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Die Erfindung betrifft eine Dämpfervorrichtung für ein Umschlingungsmittel eines Umschlingungsgetriebes, ein Umschlingungsgetriebe mit einer solchen Dämpfervorrichtung, einen Antriebsstrang mit einem solchen Umschlingungsgetriebe, sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Antriebsstrang.
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Ein Umschlingungsgetriebe, auch als Kegelscheibenumschlingungsgetriebe oder als CVT (engl.: continuous variable transmission) bezeichnet, für ein Kraftfahrzeug umfasst zumindest ein auf einer ersten Welle angeordnetes erstes Kegelscheibenpaar und ein auf einer zweiten Welle angeordnetes zweites Kegelscheibenpaar sowie ein zur Drehmomentübertragung zwischen den Kegelscheibenpaaren vorgesehenes Umschlingungsmittel. Ein Kegelscheibenpaar umfasst zwei Kegelscheiben, welche mit korrespondierenden Kegelflächen aufeinander zu ausgerichtet sind und relativ zueinander axial bewegbar sind.
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Ein solches Umschlingungsgetriebe umfasst regelmäßig zumindest ein erstes Kegelscheibenpaar und ein zweites Kegelscheibenpaar mit jeweils einer entlang der Wellenachse verlagerbaren ersten Kegelscheibe, auch als Losscheibe oder Wegscheibe bezeichnet, und einer in Richtung der Wellenachse feststehenden zweiten Kegelscheibe, auch als Festscheibe bezeichnet, wobei das zur Drehmomentübertragung zwischen den Kegelscheibenpaaren vorgesehenes Umschlingungsmittel infolge einer relativen Axialbewegung zwischen der Losscheibe und der Festscheibe infolge der Kegelflächen auf einem veränderbaren Wirkkreis, also mit veränderbarem Laufradius, abläuft. Dadurch ist eine unterschiedliche Drehzahlübersetzung und Drehmomentübersetzung von einem Kegelscheibenpaar auf das andere Kegelscheibenpaar stufenlos einstellbar.
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Solche Umschlingungsgetriebe sind seit langem, beispielsweise aus der
DE 100 17 005 A1 oder der
WO 2014/012 741 A1 , bekannt. Im Betrieb des Umschlingungsgetriebes wird das Umschlingungsmittel mittels der relativen Axialbewegung der Kegelscheiben also an den Kegelscheibenpaaren zwischen einer inneren Position (kleiner Wirkkreis) und einer äußeren Position (großer Wirkkreis) in einer radialen Richtung verlagert. Das Umschlingungsmittel bildet zwischen den beiden Kegelscheibenpaaren jeweils ein Trum, wobei je nach der Konfiguration und nach Rotationsrichtung der Kegelscheibenpaare, eines der Trume ein Zugtrum und das andere Trum ein Schubtrum beziehungsweise ein Lasttrum und ein Leertrum bilden.
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Bei solchen Umschlingungsgetrieben ist im Freiraum zwischen den Kegelscheibenpaaren zumindest eine Dämpfervorrichtung vorgesehen. Eine solche Dämpfervorrichtung ist an dem Zugtrum und/oder an dem Schubtrum des Umschlingungsmittels anordenbar und dient zur Führung und damit zur Einschränkung von Schwingungen des Umschlingungsmittels. Eine solche Dämpfervorrichtung ist schwerpunktmäßig hinsichtlich einer akustikeffizienten Zugmittelführung (Umschlingungsmittelführung) auszulegen. Dabei sind die Länge der Anlage zum Führen des Umschlingungsmittels und die Steifigkeit der Dämpfervorrichtung entscheidende Einflussfaktoren. Eine Dämpfervorrichtung ist beispielsweise als Gleitschuh beziehungsweise als Gleitführung mit lediglich einseitiger, meist bauraumbedingt (transversal zu dem Umschlingungsmittel) innenseitiger, also zwischen den beiden Trumen, Anlagefläche ausgeführt. Bei einer solchen allein innenseitigen Anlage ist bevorzugt ein Federmittel vorgesehen, mittels welchem die Gleitführung gegen das Trum vorgespannt ist. Alternativ ist die Dämpfervorrichtung als Gleitschiene mit beidseitiger Anlagefläche, also sowohl außenseitiger, also außerhalb des gebildeten Umschlingungskreises, als auch innenseitiger Anlagefläche zu dem betreffenden Trum des Umschlingungsmittels ausgebildet.
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Die Richtung senkrecht zu dem (jeweiligen) Trum und von innenseitig nach außenseitig oder umgekehrt weisend wird als transversale Richtung bezeichnet. Die Richtung senkrecht zu den Trumen und von einer Kegelscheibe zu jeweils der anderen Kegelscheibe eines Kegelscheibenpaares weisend wird als axiale Richtung bezeichnet. Dies ist also eine zu den Rotationsachsen der Kegelscheibenpaare parallele Richtung. Die Richtung in der (idealen) Ebene des (jeweiligen) Trums wird als Laufrichtung beziehungsweise als Gegenlaufrichtung bezeichnet.
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Die Dämpfervorrichtung ist mittels eines Schwenklagers mit einer Schwenkachse gelagert, wodurch ein Verschwenken der Dämpfervorrichtung um die Schwenkachse ermöglicht ist. In einigen Anwendungen ist die Dämpfervorrichtung zudem transversal bewegbar, sodass die Dämpfervorrichtung einer (steileren Oval-) Kurve folgt, welche von einer Kreisbahn um die Schwenkachse abweicht. Die Schwenkachse bildet also das Zentrum eines (zweidimensionalen) Polarkoordinatensystems, wobei die (reine) Schwenkbewegung also der Änderung des Polarwinkels und die Transversalbewegung der Änderung des Polarradius entspricht. Diese die Schwenkbewegung überlagernde, also superponierte, translatorische Bewegung wird im Folgenden der Übersichtlichkeit halber außer Acht gelassen beziehungsweise unter dem Begriff Schwenkbewegung zusammengefasst. Die Schwenkachse ist quer zu der Laufrichtung des Umschlingungsmittels, also axial, ausgerichtet. Damit ist sichergestellt, dass beim Verstellen der Wirkkreise des Umschlingungsgetriebes die Dämpfervorrichtung der daraus resultierenden neuen (tangentialen) Ausrichtung des Umschlingungsmittels folgen kann.
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Um die Dämpfungswirkung zu steigern und damit (vornehmlich) die Geräuschemissionen zu reduzieren, ist es angestrebt eine möglichst lange Erstreckung der Gleitflächen und eine möglichst hohe Steifigkeit der Gleitflächen zu erreichen. Dies gestaltet sich unter der Vorgabe eines möglichst geringen Bauraums und zugleich der Notwendigkeit die Gleitschiene nachzuführen schwierig. Besonders schwierig ist dies bei einer Bauraumsituation, wenn ein mit einem Schubgliederband betriebenes Umschlingungsgetriebe (Schubgliederbandgetriebe) durch ein Umschlingungsgetriebe mit einem Zugmittel (im weiteren als CVT bezeichnet), beispielsweise einer Zuggliederkette, ersetzt werden soll. Bei dem Schubgliederbandgetriebe bildet das Schubtrum das Lasttrum, während bei einem CVT das Zugtrum das Lasttrum bildet. Ein solcher Ersatz ist häufig angestrebt, weil der Schubgliederband, welcher wegen technologisch bedingt geringeren Trumschwingungen in der Regel keine Dämpfervorrichtung umfasst, gegenüber einem gleich dimensionierten Zugmittel auf eine deutlich geringere Drehmomentübertragung beschränkt ist. Wird jedoch für das Zugmittel eine Dämpfervorrichtung notwendig, verringert sich bei Einsatz einer konventionellen Gleitschiene der zur Verfügung stehende Bauraum derart, dass sich der Ersatz des Schubgliederbands durch ein Zugmittel nicht unbedingt lohnt und/oder ein vollständig neues Design für das Umschlingungsgetriebe, mit beispielsweise geringerem Scheibenaußendurchmesser der Kegelscheibenpaare, erarbeitet werden muss. Infolge des letzteren Punktes wird aber auch der Vorteil einer bei einem CVT mit gleichem Scheibenaußendurchmesser deutlich größeren Übersetzungsspreizung beeinträchtigt. Die größere Übersetzungsspreizung im Vergleich zu einem Schubgliederbandgetriebe auf gleichem Bauraum ist dadurch erzielbar, dass das Zugmittel auf einem kleineren minimalen Wirkkreis als ein Schubgliederband führbar ist; denn der Schubgliederband benötigt ein transversal versteifendes Spannband. Mit steigendem zu übertragendem Drehmoment und damit steiferem Spannband vergrößert sich damit der minimale Wirkkreis.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, welche ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
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Die Erfindung betrifft eine Dämpfervorrichtung für ein Umschlingungsmittel eines Umschlingungsgetriebes, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - eine äußere Gleitfläche;
- - eine innere Gleitfläche, welche parallel und entgegengerichtet zu der äußeren Gleitfläche ausgerichtet ist,
wobei die Gleitflächen zum dämpfenden Anliegen an einem Trum eines Umschlingungsmittels eingerichtet sind und die Gleitflächen abhängig von der Ausrichtung des zu dämpfenden Trums ausrichtbar sind.
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Die Dämpfervorrichtung ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Gleitfläche von einem separaten einstückigen Außenteil gebildet ist, wobei das Außenteil aus einem Blech gebildet ist.
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Es wird im Folgenden auf die eingangsbezeichneten Raumrichtungen Bezug genommen, welche als mit dem Trum mitbewegtes Koordinatensystem zu verstehen sind, wenn ohne explizit anderen Hinweis die axiale Richtung, transversale Richtung oder die Laufrichtung und entsprechende Begriffe verwendet werden.
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Die Dämpfervorrichtung ist gemäß dem Stand der Technik zum Dämpfen eines (Zug- oder Schub-) Umschlingungsmittels, beispielsweise einer Gliederkette oder eines Riemens, eines Umschlingungsgetriebes mit zwei Kegelscheibenpaaren eingerichtet. Das heißt die Dämpfervorrichtung ist für eines der beiden Trume des Umschlingungsmittels eingerichtet, beispielsweise bei einem CVT für das Zugtrum, welches das Lasttrum bildet. Alternativ ist das Leertrum oder sind beide Trume jeweils mittels einer solchen Dämpfervorrichtung geführt. Wird hier vom Führen des Trums gesprochen, so ist damit zugleich das Dämpfen des Trums gemeint, weil das Umschlingungsmittel das in Laufrichtung vorgelagerte Kegelscheibenpaar beim Übergang in das Trum in einer von der idealen Tangentialrichtung der eingestellten Wirkkreise der beiden Kegelscheibenpaare abweichend nach transversal außen beschleunigt wird. Daraus resultieren Wellenschwingungen, welche den Wirkungsgrad beeinträchtigen und zu einer Geräuschemission führen.
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Zum Führen beziehungsweise Dämpfen weist die Dämpfervorrichtung eine äußere Gleitfläche, welche von transversal außen am zu führenden Trum anliegt, und eine innere Gleitfläche, welche von transversal innen am zu führenden Trum anliegt und welche parallel und entgegengerichtet zu der äußeren Gleitfläche ausgerichtet ist. Die Gleitflächen bilden damit sich in Laufrichtung erstreckende Anlageflächen, welche der transversal ausgerichteten Amplitude der Wellenschwingungen entgegenwirken. Es sei darauf hingewiesen, dass trotz Vorsehens einer äußeren Gleitfläche die hier vorgeschlagene Dämpfervorrichtung nicht zwangsläufig als Gleitschiene anzusehen ist. Vielmehr ist diese Dämpfervorrichtung als Ersatz für eine konventionelle Gleitführung mit konventionell allein innenseitiger, also innerer, Gleitfläche geeignet. Ganz besonders für eine Gleitführung mit transversal vorspannendem Federmittel.
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Damit die Dämpfervorrichtung der abhängig von den jeweils eingestellten Wirkkreisen an den beiden Kegelscheibenpaaren ausgerichteten (idealen) Laufrichtung folgen können, ist eine Lageraufnahme vorgesehen. Diese Lageraufnahme ist auf einer von einem Lager gebildeten axial ausgerichteten Schwenkachse, beispielsweise auf eingangs erläuterte Weise, schwenkbar gelagert. Hierdurch ist die Dämpfervorrichtung derart eingerichtet, dass die beiden Gleitflächen der jeweiligen Ausrichtung der Tangentialrichtung, also der Laufrichtung des zu führenden Trums, folgen und außenseitig beziehungsweise innenseitig an dem Trum, bevorzugt dämpfend, anliegen.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform ist die äußere Gleitfläche von einem separaten einstückigen Außenteil gebildet, wobei das Außenteil aus einem Blech gebildet ist.
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Das Außenteil ist als Blech ausgeführt. Dabei ist nicht allein ein Metallblech einsetzbar, sondern auch beispielsweise ein Kunststoffblech einsetzbar. Der Begriff Blech bezeichnet hier lediglich, dass es sich um ein Material handelt, welches eine deutlich größere ebene Erstreckung bildet als die Materialstärke. Bevorzugt bezeichnet der Begriff Blech zudem ein Material, welches als Scheibenmaterial als Halbzeug vor einem Ausschneiden, beispielsweise Stanzen, und/oder vor einer thermischen oder kalten Umformung bereitgestellt ist. Alternativ ist das Blech als Spritzgussbauteil bereits in der endgültigen Form hergestellt. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Blech aus einem faserverstärkten Kunststoff. Das Außenteil weist bevorzugt eine Gleitbeschichtung auf, welche verbesserte Trockengleiteigenschaften gegenüber dem Blechmaterial aufweist. Diese Gleitbeschichtung bildet die am zu führenden Trum anliegende äußere Gleitfläche.
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Gemäß einer zweiten Ausführungsform alternativ oder ergänzend zu der ersten Ausführungsform ist die äußere Gleitfläche von einem separaten, bevorzugt einstückigen, Außenteil und die innere Gleitfläche von einem separaten, bevorzugt einstückigen, Innenteil gebildet, wobei das Außenteil und das Innenteil mittels unterschiedlicher Herstellungsverfahren gebildet sind.
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Bevorzugt ist bei dieser zweiten Ausführungsform das Außenteil aus einem steifen Kernmaterial, mit besonders bevorzugt einer Gleitbeschichtung, und das Innenteil mittels Spritzguss aus einem Kunststoff mit im Vergleich zum Außenteil geringerer Steifigkeit und geeigneter Trockengleiteigenschaften, also ohne Beschichtung.
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Das Außenteil ist in beiden vorgenannten Ausführungsformen also dadurch gekennzeichnet, dass es sehr dünn, bevorzugt ohne Versteifungsrippen, ausführbar ist. Beispielsweise beträgt die transversale Dicke, und bevorzugt auch die axiale Dicke, des Außenteils weniger als 3 mm [zwei Millimeter], besonders bevorzugt weniger als 1 mm. Die Dicke ist auch als (Blech-) Stärke bezeichnet. Beispielsweise ist das Blech ein Metallblech und mittels Biegen, beispielsweise Kanten, kaltumgeformt, sodass bei konstanter Blechstärke die transversale Dicke und die axiale Dicke gleich sind. Das die innere Gleitfläche bildende Innenteil hingegen bildet bereits mit dem die Gleitfläche bildenden Steg eine transversale Dicke von mehr als 2 mm [zwei Millimeter], bevorzugt mehr als 4 mm, wobei weiterhin rückseitig der Gleitfläche eine Versteifungseinrichtung umfassend zumindest eine Versteifungsrippe vorgesehen ist.
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Dieses Außenteil weist damit den Vorteil auf, dass es nur wenig transversal außenliegenden Bauraum benötigt. Bevorzugt ist dieser Bauraum derart gering, dass der Scheibenaußendurchmesser und damit der maximale Wirkkreis eines Schubgliederbandgetriebes oder eines CVT mit bisher einer konventionellen Gleitführung nicht verändert werden muss, wenn der Schubgliederband durch ein Zugmittel ersetzt beziehungsweise eine konventionelle Gleitführung ohne äußere Gleitfläche durch die hier vorgeschlagene Dämpfervorrichtung ersetzt wird.
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Alternativ oder ergänzend ist bevorzugt ein unverändertes Getriebegehäuse einsetzbar, wenn ein Schubgliederband durch ein Zugmittel, beispielsweise eine Gliederkette, ersetzt und ein höheres Drehmoment übertragbar sein soll. Ein solches Getriebegehäuse ist zumindest außenseitig, also bezogen auf die Bauraumvorgaben eines Kunden, soweit unverändert, dass die Bauraumvorgaben nicht angepasst werden müssen. Eine solche Umsetzung ist damit (aus Kundensicht) bauraumneutral.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Dämpfervorrichtung ist die innere Gleitfläche von einem Innenteil gebildet, wobei bevorzugt das Innenteil ein, besonders bevorzugt einstückiges, Spritzgussbauteil ist.
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Dadurch dass das Innenteil mittels Spritzguss aus einem Kunststoff mit im Vergleich zum Außenteil geringerer Steifigkeit und geeigneter Trockengleiteigenschaften, also ohne Beschichtung ausgeführt ist, ist ein konventionelles Dämpfungsverhalten des Innenteils, vergleichbar mit einer (innenseitigen) Gleitführung, erzielbar. Das Innenteil ist beispielsweise zweiteilig ausgeführt und in axialer Richtung fügbar. Dies erleichtert unter Umständen die Fertigung. Bevorzugt ist das Innenteil einstückig ausgeführt und weist damit eine im Vergleich zu einer mehrteiligen Ausführungsform verbesserte Steifigkeit auf.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Dämpfervorrichtung ist das Außenteil zum Montieren von transversal außen auf das Innenteil aufklickbar.
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Bei dieser Ausführungsform ist eine Montage besonders einfach. Das Außenteil wird, meist nach dem Anordnen der inneren Gleitfläche am zu führenden Trum, auf das Innenteil aufgeschoben und dort mittels zumindest eines formschlüssig wirkenden Schnapphakens, bevorzugt zwei Schnapphaken axial beidseitig des Trums, mit dem Innenteil fest verbunden. Bevorzugt ist zwischen Außenseite des Trums und äußerer Gleitfläche ein geringes Spiel vorgesehen. In einer anderen Ausführungsform ist eine leichte transversale Vorspannung des Trums gegen die innere Gleitfläche bewirkt. Alternativ oder ergänzend ist der Formschluss zusätzlich mit einem Kraftschluss überlagert, wobei das Außenteil gegen einen Transversalanschlag abgestützt ist und der Schnapphaken bei der Montage nur mittels transversaler Dehnung in Formschluss bringbar ist. Bevorzugt sind hierzu Hebelelemente vorgesehen, sodass diese Montage werkzeugfrei von Hand ausführbar ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Dämpfervorrichtung ist die äußere Gleitfläche des Außenteils mittels einer Beschichtung gebildet.
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Die Beschichtung ermöglicht die Auswahl eines den mechanischen Anforderungen optimal angepassten (Blech-) Materials für das Außenteil, wobei dennoch eine geringe Reibung und/oder ein geringer Verschleiß am Umschlingungsmittel und an dem Außenteil auftreten. Eine solche Beschichtung ist beispielsweise ein Polytetrafluorethylen [PTFE] oder ein Polyamid [PA], beispielsweise PA46. Besonders bevorzugt ist hier der gleiche Werkstoff oder zumindest ein verwandter Werkstoff, aufweisend vernachlässigbar schlechteren Trockengleiteigenschaften, verwendet wie für die Gleitfläche des Innenteils beziehungsweise für das gesamte Innenteil.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Außenteil aus einem Metallblech kaltumgeformt.
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Ein Metallblech weist bei geringster Blechstärke besonders günstige Eigenschaften hinsichtlich Steifigkeit und für die eingetragenen Schwingungen erforderlicher Elastizität auf. Zudem ist es einfach, beispielsweise mittels Stanzen und Kanten, kalt, also ohne oder mittels einfacher thermischer Prozessführung (beispielsweise bei Aluminium), umformbar.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Dämpfervorrichtung ist die innere Gleitfläche nach transversal außen vorgespannt gegen das zu dämpfende Trum eines Umschlingungsmittels gespannt.
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Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform ist die Dämpfervorrichtung als Ersatz für eine Gleitführung eingerichtet und weist ein Federmittel auf, welches die innere Gleitfläche gegen die korrespondierend innere Anliegefläche des zuführenden Trums drückt beziehungsweise zieht. Der zusätzlich benötigte transversale, und unter Umständen zusätzliche axiale Bauraum für die Anbindung des Außenteils an dem Teil mit der inneren Gleitfläche, beispielsweise dem Innenteil, ist so gering, dass keine oder nur eine vernachlässigbar geringe Veränderung an dem Umschlingungsgetriebe beziehungsweise an dem Getriebegehäuse vorgenommen werden muss. Damit ist ein verbessertes Anliegen des Trums an der inneren Gleitfläche erzielbar, weil ein transversales (relatives) Hüpfen des Trums relativ zu der Gleitführung oder umgekehrt verringert wird. In einer Ausführungsform dient die äußere Gleitfläche daher nur zum Begrenzen eines maximalen Abhebens infolge des Hüpfens und liegt in allen anderen Fällen nicht an dem zu führenden Trum an. In einem solchen Fall ist es beispielsweise möglich, auf eine solche Oberflächenbeschaffenheit zu verzichten, welche verbesserte Gleiteigenschaften aufweist. Dies ist der Fall, wenn eine Berührung zwischen Trum und äußerer Gleitfläche nur so selten auftritt, dass eine solche zeitlich-punktuelle Geräuschemission, Verringerung des Wirkungsgrads und/oder über eine angestrebte Lebensdauer ein resultierender Verschleiß an den beteiligten Komponenten des Umschlingungsgetriebes hinnehmbar sind. Infolge des Verzichts auf eine Gleitbeschichtung ist zusätzlich transversaler Bauraum gewonnen und/oder die Fertigung einfacher und kostengünstiger.
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Infolge des gegenüber einer konventionellen Gleitführung ohne äußere Gleitfläche ist bei der hier vorgeschlagenen Dämpfervorrichtung der Abstand zwischen der inneren Gleitfläche und der Anliegefläche des zu führenden Trums in allen Betriebszuständen verringerbar. Dadurch wird transversal innen Bauraum gewonnen, sodass die innere Gleitfläche steifer ausführbar ist. Das führt zu einer besseren Dämpfung bei gleichzeitig möglicher bauraumneutraler Umsetzung, indem der benötigte Bauraum für das Außenteil, bevorzugt inklusive eines transversalen Spiels zwischen der äußeren Gleitfläche und der äußeren Anliegefläche des zu führenden Trums, geringer als der oder gleich dem Hüpfbereich des Trums sind.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Dämpfervorrichtung ist ein Seitenführungsflächenpaar zum beidseitigen seitlichen Anliegen an dem zu dämpfenden Trum eines Umschlingungsmittels vorgesehen, sodass ein die Dämpfervorrichtung axial führender Gleitkanal gebildet ist,
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Bei dieser Ausführungsform ist die Dämpfervorrichtung kettengeführt ausgebildet. Das heißt die Dämpfereinrichtung wird axial von dem Umschlingungsmittel mitgenommen, wenn das Umschlingungsmittel aufgrund der Bewegung der Losscheiben beim Verändern der Wirkkreise axial wandert. Beispielsweise beträgt ein solcher Axialweg 5 mm [fünf Millimeter] bis 20 mm. Wird eine solches Seitenführungsflächenpaar nicht vorgesehen, so ist in der Regel die Dämpfereinrichtung axial fest gelagert und weist bauraumbedingt in den meisten Schaltzuständen nur eine axiale Teilüberdeckung mit dem Umschlingungsmittel auf. Damit ist im Vergleich zu einer kettengeführten Dämpfereinrichtung lediglich eine verminderte Dämpfung erzielbar. Bevorzugt weist das Seitenführungsflächenpaar axial beidseitig jeweils eine Einlaufrundung auf, sodass das Umschlingungsmittel sanft in den so gebildeten Gleitkanal geführt ist. Bei einer konventionellen Gleitführung ist eine Seitenführung bauraumbedingt nicht möglich, weil infolge vom relativen Hüpfen das zu führende Trum aus dem Gleitkanal springen, wodurch die Komponenten zueinander verkanten und/oder eine Seitenführungsfläche des Seitenführungsflächenpaars beschädigen können. Infolge der transversalen Beschränkung des relativen Hüpfens mittels des Außenteils ist nun eine Kettenführung einer Gleitführung mittels eines Seitenführungsflächenpaars (nahezu) bauraumneutral möglich.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Seitenführungsflächenpaar von dem Innenteil gebildet.
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Indem das Innenteil, welches aus einem Kunststoff mit sehr guten Trockengleiteigenschaften, beispielsweise mittels Spritzgießen, gebildet ist, wird eine geringe Reibung an dem Seitenführungsflächenpaar erreicht, ohne dass dazu eine zusätzliche Beschichtung vorzusehen ist. Bevorzugt ist das (steife) Außenteil mit dem Seitenführungsflächenpaar transversal überlappend ausgebildet, wodurch eine axiale Versteifung des Seitenführungsflächenpaars erzielbar ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Umschlingungsgetriebe für einen Antriebsstrang, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - eine Getriebeeingangswelle mit einem ersten Kegelscheibenpaar;
- - eine Getriebeausgangswelle mit einem zweiten Kegelscheibenpaar;
- - ein Umschlingungsmittel, mittels welchem das erste Kegelscheibenpaar mit dem zweiten Kegelscheibenpaar drehmomentübertragend verbunden ist;
- - zumindest eine Dämpfervorrichtung nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung, wobei die zumindest eine Dämpfervorrichtung zum Dämpfen des Umschlingungsmittels mit den Gleitflächen an einem Trum des Umschlingungsmittel anliegt.
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Mit dem hier vorgeschlagenen Umschlingungsgetriebe ist ein Drehmoment von einer Getriebeeingangswelle auf eine Getriebeausgangswelle, und umgekehrt, übersetzend beziehungsweise untersetzend übertragbar, wobei die Übertragung zumindest bereichsweise stufenlos einstellbar ist. Ein Umschlingungsgetriebe ist beispielsweise ein sogenanntes CVT (continuous variable transmission) mit einem Zugmittel oder ein Umschlingungsgetriebe mit einem Schubgliederband. Das Umschlingungsmittel ist beispielsweise eine vielgliedrige Kette. Das Umschlingungsmittel wird auf Kegelscheibenpaaren jeweils gegenläufig von radial innen nach außen und umgekehrt verschoben, sodass sich auf einem jeweiligen Kegelscheibenpaar ein Wirkkreis mit einem veränderten Laufradius einstellt. Aus dem Verhältnis der Wirkkreise ergibt sich eine Übersetzung des zu übertragenden Drehmoments. Die beiden Wirkkreise sind mittels eines oberen und eines unteren Trums, nämlich einem Lasttrum, auch Zugtrum beziehungsweise Schubtrum genannt, und einem Leertrum des Umschlingungsmittels miteinander verbunden.
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Im Idealzustand bilden die Trume des Umschlingungsmittels zwischen den beiden Wirkkreisen eine tangentiale Ausrichtung. Diese tangentiale Ausrichtung wird von induzierten Wellenschwingungen überlagert, beispielsweise verursacht durch die endliche Teilung des Umschlingungsmittels sowie infolge des frühzeitigen Verlassens des Wirkkreises bedingt durch die Fluchtbeschleunigung des Umschlingungsmittels.
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Die Dämpfervorrichtung ist eingerichtet, mit ihren Gleitflächen derart an einer korrespondierenden Anliegefläche eines zu dämpfenden Trums, beispielsweise des Lasttrums, anzuliegen, dass solche Wellenschwingungen unterdrückt oder zumindest gedämpft werden. Weiterhin ist für eine Anwendung auch eine Querführung, also in einer Ebene parallel zum gebildeten Umschlingkreis des Umschlingungsmittels, einseitig oder beidseitig eine Führfläche vorgesehen. Damit ist ein Gleitkanal gebildet. Das Trum wird somit in einer Parallelebene zu den Gleitflächen geführt und die Laufrichtung des Trums liegt in dieser Parallelebene. Für eine möglichst gute Dämpfung ist die Gleitfläche, bei einer Gleitführung bevorzugt nur die innere Gleitfläche, möglichst enganliegend an dem Trum des Umschlingungsmittels ausgeführt. Dazu müssen beide Gleitflächen möglichst steif ausgeführt sein.
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Damit die Dämpfervorrichtung der Bewegung des Trums folgen kann, ist ein Schwenklager vorgesehen, auf welchem die Dämpfervorrichtung mit ihrer Schwenkaufnahme aufsitzt.
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Das hier vorgeschlagene Umschlingungsgetriebe weist eine oder zwei Dämpfervorrichtungen auf, von denen zumindest eine Dämpfervorrichtung ein Außenteil mit derart geringer transversaler, und bevorzugt axialer, Ausdehnung aufweist, dass eine solche Dämpfereinrichtung ohne Vergrößerung des erforderlichen Bauraums ein Schubgliederbandgetriebe durch ein CVT ersetzbar ist, wobei wesentlich höhere Drehmomente und/oder Übersetzungsspreizungen erreichbar sind. Bevorzugt ist der Scheibenaußendurchmesser eines ersetzenden CVT identisch mit dem Scheibenaußendurchmesser des zu ersetzenden Schubgliederbandgetriebes.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang, aufweisend ein Antriebsaggregat mit einer Abtriebswelle, zumindest einen Verbraucher und ein Umschlingungsgetriebe nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung, wobei die Abtriebswelle zur Drehmomentübertragung mittels des Umschlingungsgetriebes mit dem zumindest einen Verbraucher mit veränderbarer Übersetzung verbindbar ist.
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Der Antriebsstrang ist dazu eingerichtet, ein von einem Antriebsaggregat, zum Beispiel einer Verbrennungskraftmaschine oder eines Elektromotors, bereitgestelltes und über ihre Antriebswelle abgegebenes Drehmoment für eine Nutzung bedarfsgerecht zu übertragen, also unter Berücksichtigung der benötigten Drehzahl und des benötigten Drehmoments. Eine Nutzung ist beispielsweise ein elektrischer Generator zur Bereitstellung von elektrischer Energie. Um das Drehmoment gezielt und/oder mittels eines Schaltgetriebes mit unterschiedlichen Übersetzungen zu übertragen, ist die Verwendung des oben beschriebenen Umschlingungsgetriebes besonders vorteilhaft, weil eine große Übersetzungsspreizung auf geringem Raum erreichbar ist sowie das Antriebsaggregat mit einem kleinen optimalen Drehzahlbereich betreibbar ist. Umgekehrt ist auch eine Aufnahme einer von zum Beispiel einem Antriebsrad eingebrachten Trägheitsenergie, welches dann in der obigen Definition ein Antriebsaggregat bildet, mittels des Umschlingungsgetriebes auf einen elektrischen Generator zur Rekuperation, also der elektrischen Speicherung von Bremsenergie, mit einem entsprechend eingerichteten Drehmomentübertragungsstrang umsetzbar. Weiterhin sind in einer bevorzugten Ausführungsform eine Mehrzahl von Antriebsaggregaten vorgesehen, welche in Reihe oder parallel geschaltet beziehungsweise voneinander entkoppelt betreibbar sind und deren Drehmoment mittels eines Umschlingungsgetriebes gemäß der obigen Beschreibung jeweils bedarfsgerecht zur Verfügung gestellt werden kann. Beispiele sind Hybridantriebe aus Elektromotor und Verbrennungskraftmaschine, aber auch Mehrzylindermotoren, bei denen einzelne Zylinder (-gruppen) zuschaltbar sind.
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Das hier vorgeschlagene Umschlingungsgetriebe ermöglicht den Einsatz eines sehr großen Scheibenaußendurchmessers, wobei zugleich eine geringe Geräuschemission und ein hoher Wirkungsgrad mittels Unterdrücken oder zumindest Vermindern von Wellenschwingungen des Umschlingungsmittels erreichbar ist. Darüber hinaus sind verringerter Verschleiß an dem Umschlingungsmittel und damit die Lebensdauer des Umschlingungsgetriebes verlängerbar.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, aufweisend zumindest ein Antriebsrad, welches mittels eines Antriebsstrangs nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung antreibbar ist.
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Die meisten Kraftfahrzeuge weisen heutzutage einen Frontantrieb auf und ordnen teilweise das Antriebsaggregat, beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine und/oder einen Elektromotor, vor der Fahrerkabine und quer zur Hauptfahrrichtung an. Der radiale Bauraum ist gerade bei einer solchen Anordnung besonders gering und es ist daher besonders vorteilhaft, ein Umschlingungsgetriebe kleiner Baugröße zu verwenden. Ähnlich gestaltet sich der Einsatz eines Umschlingungsgetriebes in motorisierten Zweirädern, für welche eine deutlich gesteigerte Leistung bei gleichbleibendem Bauraum gefordert wird.
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Verschärft wird diese Problematik bei Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse nach europäischer Klassifizierung. Die verwendeten Aggregate in einem Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse sind gegenüber Personenkraftwagen größerer Wagenklassen nicht wesentlich verkleinert. Dennoch ist der zur Verfügung stehende Bauraum bei Kleinwagen wesentlich kleiner.
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Bei dem hier vorgeschlagenen Kraftfahrzeug mit dem oben beschriebenen Antriebsstrang wird eine geringe Geräuschemission erreicht, womit eine geringerer Aufwand hinsichtlich der Schalldämmung erforderlich ist. Damit ist ein geringerer Bauraumbedarf für das Umschlingungsgetriebe erreicht. Zudem ist es möglich, alternativ oder ergänzend eine geringe Geräuschemission und eine lange Lebensdauer einzurichten.
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Personenkraftwagen werden einer Fahrzeugklasse nach beispielsweise Größe, Preis, Gewicht und Leistung zugeordnet, wobei diese Definition einem steten Wandel nach den Bedürfnissen des Marktes unterliegt. Im US-Markt werden Fahrzeuge der Klasse Kleinwagen und Kleinstwagen nach europäischer Klassifizierung der Klasse der Subcompact Car zugeordnet und im Britischen Markt entsprechen sie der Klasse Supermini beziehungsweise der Klasse City Car. Beispiele der Kleinstwagenklasse sind ein Volkswagen up! oder ein Renault Twingo. Beispiele der Kleinwagenklasse sind ein Alfa Romeo Mito, Volkswagen Polo, Ford Fiesta oder Renault Clio.
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Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in
- 1: eine Gleitschiene mit transversal aufklickbarem Außenteil;
- 2: ein Umschlingungsgetriebe mit einem mittels Gleitschiene geführtem Trum; und
- 3: ein Antriebsstrang in einem Kraftfahrzeug mit Umschlingungsgetriebe.
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In der vorhergehenden und nachfolgenden Beschreibung verwendete Ordinalzahlen dienen, sofern nicht explizit auf das Gegenteilige hingewiesen wird, lediglich der eindeutigen Unterscheidbarkeit und geben keine Reihenfolge oder Rangfolge der bezeichneten Komponenten wieder.
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In 1 ist in einer perspektivischen Explosionsdarstellung eine Dämpfervorrichtung 1 zum Führen und Dämpfen eines ersten Trums 7 eines Umschlingungsmittels 2 eines Umschlingungsgetriebes 3 (vergleiche 2) in einer vorteilhaften Ausführungsform gezeigt. Hierbei ist die äußere Gleitfläche 4 von einer Beschichtung 11 auf einem separaten und einstückig gebildeten Außenteil 9 aus einem Blech gebildet. Die innere Gleitfläche 5 ist von einem einstückigen, bevorzugt spritzgegossenen Polyamid-, Innenteil 10 gebildet. Zum schwenkbaren Lagern der Dämpfervorrichtung 1 ist eine Lageraufnahme 6 vorgesehen, welche beispielsweise konventionell ausgeführt ist. Bei dieser Ausführungsform ist ein (optionales) Seitenführungsflächenpaar 12 zum kettengeführten, also passiven, axialen Bewegen der Dämpfervorrichtung 1 vorgesehen. Das Seitenführungsflächenpaar 12 weist hierbei eine erste Seitenführungsfläche 13 und eine zweite Seitenführungsfläche 14, welche beide von dem Innenteil 10 einstückig gebildet sind. Mittels des Seitenführungsflächenpaars 12 ist somit ein Gleitkanal 15 gebildet. Der Gleitkanal 15 weist hier bei der Einlaufseite 45 vorteilhafterweise eine erste Einlaufrundung 35, eine zweite Einlaufrundung 36 und bei der Auslaufseite 46, bevorzugt zumindest für die Montagesicherheit gleich wie die Einlaufrundungen 35 und 36 gebildete, eine erste Auslaufrundung 37 und eine zweite Auslaufrundung 38 auf. Das Außenteil 9 ist hier (optional) mittels Schnapphaken 16 mittels jeweils eines Hinterschnitts 39 mit dem Innenteil 10 montierbar. Vorteilhafterweise ist hier zudem jeweils ein Hebelelement 42 bei den Schnapphaken 16 vorgesehen, welche eine werkzeugfreie Montage von Hand erlauben. Zur Orientierung ist hier ein (mitbewegtes) Koordinatensystem mit der in der Darstellung etwa horizontale Laufrichtung 17 des zu führenden (ersten) Trums 7 (vergleiche 2) und die senkrechte transversale Richtung 43, sowie die in die Blattseitenebene hineinweisende axiale Richtung 44 gezeigt. Die Ausrichtung ist im Betrieb von dem jeweils eingestellten ersten Wirkkreis 40 und zweiten Wirkkreis 41 abhängig, wie aus der 2 und nachfolgender Erläuterung dazu ersichtlich wird.
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In 2 ist schematisch eine Gleitschiene 1 in einem Umschlingungsgetriebe 3 gezeigt, wobei ein erstes Trum 36 eines Umschlingungsmittels 2 mittels der Gleitschiene 1 geführt und damit gedämpft ist. Das Umschlingungsmittel 2 verbindet drehmomentübertragend ein erstes Kegelscheibenpaar 25 mit einem zweiten Kegelscheibenpaar 26. An dem ersten Kegelscheibenpaar 25, welches hier beispielsweise mit einer Getriebeeingangswelle 19 um eine erste Rotationsachse 27 rotierbar drehmomentübertragend verbunden ist, liegt durch entsprechende Beabstandung in axialer Richtung 44 (entspricht der Ausrichtung der Rotationsachsen 27 und 28) ein erster Wirkkreis 40 an, auf welchem das Umschlingungsmittel 2 abläuft. An dem zweiten Kegelscheibenpaar 26, welches hier beispielsweise mit einer Getriebeausgangswelle 20 um eine zweite Rotationsachse 28 rotierbar drehmomentübertragend verbunden ist, liegt durch entsprechende Beabstandung in axialer Richtung 44 ein zweiter Wirkkreis 41 an, auf welchem das Umschlingungsmittel 2 abläuft. Zwischen den beiden Kegelscheibenpaaren 25 und 26 sind das erste (hier geführte) Trum 36 und das zweite Trum 37 in idealer tangentialer Ausrichtung dargestellt, sodass sich die dazu parallele Ausrichtung der Laufrichtung 17 einstellt. Die hier dargestellte transversale Richtung 43 ist senkrecht zu der Laufrichtung 17 und senkrecht zu der axialen Richtung 44 als dritte Raumachse definiert, wobei dies als ein mitbewegtes Koordinatensystem zu verstehen ist. Daher gilt sowohl die dargestellte Laufrichtung 17 als auch die transversale Richtung 43 nur für die gezeigte Gleitschiene 1 und das erste Trum 36, und zwar nur bei dem dargestellten eingestellten ersten Wirkkreis 40 und korrespondierenden zweiten Wirkkreis 41. Die Gleitschiene 1 liegt mit ihrer äußeren Gleitfläche 4 und ihrer inneren Gleitfläche 5 an dem ersten Trum 36 des Umschlingungsmittels 2 an. Damit die Gleitflächen 4 und 5 der veränderlichen tangentialen Ausrichtung, also der Laufrichtung 17, bei Verändern der Wirkkreise 40 und 41 folgen können, ist die Lageraufnahme 6 auf einem Schwenkmittel 29 mit einer Schwenkachse 21, beispielsweise ein konventionelles Halterohr gelagert. Dadurch ist die Gleitschiene 1 um die Schwenkachse 1 verschwenkbar gelagert, wobei im gezeigten Ausführungsbeispiel die Schwenkbewegung sich aus einer Überlagerung einer reinen Winkelbewegung und einer transversalen Bewegung zusammensetzt, sodass sich abweichend von einer Bewegung entlang einer Kreisbahn eine Bewegung entlang einer ovalen (steileren) Kurvenbahn einstellt. Bei der beispielhaft gezeigten Rotationsrichtung 47 und bei Drehmomenteingang über die Getriebeeingangswelle 19 bildet die Gleitschiene in der Darstellung links die Einlaufseite 45 und rechts die Auslaufseite 46. Das erste Trum 36 bildet bei einer Ausführung als CVT dann das Lasttrum als Zugtrum und das zweite Trum 37 das Leertrum beziehungsweise Schubtrum. Bei einer Ausführung des Umschlingungsmittels 2 als Schubgliederband ist unter ansonsten gleichen Bedingungen entweder
- - das erste Trum 36 als Leertrum mittels der Gleitschiene 1 geführt;
- - die Rotationsrichtung 36 und die Laufrichtung 17 sind bei Drehmomenteingang über das erste Kegelscheibenpaar 25 umgekehrt; oder
- - die Getriebeausgangswelle 41 und die Getriebeeingangswelle 40 sind vertauscht, sodass das zweite Kegelscheibenpaar 26 den Drehmomenteingang bildet.
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In 3 ist ein Antriebsstrang 18 in einem Kraftfahrzeug 24 mit seiner Motorachse 34 quer zur Längsachse 33 vor der Fahrerkabine 32 angeordnet. Hierbei ist das Umschlingungsgetriebe 3 eingangsseitig mit der Abtriebswelle 23 eines Antriebsaggregats 22 verbunden. Ausgangsseitig ist das Umschlingungsgetriebe 3 mit einem rein schematisch dargestellten Abtrieb verbunden, sodass hier ein linkes Antriebsrad 30 und ein rechtes Antriebsrad 31 mit einem Drehmoment von dem Antriebsaggregat 22 mit veränderbarer Übersetzung versorgt sind. Das Antriebsaggregat 22 ist hier rein beispielhaft als drei-zylindrige Verbrennungskraftmaschine dargestellt.
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Mit der hier vorgeschlagenen Dämpfervorrichtung ist bauraumneutral eine verringerte Geräuschemission und ein verbesserter Wirkungsgrad erreichbar, sodass beispielsweise ein Schubgliederbandgetriebe wenig aufwendig durch ein Zugmittelgetriebe (CVT) ersetzbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Dämpfervorrichtung
- 2
- Umschlingungsmittel
- 3
- Umschlingungsgetriebe
- 4
- äußere Gleitfläche
- 5
- innere Gleitfläche
- 6
- Lageraufnahme
- 7
- erstes Trum
- 8
- zweites Trum
- 9
- Außenteil
- 10
- Innenteil
- 11
- Beschichtung
- 12
- Seitenführungsflächenpaar
- 13
- erste Seitenführungsfläche
- 14
- zweite Seitenführungsfläche
- 15
- Gleitkanal
- 16
- Schnapphaken
- 17
- Laufrichtung
- 18
- Antriebsstrang
- 19
- Getriebeeingangswelle
- 20
- Getriebeausgangswelle
- 21
- Schwenkachse
- 22
- Antriebsaggregat
- 23
- Abtriebswelle
- 24
- Kraftfahrzeug
- 25
- erstes Kegelscheibenpaar
- 26
- zweites Kegelscheibenpaar
- 27
- erste Rotationsachse
- 28
- zweite Rotationsachse
- 29
- Schwenkmittel
- 30
- linkes Antriebsrad
- 31
- rechtes Antriebsrad
- 32
- Fahrerkabine
- 33
- Längsachse
- 34
- Motorachse
- 35
- erste Einlaufrundung
- 36
- zweite Einlaufrundung
- 37
- erste Auslaufrundung
- 38
- zweite Auslaufrundung
- 39
- Hinterschnitt
- 40
- erster Wirkkreis
- 41
- zweiter Wirkkreis
- 42
- Hebelelement
- 43
- transversale Richtung
- 44
- axiale Richtung
- 45
- Einlaufseite
- 46
- Auslaufseite
- 47
- Rotationsrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10017005 A1 [0004]
- WO 2014/012741 A1 [0004]
