DE102008004482A1 - Synchronization device for shiftable, torque-proof clutch in motor vehicle manual transmission, has spring element subjecting locking elements with spring force that is directed radially outwards and forming closed circular spring - Google Patents

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Abstract

The device (10) has a synchronous body (12) connected with a rotation element in a torque-proof manner and provided with axially aligned external teeth (122). A shift collar (14) is provided with internal teeth (141) adapted to the external teeth, and engages to the external teeth. Locking elements (16) are arranged in axial slots (123, 143) between the body and the collar. A spring element circulates radially within the locking elements and subjects the locking elements with a spring force that is directed radially outwards. The spring element forms a closed circular spring (18).

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf eine Synchronisierungseinrichtung für eine schaltbare, drehfeste Kopplung eines ersten Rotationselementes mit einem zweiten Rotationselement, die um eine gemeinsame Achse drehbar sind, umfassend:

  • – einen drehfest mit dem ersten Rotationselement verbindbaren Synchronkörper mit einer axial ausgerichteten Außenverzahnung,
  • – eine Schaltmuffe mit einer an die Außenverzahnung des Synchronkörpers angepassten und in diese eingreifenden Innenverzahnung,
  • – eine Mehrzahl von in korrespondierenden Axialnuten der Außen- und der Innenverzahnung zwischen dem Synchronkörper und der Schaltmuffe angeordneten Sperrelementen und
  • – wenigstens ein radial innerhalb der Sperrelemente umlaufendes und die Sperrelemente mit einer nach radial außen gerichteten Federkraft beaufschlagendes Federelement.
The invention relates to a synchronization device for a switchable, rotationally fixed coupling of a first rotary element with a second rotary element, which are rotatable about a common axis, comprising:
  • A synchronizer body which can be connected in a rotationally fixed manner to the first rotational element and has axially aligned external teeth,
  • A shift sleeve with an internal toothing adapted to the external toothing of the synchronizer body and engaging in it,
  • - A plurality of arranged in corresponding axial grooves of the outer and the inner teeth between the synchronizer body and the shift sleeve locking elements and
  • - At least one radially within the locking elements encircling and the locking elements with a radially outwardly directed spring force acting spring element.

Stand der TechnikState of the art

Derartige Synchronisierungseinrichtungen sind bekannt aus DE 101 09 653 A1 . Synchronisierungseinrichtungen werden vielfach verwendet und dienen insbesondere in Kraftfahrzeugschaltgetrieben zum geräusch- und verschleißarmen Schalten. In der Regel soll bei der Schaltung eine Welle mit einem auf der Welle gelagerten Losrad gekoppelt werden, wobei diese beiden Rotationselemente zu Beginn des Schaltvorgangs eine relative Drehgeschwindigkeit aufweisen. Zweck einer Synchronisierungseinrichtung ist es, vor einer formschlüssigen Verbindung der beiden Rotationselemente deren Drehgeschwindigkeiten aneinander anzupassen, d. h. zu synchronisieren. Hierzu ist eines der Rotationselemente, typischerweise die Welle, mit einem Synchronkörper drehfest verbunden. Die drehfeste Verbindung wird häufig über eine Steckverzahnung zwischen Synchronkörper und Welle erreicht. Der Synchronkörper weist an seinem Außenumfang eine axial ausgerichtete Stirnverzahnung auf. In diese Stirnverzahnung greift die Innenverzahnung einer Schaltmuffe ein, die den Synchronkörper ringförmig umgibt. Durch die axiale Ausrichtung der ineinander eingreifenden Verzahnungen ist die Schaltmuffe drehfest und axial verschieblich mit dem Synchronkörper verbunden. Die Außenverzahnung des Synchronkörpers und die Innenverzahnung der Schaltmuffe weisen an korrespondierenden Stellen Axialnuten auf, in denen ihre Verzahnungsringe unterbrochen sind. In diesen Freiräumen zwischen dem Synchronkörper und der Schiebemuffe sind Sperrelemente angeordnet, die mit einer nach radial außen wirkenden Federkraft an der Innenseite der Axialnuten der Schaltmuffe befestigt sind. Bei Betrieb wird die Schaltmuffe axial in Richtung des Losrades verschoben und nimmt dabei die Sperrelemente mit. Diese verschieben einen zwischen dem Synchronkörper und dem Losrad angeordneten Synchronring axial, sodass dieser ein Reibelement des Losrades kontaktiert. Durch das Reibmoment zwischen Synchronring und dem Reibkörper des Losrades verdreht sich der Synchronring relativ zur Schaltmuffe. Durch das Reibmoment wird das Losrad beschleunigt oder abgebremst, bis es sich synchron mit der Schaltmuffe und dem Synchronkörper dreht. In diesem Zustand kann ein weiterer Axialvorschub der Schaltmuffe erfolgen. Hierbei tauchen die Sperrelemente ab und werden überschoben. Die Innenverzahnung der Schaltmuffe kann so in eine korrespondierende Außenverzahnung eines mit dem Losrad drehfest verbundenen Verzahnungskörpers eingreifen. In diesem Zustand sind sowohl der Synchronkörper als auch der Verzahnungskörper des Losrades formschlüssig und drehfest mit der Schaltmuffe und somit auch untereinander drehfest verbunden.Such synchronization devices are known from DE 101 09 653 A1 , Synchronizing devices are widely used and are used in particular in motor vehicle manual transmissions for low-noise and low-wear switching. As a rule, a shaft is to be coupled to a shaft mounted on the shaft idler gear, wherein these two rotation elements have a relative rotational speed at the beginning of the switching operation in the circuit. The purpose of a synchronization device is to adapt their rotational speeds to one another, ie to synchronize, before a positive connection of the two rotary elements. For this purpose, one of the rotation elements, typically the shaft, is rotatably connected to a synchronizer body. The rotationally fixed connection is often achieved via a spline between the synchronizer body and shaft. The synchronizer body has on its outer circumference an axially aligned spur toothing. In this spur toothing engages the internal toothing of a shift sleeve, which surrounds the synchronizer body annular. Due to the axial alignment of the meshing gears, the shift sleeve is rotatably and axially displaceable connected to the synchronizer body. The external teeth of the synchronizer body and the internal toothing of the sliding sleeve have at corresponding points axial grooves in which their toothed rings are interrupted. In these free spaces between the synchronizer body and the sliding sleeve locking elements are arranged, which are fastened with a radially outwardly acting spring force on the inside of the axial grooves of the shift sleeve. In operation, the shift sleeve is axially displaced in the direction of the idler gear and thereby takes the blocking elements. These move axially arranged between the synchronizer body and the idler gear synchronizer ring, so that it contacts a friction element of the idler gear. Due to the friction between synchronizer ring and the friction of the idler gear, the synchronizer ring rotates relative to the shift sleeve. Due to the friction torque, the idler gear is accelerated or decelerated until it rotates synchronously with the gearshift sleeve and the synchronizer body. In this state, a further axial feed of the sliding sleeve can take place. In this case, the blocking elements dive and are pushed over. The internal toothing of the sliding sleeve can thus engage in a corresponding external toothing of a toothed body rotatably connected to the idler gear. In this state, both the synchronizer body and the toothed body of the idler gear are positively and rotatably connected to the shift sleeve and thus rotatably connected to each other.

Ein kritisches Element derartiger Synchronisierungseinrichtungen ist das umlaufende Federelement, welches die Sperrelemente an der Schaltmuffe fixiert. Die gattungsbildende DE 101 09 653 A1 offenbart hierfür zwei zu offenen Teilringen gebogene Federstahlelemente. Typischerweise haben derartige Federstahldrähte einen vergleichsweise großen Durchmesser von ca. 1,5 mm–2 mm, um die erforderliche Kraft aufzubringen und einer Aufweitung bei hohen Drehzahlen entgegenzuwirken, was jedoch bei sehr hohen Drehzahlen normalerweise nicht gelingt. Weiter kann es vorkommen, dass sich das Federelement im Laufe der Zeit relativ zu der Schaltmuffe dreht. Bei der offenbarten teilringförmigen Ausbildung kann dies dazu führen, dass die nicht geschlossene Lücke in den Bereich eines Sperrelementes fällt, das dann nicht mehr fixiert ist. Um dem vorzubeugen, ist es bekannt, ein Ende des Teilringes zu kröpfen und das gekröpfte Ende in eine Ausnehmung eines Sperrelementes einzuführen, um eine Drehung des Federelementes zu verhindern. Dies ist jedoch mit erhöhtem Montageaufwand verbunden und erlaubt noch immer eine kleine Drehung. Weiter neigt das freie Ende, das in der Regel nie vollkommen plan ausgestaltet ist, dazu vorzustehen und kann sich mit dem Synchronring verhaken und/oder eine ungewollte Axialkraft ausüben.A critical element of such synchronization devices is the circumferential spring element, which fixes the locking elements on the shift sleeve. The generic DE 101 09 653 A1 For this purpose, two spring steel elements bent to open partial rings are disclosed. Typically, such spring steel wires have a relatively large diameter of about 1.5 mm-2 mm in order to apply the force required and counteract expansion at high speeds, which is usually not successful at very high speeds. Further, it may happen that the spring element rotates in the course of time relative to the shift sleeve. In the case of the partially-ring-shaped embodiment disclosed, this can lead to the non-closed gap falling into the region of a blocking element which is then no longer fixed. To prevent this, it is known to crimp one end of the partial ring and insert the cranked end in a recess of a locking element to prevent rotation of the spring element. However, this is associated with increased installation effort and still allows a small turn. Further, the free end, which is usually designed to be perfectly flat, tends to stick and can get caught in the synchronizer ring and / or exert an unwanted axial force.

Schließlich ist es bekannt, zu einem offenen Ring mit überlappenden Enden gebogene Federdrahtstücke zu verwenden. Bei dieser Ausführungsform muss der Bauraum noch größer berechnet werden als durch den großen Durchmesser des Federdrahtes ohnehin erforderlich, um dem Federelement auch im Bereich seiner überlappenden Enden ausreichend Raum zu gewähren. Bei modernen Schaltgetrieben, die eine Vielzahl von Gängen aufweisen, ist jedoch Bauraum ein äußerst kostbares Gut.Finally, it is known to use bent spring wire pieces for an open ring with overlapping ends. In this embodiment, the space must be calculated even larger than required by the large diameter of the spring wire anyway, to give the spring element in the region of its overlapping ends sufficient space. In modern manual transmissions, which have a variety of gears, is but space is a very precious commodity.

Aufgabenstellungtask

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine leicht montierbare Synchronisierungseinrichtung mit verringerten radialen Bauraumanforderungen zur Verfügung zu stellen.It The object of the present invention is an easily assembled Synchronizer with reduced radial space requirements to provide.

Darlegung der ErfindungPresentation of the invention

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass das umlaufende Federelement eine geschlossene Ringfeder bildet.These The object is achieved in conjunction with the features of claim 1 solved that the circumferential spring element is a closed Ring spring forms.

Durch diese Maßnahme erübrigt es sich, das Ringelement drehfest mit einem der Sperrelemente zu verbinden, was die Montage deutlich erleichtert. Andererseits wird die radiale Bauraumvergrößerung durch die überlappenden Enden vermieden. Schließlich kann auch der Durchmesser des Federdrahtes gegenüber offenen Ringfedern deutlich reduziert werden, da durch die geschlossene Ringform selbst bei sehr hohen Drehzahlen keine Gefahr einer Aufweitung besteht und die geschlossene Geometrie die Federkraft verstärkt. Schließlich wird auch die Reibung an den Sperrelementen verringert, da sich die geschlossene Ringfeder beim Abtauchen der Sperrelemente verformen (Einbeulen) kann, während bei Umfangsverringerung einer offenen Feder nach dem Stand der Technik ein tangentiales Gleiten der Feder an den Sperrelementen auftritt, das zu Verschleiß führt.By this measure, it is unnecessary, the ring element rotatably connect with one of the locking elements, causing the assembly much easier. On the other hand, the radial space enlargement is through the overlapping ends avoided. After all can also be the diameter of the spring wire opposite open Ring springs are significantly reduced because of the closed Ring shape even at very high speeds no risk of widening and the closed geometry reinforces the spring force. Finally, the friction on the locking elements reduced, since the closed ring spring when submerge the Deformation (buckling) can deform elements while reducing the circumference an open spring according to the prior art, a tangential Sliding the spring occurs on the locking elements, which leads to wear.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.preferred Embodiments of the invention are the subject of the dependent Claims.

Vorteilhafterweise besteht die Ringfeder aus einem gegen seine Materialspannung ringförmig gebogenen und an seinen Enden mittels eines Verschlussstücks verbundenen Federdraht. Die Verwendung eines Verschlussstücks vereinfacht und verbilligt die Herstellung im Gegensatz zu einteilig ausgebildeten, geschlossenen Ringfedern. Auch können beim Einsetzen des Verschlussstücks Fertigungstoleranzen des Federdrahtes ausgeglichen werden, was höhere Toleranzen bei der Fertigung zulässt und somit Kosten senkt.advantageously, the annular spring consists of a ring against its material tension curved and at its ends by means of a closure piece connected spring wire. The use of a closure piece Simplifies and reduces production costs as opposed to one-piece trained, closed ring springs. Also, at the Inserting the closure piece Manufacturing tolerances of the Spring wire can be compensated, resulting in higher tolerances permits during production and thus lowers costs.

Bevorzugt ist das Verschlussstück stoffschlüssig mit dem Federdraht verbunden. Insbesondere können die Federenden mit dem Verschlussstück verklebt, verschweißt oder verlötet werden. Alternativ kann das Verschlussstück jedoch auch form- und/oder kraftschlüssig mit dem Federdraht verbunden sein.Prefers the closure piece is cohesively with the Spring wire connected. In particular, the spring ends glued to the closure piece, welded or soldered. Alternatively, the closure piece However, also positive and / or non-positive with the spring wire be connected.

Die Kontaktstellen der Ringfeder mit den Sperrstücken bilden eine unvermeidbare Verschleißstelle. Um diesem Verschleiß, der sowohl die Sperrelemente als auch den Federdraht betrifft, welcher insbesondere bei Ausführungen mit geringem Drahtdurchmesser eine höhere Empfindlichkeit zeigt, ist bei einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Sperrelemente aus einem faserverstärkten Kunststoff bestehen. Faserverstärkte Kunststoffe können einerseits sehr widerstandsfähig und andererseits sehr reibungsarm gestaltet werden. Auf diese Weise wird der Verschleiß sowohl der Sperrstücke selbst als auch der Ringfeder minimiert.The Forming contact points of the annular spring with the locking pieces an unavoidable wear point. To this wear, which relates to both the locking elements and the spring wire, which especially for designs with a small wire diameter shows a higher sensitivity is in a continuing education the invention provides that the blocking elements of a fiber-reinforced plastic consist. Fiber-reinforced plastics can on the one hand very resistant and very low friction be designed. In this way, the wear is both minimizes the locking pieces themselves and the annular spring.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung und den Zeichnungen:Further Features and advantages of the invention will become apparent from the following, special description and the drawings:

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine erfindungsgemäße Synchronisierungseinrichtung in Draufsicht, 1 a synchronization device according to the invention in plan view,

2 eine erfindungsgemäße Ringfeder. 2 an annular spring according to the invention.

Detaillierte Beschreibung konkreter AusführungsformenDetailed description concrete embodiments

1 zeigt eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Synchronisierungseinrichtung 10. Die Synchronisierungseinrichtung 10 umfasst einen Synchronkörper 12, der mittels einer Steckverzahnung 121 drehfest mit einer nicht dargestellten verbindbar ist. Der Synchronkörper 12 weist eine Außenverzahnung 122 auf, deren Zähne axial ausgerichtet sind. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Verzahnung 122 an drei gleichmäßig über den Umfang verteilten Stellen unterbrochen und bildet dort Axialnuten 123. 1 shows a plan view of a synchronization device according to the invention 10 , The synchronization device 10 comprises a synchronizer body 12 , which by means of a spline 121 rotatably connected to a not shown connectable. The synchronizer body 12 has an external toothing 122 on, whose teeth are aligned axially. In the illustrated embodiment, the toothing 122 interrupted at three evenly distributed over the circumference points and forms there axial grooves 123 ,

Der Synchronkörper ist außen umschlossen von einer Schaltmuffe 14, die über eine Innenverzahnung 141 formschlüssig mit der Außenverzahnung 122 des Synchronkörpers 12 verbunden ist. Der Formschluss bewirkt eine drehfeste Kopplung des Synchronkörpers 12 mit der Schaltmuffe 14, wobei die Schaltmuffe 14 jedoch relativ zu dem Synchronkörper 12 axial bewegbar ist. Die Innenverzahnung 141 weist an drei symmetrisch über den Umfang verteilten Stellen Unterbrechungen auf und bildet dort Axialnuten 143, die mit den Axialnuten 123 des Synchronkörpers 12 korrespondieren.The synchronizer body is enclosed on the outside by a sliding sleeve 14 , which have an internal toothing 141 positive fit with the external toothing 122 of the synchronizer body 12 connected is. The positive connection causes a rotationally fixed coupling of the synchronizer body 12 with the sliding sleeve 14 , wherein the shift sleeve 14 however, relative to the synchronizer body 12 is axially movable. The internal toothing 141 has interruptions at three points distributed symmetrically around the circumference, where it forms axial grooves 143 that with the axial grooves 123 of the synchronizer body 12 correspond.

In den von den Axialnuten 123/143 gebildeten Freiräumen ist jeweils ein Sperrelement 16 angeordnet. Die Sperrelemente 16 werden von einer Ringfeder 18 mit einer nach außen gerichteten Federkraft beaufschlagt, sodass sie gegen die Wandung der Axialnuten 143 der Schaltmuffe 14 gedrückt und dort fixiert werden. Die Ringfeder 18 ist, wie in 2 deutlicher ersichtlich, als geschlossene Ringfeder ausgebildet. Sie wird vorzugsweise durch Biegen eines Federstahldrahtes gegen seine Materialspannung und anschließendes Verbinden seiner Enden mittels eines Verschlussstückes 20 hergestellt. Die erfindungsgemäße Form der Ringfeder 18 erlaubt es, einen Federstahldraht mit vergleichsweise geringem Durchmesser, insbesondere mit einem Durchmesser unter einem Millimeter, zu verwenden.In the of the axial grooves 123 / 143 formed free spaces is each a blocking element 16 arranged. The blocking elements 16 be from a ring spring 18 acted upon by an outwardly directed spring force, so that they against the wall of the axial grooves 143 the shift sleeve 14 pressed and fixed there. The ring spring 18 is how in 2 interpreting Licher apparent, designed as a closed annular spring. It is preferably by bending a spring steel wire against its material tension and then connecting its ends by means of a closure piece 20 produced. The inventive form of the annular spring 18 allows to use a spring steel wire with a comparatively small diameter, in particular with a diameter of less than one millimeter.

Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung erläuterten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten anhand gegeben. Insbesondere kann die Anzahl und Form der Sperrsteine, die bevorzugt aus einem faserverstärkten Kunststoff bestehen, an die Erfordernisse des Einzelfalls angepasst werden. Auch ist es für die vorliegende Erfindung unerheblich, welche Form die miteinander synchron zu koppelnden Rotationselemente im Einzelfall haben. Eine Anpassung der vorliegenden Erfindung auf andere Ausführungsformen als eine Welle, die mit einem auf ihr gelagerten Losrad zu koppeln ist, kann der Fachmann ohne weiteres vor dem Hintergrund seines fachmännischen Wissens durchführen.Naturally represent those explained in the specific description and embodiments shown in the figures are illustrative only Embodiments of the present invention. The One skilled in the art is broad in light of the disclosure herein given variation possibilities. Especially The number and shape of the blocks, which are preferably made of one fiber-reinforced plastic, to the requirements be adapted to the individual case. It is also for the present invention irrelevant, which form the synchronous with each other to be coupled Have rotational elements in an individual case. An adaptation of the present Invention to other embodiments than a shaft, which can be coupled with a idler wheel stored on it, the Professional without further ado against the background of his expert Perform knowledge.

1212
Synchronkörpersynchronizer
1414
Schaltmuffeshift sleeve
1616
Sperrelementelocking elements
1818
Federelementspring element
2020
Verschlussstückclosing piece
122122
Außenverzahnungexternal teeth
123123
Axialnutenaxial grooves
141141
Innenverzahnunginternal gearing
143143
Axialnutenaxial grooves

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 10109653 A1 [0002, 0003] - DE 10109653 A1 [0002, 0003]

Claims (5)

Synchronisierungseinrichtung für eine schaltbare, drehfeste Kopplung eines ersten Rotationselementes mit einem zweiten Rotationselement, die um eine gemeinsame Achse drehbar sind, umfassend: – einen drehfest mit dem ersten Rotationselement verbindbaren Synchronkörper (12) mit einer axial ausgerichteten Außenverzahnung (122), – eine Schaltmuffe (14) mit einer an die Außenverzahnung (122) des Synchronkörpers angepassten und in diese eingreifenden Innenverzahnung (141), – eine Mehrzahl von in korrespondierenden Axialnuten (123; 143) der Außen- und der Innenverzahnung zwischen dem Synchronkörper (12) und der Schaltmuffe (14) angeordneten Sperrelementen (16) und – wenigstens ein radial innerhalb der Sperrelemente (16) umlaufendes und die Sperrelemente (16) mit einer nach radial außen gerichteten Federkraft beaufschlagendes Federelement (18), dadurch gekennzeichnet, dass das umlaufende Federelement eine geschlossene Ringfeder (18) bildet.Synchronization device for a switchable, non-rotatable coupling of a first rotary element with a second rotary element, which are rotatable about a common axis, comprising: - a rotatably connected to the first rotary element synchronous body ( 12 ) with an axially aligned external toothing ( 122 ), - a sliding sleeve ( 14 ) with an outer toothing ( 122 ) of the synchronizer body adapted and engaging in this internal toothing ( 141 ), - a plurality of in corresponding axial grooves ( 123 ; 143 ) of the external and internal teeth between the synchronizer body ( 12 ) and the sliding sleeve ( 14 ) arranged locking elements ( 16 ) and - at least one radially inside the blocking elements ( 16 ) and the blocking elements ( 16 ) with a radially outwardly directed spring force acting on spring element ( 18 ), characterized in that the circumferential spring element is a closed annular spring ( 18 ). Synchronisierungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringfeder (18) aus einem gegen seine Materialspannung ringförmig gebogenen und an seinen Enden mittels eines Verschlussstücks (20) verbundenen Federdraht besteht.Synchronizing device according to claim 1, characterized in that the annular spring ( 18 ) from an annularly bent against its material tension and at its ends by means of a closure piece ( 20 ) connected spring wire consists. Synchronisierungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussstück (20) stoffschlüssig mit dem Federdraht verbunden ist.Synchronizing device according to claim 2, characterized in that the closure piece ( 20 ) is integrally connected to the spring wire. Synchronisierungseinrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussstück (20) form- und/oder kraftschlüssig mit dem Federdraht verbunden ist.Synchronizing device according to claim 2, characterized in that the closure piece ( 20 ) is positively and / or non-positively connected to the spring wire. Synchronisierungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrstücke (16) aus einem faserverstärkten Kunststoff bestehen.Synchronizing device according to one of the preceding claims, characterized in that the locking pieces ( 16 ) consist of a fiber-reinforced plastic.
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