DE102010025456A1

DE102010025456A1 - Kegelscheibenpaar

Info

Publication number: DE102010025456A1
Application number: DE102010025456A
Authority: DE
Inventors: Andreas Triller
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-07-27
Filing date: 2010-06-29
Publication date: 2011-02-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kegelscheibenpaar für ein stufenlos verstellbares Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebe, mit zwei Kegelscheiben, von denen eine in Abhängigkeit von dem Fluiddruck in einer Druckkammer durch eine Anpress- und/oder Verstellkraft axial verlagerbar ist, und mit einer Federeinrichtung.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Anpress- und/oder Verstellkraft sowohl fluidisch durch den Fluiddruck in der Druckkammer als auch mechanisch durch die Federeinrichtung aufgebracht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kegelscheibenpaar für ein stufenlos verstellbares Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebe, mit zwei Kegelscheiben, von denen eine in Abhängigkeit von dem Fluiddruck in einer Druckkammer durch eine Anpress- und/oder Verstellkraft axial verlagerbar ist, und mit einer Federeinrichtung.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 42 34 294 A1 ist ein stufenlos einstellbares Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebe mit zwei zueinander verstellbaren Kegelscheibenpaaren bekannt, wobei wenigstens eines der Kegelscheibenpaare mittels eines Drehmomentfühlers zur Verspannung des Umschlingungsmittels beaufschlagbar ist. Eine momentenabhängige Komponente des Drehmomentfühlers umfasst einen Druckraum, in dem ein Plattenventil mit einer Ventilplatte und einem Kraftspeicher integriert ist, der aus zwei gegensinnig angeordneten Tellerfedern gebildet ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kegelscheibenpaar gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 im Hinblick auf die Herstellkosten und/oder den Wirkungsgrad eines mit dem Kegelscheibenpaar ausgestatteten Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebes zu optimieren.
Die Aufgabe ist bei einem Kegelscheibenpaar für ein stufenlos verstellbares Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebe, mit zwei Kegelscheiben, von denen eine in Abhängigkeit von dem Fluiddruck in einer Druckkammer durch eine Anpress- und/oder Verstellkraft axial verlagerbar ist, und mit einer Federeinrichtung, dadurch gelöst, dass die Anpress- und/oder Verstellkraft sowohl fluidisch durch den Fluiddruck in der Druckkammer als auch mechanisch durch die Federeinrichtung aufgebracht wird. Mit der mechanischen Unterstützung durch die Federeinrichtung kann der in der Druckkammer bereitzustellende Fluiddruck im Betrieb eines mit dem erfindungsgemäßen Kegelscheibenpaar ausgestatteten Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebes reduziert werden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kegelscheibenpaares ist dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung in Abhängigkeit von der axialen Verlagerung der Kegelscheibe mechanische Anpresskraftkomponenten erzeugt, die in entgegengesetzten Richtungen wirken. Die mechanischen Anpresskraftkomponenten wirken vorzugsweise in entgegengesetzte axiale Richtungen. Der Begriff axial bezieht sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf die Drehachse der Kegelscheiben. Durch die in entgegengesetzten Richtungen wirkenden Anpresskraftkomponenten kann die Anpress- und/oder Verstellkraft genauer an das zu übertragende Drehmoment angepasst werden. Dadurch kann der Wirkungsgrad des Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebes weiter verbessert werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kegelscheibenpaares ist dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung in einer ersten Extremstellung, in der die beiden Kegelscheiben maximal voneinander beabstandet sind, eine mechanische Anpresskraftkomponente erzeugt, die in die gleiche Richtung wie eine durch den Fluiddruck in der Druckkammer erzeugte fluidische Anpresskraftkomponente wirkt. Die erste Extremstellung entspricht dem maximalen Underdrive des Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebes. In der ersten Extremstellung wird die axial verlagerbare Kegelscheibe mit einer größeren Anpresskraft oder Verstellkraft beaufschlagt als allein durch den Fluiddruck.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kegelscheibenpaares ist dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung in einer zweiten Extremstellung, in der die beiden Kegelscheiben minimal voneinander beabstandet sind, eine mechanische Anpresskraftkomponente erzeugt, die in die entgegengesetzte Richtung wie die durch den Fluiddruck in der Druckkammer erzeugte fluidische Anpresskraftkomponente wirkt. Die zweite Extremstellung entspricht dem maximalen Overdrive des Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebes. In der zweiten Extremstellung wird die durch den Fluiddruck erzeugte Anpresskraft oder Verstellkraft durch die Federeinrichtung verkleinert beziehungsweise reduziert.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kegelscheibenpaares ist dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung der von der Federeinrichtung erzeugten mechanischen Anpresskraftkomponente in einer Mittelstellung, in der die beiden Kegelscheiben in einem mittleren Abstand zueinander angeordnet sind, wechselt. Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung wird der Kraftrichtungswechsel mit nur einer einzigen Federeinrichtung, insbesondere einer Tellerfeder, bewirkt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kegelscheibenpaares ist dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung eine Tellerfeder umfasst, die in der zweiten Extremstellung zwischen einem axial feststehenden Tragkörper und einem axial bewegbaren Stützkörper eingespannt ist. Bei dem axial feststehenden Tragkörper handelt es sich zum Beispiel um einen becherartigen Körper, der einstückig mit einem feststehenden Kolben verbunden ist, der den Druckraum begrenzt. Bei dem axial bewegbaren Stützkörper handelt es sich zum Beispiel um einen Gehäusekörper, der axial fest an einem Zylinderring angebracht ist, der den Druckraum begrenzt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kegelscheibenpaares ist dadurch gekennzeichnet, dass der axial feststehende Tragkörper an einem ersten axialen Ende in axialer Richtung abgestützt ist und mit einem zweiten axialen Ende den Druckraum begrenzt. Das zweite axiale Ende des axial feststehenden Tragkörpers stellt vorzugsweise einen feststehenden Kolben dar.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kegelscheibenpaares ist dadurch gekennzeichnet, dass der axial bewegbare Stützkörper axial fest an einem axial bewegbaren Zylinderring angebracht ist, an dem die axial verlagerbare Kegelscheibe befestigt ist. Der Zylinderring begrenzt den Druckraum, der zum Beispiel durch Fluidkanäle, die sich durch die axial verlagerbare Kegelscheibe und eine Eingangswelle erstrecken, mit der die axial verlagerbare Kegelscheibe drehfest verbunden ist, mit Arbeitsfluid befüllt wird.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kegelscheibenpaares ist dadurch gekennzeichnet, dass der axial bewegbare Stützkörper einen ersten Innenzahnkranz aufweist, an dem sich die Tellerfeder in der zweiten Extremstellung axial abstützt. Der erste Innenzahnkranz dient darüber hinaus dazu, den axial bewegbaren Stützkörper zwischen der zweiten Extremstellung und der Mittelstellung drehfest mit dem axial feststehenden Tragkörper zu verbinden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kegelscheibenpaares ist dadurch gekennzeichnet, dass der axial feststehende Tragkörper einen Außenzahnkranz aufweist, der sich zwischen der ersten Extremstellung und der Mittelstellung in Eingriff mit dem ersten Innenzahnkranz des axial bewegbaren Stützkörpers befindet. Dadurch wird eine drehfeste Verbindung zwischen dem axial feststehenden Tragkörper und dem axial bewegbaren Stützkörper geschaffen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kegelscheibenpaares ist dadurch gekennzeichnet, dass die Tellerfeder in der ersten Extremstellung zwischen einem axial festen Stützkörper und dem axial bewegbaren Stützkörper eingespannt ist. Der axial feste Stützkörper ist vorzugsweise radial innerhalb von und in axialer Richtung versetzt zu dem axial bewegbaren Stützkörper angeordnet.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kegelscheibenpaares ist dadurch gekennzeichnet, dass der axial feste Stützkörper einen Außenzahnkranz aufweist, der sich zwischen der zweiten Extremstellung und der Mittelstellung in Eingriff mit einem zweiten Innenzahnkranz des axial bewegbaren Stützkörpers befindet. Dadurch wird auch zwischen der zweiten Extremstellung und der Mittelstellung eine drehfeste Verbindung zwischen dem axial festen Stützkörper und dem axial bewegbaren Stützkörper sichergestellt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kegelscheibenpaares ist dadurch gekennzeichnet, dass der axial feste Stützkörper axial fest an dem axial feststehenden Tragkörper angebracht ist. Der axial feste Stützkörper kann auch einstückig mit dem axial feststehenden Tragkörper verbunden sein.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebe mit mindestens einem vorab beschriebenen Kegelscheibenpaar, das von einem Umschlingungsmittel umschlungen ist. Bei dem Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebe handelt es sich zum Beispiel um ein Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebe wie es in den 1 bis 6 und der zugehörigen Figurenbeschreibung der deutschen Offenlegungsschrift DE 42 34 294 A1 offenbart ist. Das bekannte Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebe ist gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung mit einer zusätzlichen Federeinrichtung ausgestattet, so dass die Anpressung für das Umschlingungsmittel sowohl hydraulisch als auch mechanisch aufgebracht wird. Ein Teil der Anpresskraft wird hydraulisch erzeugt, ein anderer Teil mechanisch mittels der Federeinrichtung. Gemäß einem weiteren wesentlichen Aspekt der Erfindung kann die Federeinrichtung eine Anpresskraft in zwei Richtungen erzeugen. Beim größten Abstand der Scheibensätze wirkt die maximale Kraft der eingespannten Federeinrichtung und die Richtung der Kraft ist identisch mit der Richtung der hydraulischen Anpresskraft. Bei etwa mittlerem Abstand zwischen den Scheibensätzen wechselt die Federkraft die Richtung. Dann wirkt die Federkraft entgegen dem hydraulischen Druck. Die erfindungsgemäße Federeinrichtung kann auf nur einen Scheibensatz angewendet werden. Es ist jedoch von Vorteil, wenn beiden Scheibensätze mit der erfindungsgemäßen Federeinrichtung ausgestattet werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Es zeigen:
1 einen Ausschnitt eines Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebes mit einem Kegelscheibenpaar, das mit einer erfindungsgemäßen Federeinrichtung ausgestattet ist, perspektivisch im Schnitt;
2 die Federeinrichtung aus 1 in einer Explosionsdarstellung im Schnitt;
3 das Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebe aus 1 im Längsschnitt in einer ersten Extremstellung und
4 das Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebe aus 3 im Längsschnitt in einer zweiten Extremstellung.
In den 1 bis 4 ist ein Ausschnitt eines Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebes 1 mit einer Eingangswelle 2 in verschiedenen Ansichten und Stellungen dargestellt. Ein Ende der Eingangswelle 2 ist drehfest mit einem Eingangsrad 3 verbunden, über das ein Drehmoment eingeleitet werden kann. Eine Kegelscheibe 4 ist einstückig mit der Eingangswelle 2 verbunden. Eine weitere Kegelscheibe 5 ist axial verlagerbar zwischen dem Eingangsrad 3 und der Kegelscheibe 4 angeordnet und drehfest mit der Eingangswelle 2 verbunden. Die axial verlagerbare Kegelscheibe 5 wird auch als Wegscheibe bezeichnet.
Zwischen dem Eingangsrad 3 und der Wegscheibe 5 ist eine Drehmomentfühlvorrichtung 8 angeordnet, wie sie zum Beispiel in der deutschen Offenlegungsschrift DE 42 34 294 A1 , insbesondere in den 1 bis 6 und der zugehörigen Beschreibung, offenbart ist. Die Drehmomentfühlvorrichtung 8 umfasst einen Zylinderring 10, der einen als Ringraum ausgeführten Druckraum 12 begrenzt. Der Druckraum 12 wird des Weiteren von einem Kolben 14 begrenzt, der einstückig mit einem axial feststehenden Tragkörper 16 verbunden ist. Der Zylinderring 10 ist an der Wegscheibe 5 befestigt und zusammen mit dieser relativ zu dem axial feststehenden Kolben 14 bewegbar.
Der Druckraum 12 steht über mindestens einen in der Wegscheibe 5 vorgesehenen Fluidkanal und mindestens einen in der Eingangswelle 2 vorgesehenen Fluidkanal mit einer Fluidquelle, insbesondere einer Hydraulikpumpe, in Verbindung, über die der Druckraum 12 gezielt mit Druck beaufschlagbar ist, um über den Zylinderring 10 eine Anpress- und/oder Verstellkraft auf die Wegscheibe 5 beziehungsweise auf ein zwischen der Wegscheibe 5 und der Kegelscheibe 4 angeordnetes Umschlingungsmittel, wie einen Riemen oder eine Kette, aufzubringen.
Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung ist die Drehmomentfühlvorrichtung 8 mit einer Federeinheit 17 kombiniert, durch die eine zusätzliche mechanische Kraft auf die Wegscheibe 5 erzeugt werden kann, und zwar vorzugsweise in Abhängigkeit von der Position der Wegscheibe 5 relativ zu der Kegelscheibe 4 in entgegengesetzten Richtungen. Die Federeinheit 17 umfasst einen axial festen Stützkörper 18, der in axialer Richtung an dem axial feststehenden Tragkörper 16 abgestützt ist. Die Federeinheit 17 umfasst des Weiteren einen axial bewegbaren Stützkörper 20, der, zumindest in axialer Richtung, fest mit dem Zylinderring 10 verbunden ist. Der axial bewegbare Stützkörper 20 ist im Wesentlichen becherförmig ausgebildet und umfasst einen ersten Innenzahnkranz 21 und einen zweiten Innenzahnkranz 22.
Der axial feststehende Tragkörper 16 ist ringartig ausgeführt und weist radial außen einen Außenzahnkranz 24 auf, der in Abhängigkeit von der axialen Verlagerung der Wegscheibe 5 mit dem zweiten Innenzahnkranz 22 des axial bewegbaren Stützkörpers 20 in Eingriff kommt. An dem axial festen Stützkörper 18 ist ein Außenzahnkranz 25 angebracht, der in Abhängigkeit von der Position der Wegscheibe 5 relativ zu der Kegelscheibe 4 mit dem zweiten Innenzahnkranz 22 des axial bewegbaren Stützkörpers 20 in Eingriff kommt.
Die Federeinheit 17 umfasst des Weiteren eine Federeinrichtung 28, die im dargestellten Ausführungsbeispiel nur eine Tellerfeder 29 umfasst. Die Tellerfeder 29 hat im Wesentlichen die Gestalt einer Kreisringscheibe mit einem Ringkörper, von dem sich radial nach innen Tellerfederzungen erstrecken. Die Tellerfeder 29 stützt sich mit ihrem Ringkörper radial außen entweder an dem ersten Innenzahnkranz 21 des axial bewegbaren Stützkörpers 20 oder an dem Außenzahnkranz 24 des axial festen Stützkörpers 18 ab. Die Tellerfederzungen der Tellerfeder 29 stützen sich radial innen entweder an dem Außenzahnkranz 25 des axial festen Stützkörpers 18 oder an dem zweiten Innenzahnkranz 22 des axial bewegbaren Stützkörpers 20 ab.
In 3 ist das Kegelscheibenpaar mit den beiden Kegelscheiben 4, 5 in einer ersten Extremstellung dargestellt, in der die Wegscheibe 5 maximal von der Kegelscheibe 4 beabstandet ist. Die erste Extremstellung wird auch als Underdrive des Scheibensatzes bezeichnet. In der ersten Extremstellung ist die Tellerfeder 29 so zwischen den Flanken des Außenzahnkranzes 25 des axial festen Stützkörpers 18 und den Flanken des ersten Innenzahnkranzes 21 des axial bewegbaren Stützkörpers 20 vorgespannt, dass eine durch einen Pfeil 31 angedeutete zusätzliche mechanische Kraft auf die Wegscheibe 5 beziehungsweise ein Umschlingungsmittel zwischen der Wegscheibe 5 und der Kegelscheibe 4 bewirkt wird. Die zusätzliche Kraft 31 wirkt zusammen mit der hydraulischen Anpresskraft, die durch den Druck in dem Druckraum 12 auf die Wegscheibe 5 ausgeübt wird.
In 4 befindet sich das Kegelscheibenpaar in einer zweiten Extremstellung, in dem sich die Wegscheibe 5 in einem minimalen Abstand zu der Kegelscheibe 4 befindet. Die zweite Extremstellung wird auch als Overdrive des Scheibensatzes bezeichnet. In der zweiten Extremstellung ist die Tellerfeder 29 so zwischen den Flanken des zweiten Innenzahnkranzes 22 des axial bewegbaren Stützkörpers 20 und dem Außenzahnkranz 24 des axial feststehenden Tragkörpers 16 vorgespannt, dass eine durch einen Pfeil 32 angedeutete zusätzliche Kraft entgegen der hydraulischen Anpresskraft auf die Wegscheibe 5 wirkt.
Durch die erfindungsgemäße Federeinheit 17 kann die Anpressung zwischen dem Scheibensatz 4, 5 und dem (nicht dargestellten) Umschlingungsmittel in vorteilhafter Weise verändert werden. In der in 3 dargestellten Underdrive-Stellung oder ersten Extremstellung erzeugt die Federeinheit 17 eine zusätzliche Anpresskraft. In der in 4 dargestellten Overdrive-Stellung oder zweiten Extremstellung erzeugt die Federeinheit 17 eine mechanische Kraft, die entgegengesetzt zu der fluidisch erzeugten Anpresskraft wirkt.
Die Innenzahnkränze 21, 22 an dem axial bewegbaren Stützkörper 20 sind so mit den Außenzahnkränzen 24, 25 an dem axial feststehenden Tragkörper 16 und dem axial festen Stützkörper 18 abgestimmt, dass im Betrieb des Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebes sich immer einer der Innenzahnkränze 21, 22 mit einem der Außenzahnkränze 24, 25 in Eingriff befindet. Dadurch wird unabhängig von der axialen Verlagerung der Wegscheibe 5 relativ zu der Kegelscheibe 4 eine drehfeste Verbindung zwischen dem axial bewegbaren Stützkörper 20 und dem axial feststehenden Tragkörper 16 beziehungsweise dem axial festen Stützkörper 18 sichergestellt.
Bezugszeichenliste

1: Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebe
2: Eingangswelle
3: Eingangsrad
4: Kegelscheibe
5: Kegelscheibe
8: Drehmomentfühlvorrichtung
10: Zylinderring
12: Druckraum
14: Kolben
16: Tragkörper
17: Federeinheit
18: axial fester Stützkörper
20: axial bewegbarer Stützkörper
21: erster Innenzahnkranz
22: zweiter Innenzahnkranz
24: Außenzahnkranz
25: Außenzahnkranz
28: Federeinrichtung
29: Tellerfeder
31: Pfeil
32: Pfeil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 4234294 A1 [0002, 0017, 0024]

Claims

Kegelscheibenpaar für ein stufenlos verstellbares Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebe, mit zwei Kegelscheiben (4, 5), von denen eine in Abhängigkeit von dem Fluiddruck in einer Druckkammer (12) durch eine Anpress- und/oder Verstellkraft axial verlagerbar ist, und mit einer Federeinrichtung (28), dadurch gekennzeichnet, dass die Anpress- und/oder Verstellkraft sowohl fluidisch durch den Fluiddruck in der Druckkammer (12) als auch mechanisch durch die Federeinrichtung (28) aufgebracht wird.
Kegelscheibenpaar nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (28) in Abhängigkeit von der axialen Verlagerung der Kegelscheibe (5) mechanische Anpresskraftkomponenten (31, 32) erzeugt, die in entgegengesetzten Richtungen wirken.
Kegelscheibenpaar nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (28) in einer ersten Extremstellung, in der die beiden Kegelscheiben (4, 5) maximal voneinander beabstandet sind, eine mechanische Anpresskraftkomponente (31) erzeugt, die in die gleiche Richtung wie eine durch den Fluiddruck in der Druckkammer (12) erzeugte fluidische Anpresskraftkomponente wirkt.
Kegelscheibenpaar nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (28) in einer zweiten Extremstellung, in der die beiden Kegelscheiben (4, 5) minimal voneinander beabstandet sind, eine mechanische Anpresskraftkomponente (32) erzeugt, die in die entgegengesetzte Richtung wie die durch den Fluiddruck in der Druckkammer (12) erzeugte fluidische Anpresskraftkomponente wirkt.
Kegelscheibenpaar nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung der von der Federeinrichtung (28) erzeugten mechanischen Anpresskraftkomponente (31, 32) in einer Mittelstellung, in der die beiden Kegelscheiben (4, 5) in einem mittleren Abstand zueinander angeordnet sind, wechselt.
Kegelscheibenpaar nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (28) eine Tellerfeder (29) umfasst, die in der zweiten Extremstellung zwischen einem axial feststehenden Tragkörper (16) und einem axial bewegbaren Stützkörper (20) eingespannt ist.
Kegelscheibenpaar nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der axial feststehende Tragkörper (16) an einem ersten axialen Ende in axialer Richtung abgestützt ist und mit einem zweiten axialen Ende den Druckraum (12) begrenzt.
Kegelscheibenpaar nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der axial bewegbare Stützkörper (20) axial fest an einem axial bewegbaren Zylinderring (10) angebracht ist, an dem die axial verlagerbare Kegelscheibe (5) befestigt ist.
Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebe mit mindestens einem Kegelscheibenpaar (4, 5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das von einem Umschlingungsmittel umschlungen ist.