf dem eine Schiebemuffe 14 angeordnet ist. Die Schiebemuffe
greift mit einer Innenverzahnung 16 in die Verzahnung des Zahnrads 12 ein
und ist in Axialrichtung der Welle 10 auf dem Zahnrad verschiebbar.
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Auf beiden Seiten des Zahnrads 12 sind
Synchronringe 18, 20 angeordnet, die sich mit
dem Zahnrad 12 und der Schiebemuffe 16 mitdrehen,
jedoch relativ zu dem Zahnrad 12 innerhalb eines begrenzten
Winkelbereichs verdrehbar sind. Auf der dem Zahnrad 12 entgegengesetzten
Seite des Synchronrings 20 ist ein Zahnrad 22 gezeigt,
das drehbar auf der Welle 10 gelagert ist und durch die
Schiebemufffe 14 drehfest an das Zahnrad 12 gekoppelt
werden kann. Auf der vom Zahnrad 12 abgewandten Seite des
anderen Synchronrings 18 ist ein nicht gezeigtes weiteres
Zahnrad mit anderem Durchmesser angeordnet. Durch Verstellen der
Schiebemuffe 14 in der einen oder anderen Richtung kann
somit über
die Welle 10 entweder das Zahnrad 22 oder das
nicht gezeigte weitere Zahnrad angetrieben werden, so daß sich in
dem Getriebe unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse
einstellen lassen.
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Wie in 2 zu
erkennen ist, weist das Zahnrad 12 in seiner äußeren Umfangsfläche drei
in Axialrichtung durchgehende, in Winkelabständen von 120° angeordnete
Nuten 24 auf, die einen flachen rechteckigen, in Tangentialrichtung
langgestreckten Querschnitt haben und die Außenverzahnung des Zahnrads 12 unterbrechen.
In die Nuten 24 sind Druckstücke 26 eingesetzt.
In 1 geht die Schnittebene
durch die obere Nut 24, in die das Druckstück 26 eingesetzt
ist. Das Druckstück 26 weist
ein Druckglied 28 auf, das elastisch radial nach außen vorgespannt
ist, und, wie 1 zeigt,
in eine flache, muldenartige Vertiefung 30 eingreift, die
in einem der Zähne
der Schiebemuffe 14 ausgebildet ist.
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In 3 ist
ein Ausführungsbeispiel
des Druckstücks 26 dargestellt,
das in in einem Stück
aus gekantetem Federstahlblech hergestellt ist. Dieses Druckstück weist
einen Grundkörper 32 in
der Form einer flachen, rechteckigen Scheibe auf. In einer rechteckigen
oberen Wand 34 des Grundkörpers 32 ist ein Fenster 36 ausgespart,
durch welches das als Kugelkalotte ausgebildete Druckglied 28 nach
außen ragt.
An die Schmalseiten der Wand 34 schließen sich zweifach abgewinkelte
Laschen 38, 40 an, mit denen sich der Grundkörper 32 auf
dem Grund der Nut 24 abstützt, so daß die obere Wand 34 in
Abstand zum Grund dieser Nut liegt. Die Laschen 38, 40 liegen
mit ihren Außenflächen an
den Flanken der Nut 24 an. Auf diese Weise wird das Druckstück 26 verschiebbar
in der . axialen Nut 24 des Zahnrads 12 geführt. Die
Lasche 40 ist am freien unteren Ende zu einer Feder 42 verlängert, die
sich schräg
in das Innere des durch die obere Wand 34 und die Laschen 38, 40 begrenzten
flachen Gehäuses
erstreckt und im Bereich der gegenüberliegenden Lasche 38 um 180° nach oben
umgebogen ist. Das freie Ende des umgebogenen Schenkels der Feder 42 bildet
das zu einer Kugelkalotte geformte Druckglied 28 sowie
einen Anschlag 44, der an der Unterseite der Wand 34 am
Rand des Fensters 36 anliegt.
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An den Längsseiten der oberen Wand 34 sind
rechtwinklig nach unten umgebogene Laschen 46 ausgebildet,
die bei Verschiebung des Druckstücks
in der Nut 24 an den Synchronringen 18, 20 anstoßen und
so den Verschiebeweg des Druckstücks
in der Nut begrenzen.
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Es ist erkennbar, daß das in
dieser Weise gestaltete Druckstück 26 in
einem stück
aus einem Rohling aus Federstahlblech ausgestanzt, zur Bildung des
kugelkalottenförmigen
Druckglieds 28 geprägt
und dann gekantet werden kann. Nach dem Kanten wird das Druckstück 26 gehärtet. Wahlweise kann
die Lasche 40 nach dem Härten noch einmal in vertikaler
Richtung gestaucht werden, so daß der Abstand zwischen dem
unteren Schenkel der Feder 42 und der oberen Wand 34 des
Grundkörpers
etwas verrigert wird. Dadurch läßt sich
erreichen, daß der Anschlag 44 bereits
mit einer gewissen Vorspannung unter der oberen Wand 34 anliegt.
Im eingebauten Zustand des Druckstücks ist das Druckglied 28 dann mit
entsprechend hoher Kraft in die Vertiefung 30 der Schiebemuffe 14 vorgespannt.
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Wenn in dem in 1 gezeigten Zustand die Schiebemuffe 14 beispielsweise
nach rechts verschoben wird, so wird aufgrund des Eingriffs des Druckgliedes 28 in
die Vertiefung 30 zunächst
das Druckstück 26 mitgenommen,
so daß es
sich in der Nut 24 verschiebt. Wenn der Grundkörper 32 dann mit
einer der Laschen 46 am Synchronring 20 anstößt und sich
nicht weiter verschieben kann, tritt bei der weiteren Bewegung der
Schiebemuffe 14 das Druckglied 28 aus der Vertiefung 38 aus.
Dabei wird das Druckglied unter elastischer Biegeverformung der
Feder 42 in das Fenster 36 zurückgedrückt, so daß bei der weiteren Bewegung
der Schiebemuffe 14 ein gewisser Rastwiderstand überwunden
werden muß.
Wenn die Schiebemuffe 14 wieder in die Neutralstellung
zurückgestellt
wird, rastet das Druckglied 28 wieder in die Vertiefung 30 ein.
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Aufgrund der einstückigen Ausbildung
und der sehr flachen Form des Druckstücks 26 wirken beim
Verschieben der Verschiebemuffe 14 nur sehr geringe Kippmomente
auf das Druckstück 26,
so daß sich
dieses ohne zu verkanten und entsprechend leichtgängig in
der Nut 24 verschieben läßt. Die verhältnismäßig lange,
um 180° umgebogene
Feder 42 ermöglicht
einen langen Federweg, so daß das
Zahnspiel zwischen dem Zahnrad 12 und der Innenverzahlung 16 der
Schiebemuffe 14 wirksam ausgeglichen werden kann.
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In dem in 3 und 4 gezeigten
Beispiel hat der untere Schenkel der Feder 42 einen annähernd trapzeförmigen Grundriß, so daß dieser
Schenkel sich in Richtung auf Lasche 38 verjüngt. Wahlweise kann
die Feder 42 jedoch auch so gestaltet sein, daß ihr unterer
Schenkel eine annähernd
rechteckige Bodenwand bildet, die zusammen mit der oberen Wand 34 und
den Laschen 38, 40 und 46 des Grundkörpers 32 ein
weitgehend geschlossenes Gehäuse
bildet.
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5 und 6 zeigen eine weitere Modifikation des
Druckstücks 26.
Das Druckglied 28 hat auch hier die Form einer Kugelkalotte,
ist jedoch zwischen zwei als Blattfedern ausgebildeten Federn 48 gehalten. Bei
diesen Federn 48 handelt es sich um durch Schlitze 50 begrenzte
und durch Aussparungen 52 geschwächte Teile der oberen Wand 34 des
Grundkörpers.
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7 und 8 zeigen ein Druckstück 54,
das in der Synchroneinrichtung gemäß 1 und 2 anstelle des
oben beschriebenen Druckstücks 26 verwendet werden
kann. Das Druckstück 54 weist
einen zweiteiligen Aufbau auf, mit einem Grundkörper 56 aus Kunststoff
und einem Federelement 58 aus Federstahl, das sowohl das
Druckglied 28 als auch eine Feder 60 zum Vorspannen
dieses Druckgliedes bildet. Der Grundkörper 56 hat hier die
Form eines flachen, an der Unterseite offenen Kastens. Das Druckglied 28 wird
durch einen etwa halbkreisförmig
gebogenen Bügel
gebildet, an dessen beide Enden sich an zickzack- oder mäanderförmig ausgestanzte
blattfederartige Abschnitte der Feder 60 anschließen, wie am
besten in 8 zu erkennen
ist.
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Die Schnittebene in 7 verläuft rechtwinklig zur Nut 24.
Der Grundkörper 56 ist
daher mit seinen geschnitten dargestellten Wänden 62 an den Flanken
der Nut 24 geführt.
Das bügelartige
Druckglied 28 durchgreift eine Aussparung in der oberen Wand
des Grundkörpers.
Die beiden Abschnitte der mäanderförmigen Feder 60 fallen
zu den äußeren Enden
hin ab und stützen
sich mit ihren freien Enden auf Ansätzen 64 ab, die in
einem Stück
an dem Grundkörper 56 ausgebildet
sind und von denen in 7 nur
einer zu erkennen ist. Das Federelement 58 kann in einem
Stück aus
Federstahlblech ausgestanzt und dann in die in 8 gezeigte Form gebogen und gehärtet werden.
Beim Zusammenbau kann das Federelement 58 von unten in
den Grundkörper 56 eingeführt und
dann an den Ansätzen 64 eingeclipst
werden. Ähnlich
wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen ist auch hier
die Feder 60 eine Biegefeder, die im wesentlichen in der
Ebene des scheibenförmigen
Grundkörpers 56 liegt.
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9 und 10 zeigen weitere Ausführungsbeispiele
des zweiteilig aufgebauten Druckstücks 54 mit einem Grundkörper 56 aus
Kunststoff und einem Federelement 58, das zugleich das
Druckglied 28 bildet. Die Schnittdarstellung entspricht
jeweils derjenigen in 7.
Das Federelement 58 wird hier durch eine Schraubenfeder
gebildet, deren Achse zur Ebene des scheibenförmigen Grundkörpers 56 parallel ist.
Das Druckglied 28 wird durch einen auf Block gewickelten
Abschnitt der Schraubenfeder gebildet, der zwischen zwei die Feder 60 bildenden
Abschnitten des Federstahldrahtes gehalten ist.
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In 9 wird
die Feder 60 durch gerade Abschnitte des Federstrahldrahtes
gebildet, die geeignet in dem Grundkörper 56 fixiert sind.
Wenn das Druckglied 28 aus der Vertiefung 30 der
Schiebemuffe 14 austritt, kann das Federelement 58 als
Ganzes nach unten einfedern, wobei die beiden Abschnitte der Feder 60 auf
Biegung beansprucht werden. Diese Abschnitte der Feder 60 liegen
in 9 in Höhe des unteren
Scheitels der Schraubenfeder, so daß innerhalb des Grundkörpers 56 ein
ausreichender Federweg nach unten besteht.
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Bei der Ausführungsform nach 10 sind die beiden Abschnitte
der Feder 60 ebenfalls als Schraubenfeder ausgebildet,
jedoch mit einem kleineren Durchmesser als im Bereich des Druckgliedes 28.
Die Schraubenfederabschnitte, die die Feder 60 bilden,
sind in eine nach oben offene Nut 66 des Grundkörpers 56 eingeclipst.
Das Druckglied 28 ist in 10 koaxial
zu der Feder 60 angeordnet und ragt mit seinem unteren
Scheitel durch eine Ausnehmung 68 einer Bodenwand 70 des
Grundkörpers.
Die Ausnehmung 68 ist so groß bemessen, daß das Federelement 58 im
mittleren Bereich nach unten durchfedern kann, wobei die Feder 60 auf
Biegung beansprucht wird. Damit sich die Bodenwand 70 des Grundkörpers auf
dem Grund der Nut 24 des Zahnrads 12 abstützen kann,
sollte bei dieser Ausführungsform
die Nut 24 in der Mitte etwas tiefer ausgenommen sein.
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11 und 12 zeigen ein Beispiel eines Druckstücks 72 mit
einem Grundkörper 74 aus Kunststoff,
in dem zwei als gerade Federstäbe
ausgebildete Federn 76 so gehalten sind, daß sie sich sowohl
nach unten als auch nach außen
durchbiegen können.
Das Druckglied 28 ist als Rastkugel ausgebildet, die in
der Mitte auf den beiden Federn 76 aufliegt und durch an
den Grundkörper
angeformte Kragen 78 in einer Öffnung einer oberen Wand 80 des Grundkörpers 74 gehalten
ist. Wenn durch die Schiebemuffe 14 Druck von oben auf
das Druckglied 28 ausgeübt
wird, biegen sich die Federn 76 auseinander, und sie biegen
sich zugleich etwas nach unten durch, so daß das Druckglied 28 in
die Öffnung
des Grundkörpers
zurückgedrückt wird
und von den Kragen 78 frei kommt.
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Bei der Montage können die Federn 76 einfach
von den Enden her in die Grundkörper 74 eingesteckt
werden, nachdem das Druckglied 28 eingesetzt worden ist.
Die Federn 76 werden dann nach dem Einsetzen des Druckstücks in die
Nut 24 durch die Flanken dieser Nut in Position gehalten.
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13 zeigt
eine Ausführungsform
des Druckstücks 72,
bei dem das Druckglied 28 als Rolle, beispielsweise aus
Kunststoff, ausgebildet ist, die koaxial und fest oder drehbar auf
einer einzigen stabförmigen
Feder 76 sitzt. Der obere Teil des Druckgliedes 28 ragt
durch eine Öffnung
in der oberen Wand 80 des Grundkörpers 74, und die
Feder 76 ist mit ihren Enden so in dem Grundkörper gehalten,
daß sie
nach unten durchfedern kann.
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14 zeigt
eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels
nach 13, bei der die
Feder 76 S-förmig
gebogen ist und in einer entsprechend geformten Nut des Grundkörpers 74 liegt.
Durch diese Gestaltung wird eine größere Biegelänge der Feder 76 erreicht.
Die Schnittebene in 14 liegt
parallel zum Grund der Nut 24, so daß die Feder 76 bei
Belastung des Druckglieds 28 in der Richtung senkrecht zur
Zeichenebene in 14 durchfedert.