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Die Erfindung betrifft eine Gleitschiene für ein Umschlingungsmittel eines Umschlingungsgetriebes, ein Umschlingungsgetriebe mit einer solchen Gleitschiene, 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 der 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. 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 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.
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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 Gleitschiene 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;
- - eine Lageraufnahme,
wobei die Gleitflächen zum dämpfenden Anliegen an einem Trum eines Umschlingungsmittels eingerichtet sind und die Lageraufnahme ein Ausrichten der Gleitflächen abhängig von der Ausrichtung des zu dämpfenden Trums eingerichtet ist.
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Die Gleitschiene ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass rückseitig der inneren Gleitfläche ein Axialsteg mit axialer Erstreckung vorgesehen 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 Gleitschiene ist gemäß dem Stand der Technik zum Dämpfen eines Umschlingungsmittels, beispielsweise einer Gliederkette oder eines Riemens, eines Umschlingungsgetriebes mit zwei Kegelscheibenpaaren eingerichtet. Das heißt die Gleitschiene 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 Gleitschiene 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 Gleitschiene 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.
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Damit die Gleitschiene 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 Gleitschiene 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 dämpfend anliegen.
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Bei dieser Gleitschiene ist rückseitig der inneren Gleitfläche, also innenseitig, ein Axialsteg vorgesehen. Dieser Axialsteg erstreckt sich in Laufrichtung, beispielsweise als zu der inneren Gleitfläche weg oder zu geneigte oder gebeugte Kurve. Der Axialsteg steht aber seitlich, also mit einer axialen Erstreckung aus einer Versteifungsrippe hervor. Eine solche Versteifungsrippe ist beispielsweise konventionell ausgeführt und weist eine Erstreckung in Laufrichtung auf, welche einem Großteil, beispielsweise 80 %, oder der gesamten Erstreckung der inneren Gleitfläche entspricht. Die Versteifungsrippe dient der Versteifung der inneren Gleitfläche. Mit der Versteifungsrippe und dem Axialsteg ist also eine Art T-Träger an der Rückseite der Gleitfläche, beziehungsweise dem die Gleitfläche bildenden Gleitelement mit einer transversalen Erstreckung rückseitig der trumseitigen Gleitfläche, gebildet. Bei einer Ausführungsform der Gleitschiene mit zwei Schienenhälften, welche axial, beispielsweise symmetrisch, miteinander fügbar sind, ist bei zumindest einer der Schienenhälften anstelle einer L-Form (Hochstrich entspricht Versteifungsrippe und Grundstrich entspricht der Gleitfläche) eine C-Form gebildet (Axialsteg bildet den zusätzlichen Horizontalstrich). Gemäß einer Ausführungsform verjüngt sich der Axialsteg in Laufrichtung von einer Mitte, beispielsweise bei der Lageraufnahme, hin zu einem Ende der Gleitfläche, also einer Einlaufseite und/oder einer Auslaufseite. Dadurch ist die Gleitschiene gegenüber einer sich nicht verjüngenden (und gleich breiten maximalen axialen Erstreckung) weiter in den Bereich eines Kegelscheibenpaars hinein verlängerbar.
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In einer Ausführungsform ist die Versteifungsrippe aus einer einzigen oder einer Mehrzahl von, zumindest über einen Teil der transversalen Erstreckung, axial voneinander beabstandeten Einzelrippen gebildet. In einer Ausführungsform sind eine oder mehrere Öffnungen in der Versteifungsrippe oder einer der Rippen einer mehrteiligen Versteifungsrippe vorgesehen.
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Obwohl die axiale Erstreckung aufgrund des sich zur jeweiligen Rotationsachse der Kegelscheibenpaare verjüngenden Freiraums gerade besonders kritisch ist, wurde überraschend festgestellt, dass der erzielte Versteifungseffekt durch den Axialsteg sehr groß ist. Und zwar ist unter Einhaltung oder sogar einer Steigerung der konventionellen Steifigkeit der inneren Gleitfläche die Bautiefe der Versteifungsrippe in transversaler Richtung gegenüber einer konventionellen Ausführungsform derart verringerbar, dass die Gleitfläche in Vergleich zu einer konventionellen Ausführungsform in Laufrichtung verlängerbar ist. Dadurch beginnt die innere Gleitfläche näher beim Übergang von dem umschlungenen Anteil des Wirkkreises in den tangentialen Trum. Damit baut sich die Amplitude der Wellenschwingung nicht so stark auf und es wird eine deutlich verbesserte Dämpfung des geführten Trums erzielt. Alternativ oder zusätzlich ist der Materialeinsatz und sind damit Kosten zur Herstellung einer solchen Gleitschiene reduzierbar.
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Als weiterer Effekt ist erzielbar, dass der minimale transversale Abstand der inneren Gleitfläche zu der Begrenzung einer transversalen Bewegung der Lageraufnahme auf einem Schwenklager verkürzbar ist. Und zwar ist dies infolge einer möglichen Verringerung der der transversalen Bauhöhe der Versteifungseinrichtung, beispielsweise durch Verkürzen der Versteifungsrippe im Vergleich zu einer konventionellen Ausführungsform, erreichbar. Das hat zur Folge, dass die maximale transversale Bewegung der Gleitschiene verlängerbar ist, sodass mittels einer nun möglichen verbesserten Nachführung der Gleitflächen die Überdeckung des zu führenden Trums in Laufrichtung mit den oben genannten vorteilhaften Effekten vergrößerbar ist.
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Darüber hinaus ist dadurch überraschend erreichbar, dass die relevante Bauteilträgheit der Gleitschiene beim Verstellen der Wirkkreise deutlich reduziert ist. Damit ist der Wirkungsgrad steigerbar und/oder sind die Stellkräfte verringerbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Gleitschiene mittels Spritzguss, bevorzugt aus einem, unter Umständen faserverstärkten, Kunststoff mit guten Trockengleiteigenschaften, hergestellt. Ein solcher Kunststoff ist beispielsweise ein Polyamid. Bevorzugt sind zwei, bevorzugt formschlüssig, miteinander zu fügende Schienenhälften gebildet. Die beiden Schienenhälften sind, bevorzugt in einer Ebene mit der axialen Richtung als Flächennormale mittig des Umschlingungsmittels, zu einer Gleitschiene zu fügen. Eine solche Schienenhälfte ist bevorzugt trotz einsatzbedingt geringer zulässiger Fertigungstoleranzen für die Fertigung mittels für die Großserienfertigung geeignet häufig wiederverwendbarer zweiteiliger Spritzgussmatrizen geeignet.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Gleitschiene verbindet zumindest eine Transversalrippe die innere Gleitfläche und den Axialsteg miteinander.
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Gemäß dieser Ausführungsform ist eine Transversalrippe vorgesehen, welche eine axiale Erstreckung aufweist, und sich bevorzugt wie der Axialsteg axial aus der Versteifungsrippe erstreckt. Die Transversalrippe verbindet die innere Gleitfläche und den Axialsteg axial außerhalb der axialen Erstreckung der Versteifungsrippe miteinander. Somit ist axial außerhalb der axialen Erstreckung der Versteifungsrippe eine Fachwerkversteifung für die Gleitfläche gebildet. Die transversale Bauhöhe der Versteifungseinrichtung ist damit weiter verringerbar und/oder die Steifigkeit der inneren Gleitfläche steigerbar.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Gleitschiene umfasst die Gleitschiene zwei Schienenhälften, wobei jede der Schienenhälften baugleich ausgeführt ist und jeweils eine Hälfte der äußeren Gleitfläche und der inneren Gleitfläche bildet, wobei die Schienenhälften mittels zumindest zwei bajonettartigen Verschlüssen, jeweils umfassend eine Aufnahmeöffnung und einen korrespondierenden Verbindungshaken, miteinander verbindbar sind.
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Bei dieser Ausführungsform sind zwei baugleiche Schienenhälften vorgesehen, wie dies bei einigen konventionellen Ausführungsformen bereits bekannt ist. Diese sind bei der Montage axialzueinander auf das zu führende Trum aufführbar, beziehungsweise eine Schienenhälfte ist bereits montiert und die andere ist axial aufführbar, wobei (wegen Baugleichheit pro Schienenhälfte jeweils) ein Verbindungshaken in eine korrespondierende Aufnahmeöffnung der jeweils anderen Schienenhälfte eingeführt wird. Alternativ ist nur ein Verbindungshaken mit korrespondierender Aufnahmeöffnung oder nicht baugleiche Verbindungshaken mit korrespondierender Aufnahmeöffnung abweichend von der Baugleichheit vorgesehen. Anschließend werden die Schienenhälften einander entgegengesetzt in Laufrichtung verschoben, sodass der zumindest eine Verbindungshaken hinter einen Hinterschnitt bei der korrespondierenden Aufnahmeöffnung greift. Dadurch wird ein Formschluss, bevorzugt ein Kraftschluss mit Axialkraftkomponente, zwischen den beiden Schienenhälften gebildet. Die innere Gleitfläche und die äußere Gleitfläche setzen sich dann aus jeweils einer Hälfte der entsprechenden Komponente der Gleitschiene zusammen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die zumindest eine Transversalrippe nach vorhergehender Beschreibung in Laufrichtung des zu dämpfenden Trums zwischen der Lageraufnahme und der betreffenden Aufnahmeöffnung angeordnet.
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Bei dieser Ausführungsform ist die jeweilige Aufnahmeöffnung, welche rückseitig der inneren Gleitfläche angeordnet ist, in Laufrichtung näher bei der Einlaufseite beziehungsweise der Auslaufseite der Gleitschiene als die Transversalrippe. Bisher war die Schwächung der (konventionellen) Versteifungseinrichtung ohne Axialsteg und Transversalrippe durch die Aufnahmeöffnung so groß, dass diese weit zur Mitte, also in Laufrichtung bei der Lageraufnahme angeordnet werden musste. Damit ist der Abstand in Laufrichtung zwischen zwei bajonettartigen Verschlüssen gering und damit eine geringe Steifigkeit gegen ein Vertwisten um eine axiale Achse der beiden Schienenhälften zueinander gering beziehungsweise bedingt durch das Spiel der formschlüssigen Verbindung ein Vertwistwinkel groß. Damit ist die Dämpfungswirkung beeinträchtigt.
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Infolge der nun möglichen Verlagerung des bajonettartigen Verschlusses in Laufrichtung weg von der Mitte beziehungsweise der Lageraufnahme ist ein möglicher Vertwistwinkel bei gleichem Spiel beziehungsweise gleicher Steifigkeit des Verschlusses an sich verringerbar. Damit ist die Dämpfungswirkung verbessert.
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Bei allen vorgenannten Ausführungsformen ist bevorzugt zu einer Mittelebene mit der axialen Richtung als Flächennormale, beispielsweise der Fügeebene bei einer zweiteiligen Ausführungsform der Gleitschiene, bevorzugt mit baugleichen Schienenhälften, die axiale Erstreckung des Axialstegs und/oder der Transversalrippe symmetrisch gebildet. Dies ist hinsichtlich der Baugleichheit und/oder der Auslegung der Gleitfläche vorteilhaft.
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Ebenfalls bei allen vorgenannten Ausführungsformen alternativ oder zusätzlich ist es möglich, die Steifigkeit der äußeren Gleitfläche, zumindest einlaufseitig, gegenüber einer konventionellen Ausführungsform zu verringern, weil eine daraus folgende einlaufseitig geringere Energieentnahme mittels der äußeren Gleitfläche mittels einer infolge der höheren Steifigkeit beziehungsweise dem frühzeitigeren Anliegen der inneren Gleitfläche zumindest kompensierbar ist. Die Verringerung der Steifigkeit der äußeren Gleitfläche ist beispielsweise zumindest einlaufseitig mittels einer Verringerung der transversalen Bauhöhe rückseitig der äußeren Gleitfläche, also nach transversal außen, erzielbar. Dies ermöglicht neben einer Verlängerung der inneren Gleitfläche auch eine Verlängerung der äußeren Gleitfläche in Laufrichtung, sodass einlaufseitig bereits vor einem Auftreten einer größeren Amplitude den Wellenschwingungen des zu führenden Trums durch das steife und/oder frühzeitige Anliegen der Gleitflächen eine große Energiemenge entnehmbar ist und damit eine verbesserte Dämpfung erzielbar ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Gleitschiene bildet der Axialsteg eine innenseitige Begrenzung der Versteifungseinrichtung der inneren Gleitfläche, wobei sich der Axialsteg über zumindest 80 % der Gesamterstreckung der inneren Gleitfläche erstreckt, und bevorzugt gerade ausgeführt ist.
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Gemäß dieser Ausführungsform ist die Versteifungseinrichtung, umfassend beispielsweise die Versteifungsrippe und den Axialsteg und bevorzugt auch die Transversalrippe, durch den Axialsteg in transversaler Richtung nach innen, also hin zum anderen (nicht von dieser Gleitschiene geführten) Trum, begrenzt. Lediglich die Lageraufnahme oder zusätzlich eine nah bei der Lageraufnahme angeordnete Rippe bis maximal 40 % der Gesamterstreckung der inneren Gleitfläche erstreckt sich nach innen über den Axialsteg hinaus.
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Bevorzugt erstreckt sich der Axialsteg über zumindest 80 %, besonders bevorzugt über 90 %, der Gesamterstreckung der inneren Gleitfläche. Dadurch wird eine besonders große Versteifung erreicht. Infolge der bereits oben genannten möglichen Verringerung der transversalen Tiefe der Versteifungsrippe der Versteifungseinrichtung der inneren Gleitfläche ist dennoch im Vergleich zu einer konventionellen Ausführungsform einer Gleitschiene eine Verlängerung der inneren Gleitfläche möglich. In einer Ausführungsform der Gleitschiene ist die Erstreckung des Axialstegs bezogen auf die Schwenkachse beziehungsweise die Lageraufnahme symmetrisch angeordnet. In einer anderen Ausführungsform erstreckt sich der Axialsteg verlagert hin zu der Einlaufseite des Trums. Die Einlaufseite des Trums ist die Seite, an welcher das zu führende Trum das Kegelscheibenpaar verlässt und dann in die Gleitschiene einläuft. Hier tritt die aus der Fluchtbeschleunigung resultierende Wellenschwingung mit den größten Transversalkräften auf. An der Auslaufseite des Trums, also wo das zu führende Trum aus der Gleitschiene ausläuft und in das andere Kegelscheibenpaar eintritt, sind die Transversalkräfte infolge der Dämpfungsstrecke der Gleitschiene, der Radialzugkraft in den Wirkkreis hinein und der Trumspannung (in Laufrichtung) gedämpft und sind damit geringer als an der Einlaufseite. Eine symmetrische Ausführungsform hat demgegenüber den Vorteil, dass eine von der Laufrichtung unabhängige Fertigung möglich ist und/oder die Gleitschiene eine höhere Montagesicherheit aufweist und/oder an beiden Trumen einsetzbar ist.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Axialsteg gerade, beispielsweise parallel zu der Laufrichtung, ausgeführt. Dadurch ist die Fertigung und die Auslegung der Versteifungseinrichtung, beispielsweise hinsichtlich des Verformungsverhaltens der inneren Gleitfläche, vereinfacht.
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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 Gleitschiene nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung, wobei die zumindest eine Gleitschiene zum Dämpfen des Umschlingungsmittels mit den Gleitflächen an einem Trum des Umschlingungsmittels 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 Gleitschiene 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.
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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 möglichst enganliegend an dem Trum des Umschlingungsmittels ausgeführt. Dazu muss die Gleitfläche 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 Gleitschienen auf, von denen zumindest eine Gleitschiene eine besonders steife innere Gleitfläche aufweist. Dies ist mittels des oben beschriebenen Axialstegs, und bevorzugt der zumindest einen Transversalrippe, erreicht. Bevorzugt ist zudem die Erstreckung der inneren Gleitfläche in Laufrichtung gegenüber einer konventionellen Ausführungsform verlängert und somit ein, zumindest einlaufseitig des zu führenden Trums, frühzeitigeres Anliegen der inneren Gleitfläche erreicht. Damit ist der Dämpfungseffekt und damit der Wirkungsgrad des Umschlingungsgetriebes verbessert und die Geräuschemission verringert.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Umschlingungsgetriebes ist die innere Gleitfläche an ihrer maximalen axialen Breite gleich breit oder schmaler als das zu dämpfende Trum.
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Obwohl mit einer Verbreiterung der inneren Gleitfläche eine höhere Steifigkeit der inneren Gleitfläche erreichbar ist, hat sich überraschend gezeigt, dass mit der hier vorgeschlagenen Versteifungseinrichtung ein derartige Versteifung der inneren Gleitfläche erreichbar ist, dass diese bei ihrer maximalen axialen Breite gleich breit oder sogar schmaler als das zu führende Trum ausführbar ist. Dadurch ist es darüber hinaus möglich, die Schwenkachse weiter zum gegenüberliegenden Trum des Umschlingungsmittels, also nach transversal innen, zu verlagern. Daraus wiederum folgt, dass eine Schwenkbewegung ermöglicht ist, welche näher an einer reinen Rotation (Änderung des Polarwinkels) um die Schwenkachse liegt und also eine geringere Transversalbewegung (Änderung des Polarwinkels) ausführt. Damit wiederum ist eine Verlängerung der inneren Gleitfläche mit oben genannten Vorteilen ermöglicht.
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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 einer den vorhandenen Bauraum effizient ausnutzenden Gleitschiene, sodass sehr gute Dämpfungseigenschaften aufgrund einer Steigerung der Steifigkeit der inneren Gleitfläche erzielbar ist. Damit sind die Geräuschemissionen eines solchen Antriebsstrang reduziert. Damit ist auch der Wirkungsgrad infolge einer Minderung der Schwingungen steigerbar. 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 Schienenhälfte einer Gleitschiene;
- 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 eine erste Schienenhälfte
11 beziehungsweise eine zweite Schienenhälfte
12, welche baugleich ausgebildet sind und mittels des (bajonettartigen) ersten Verschlusses
13 beziehungsweise zweiten Verschlusses
14 miteinander zu einer Gleitschiene
1 fügbar sind. Der Verschluss
13,
14 weist dazu eine hier gut sichtbare Aufnahmeöffnung
15 mit einer Hinterschnittfläche
39 auf, hinter welche ein Verbindungshaken
16 (hier verdeckt, vergleiche Stand der Technik, beispielsweise ähnlich wie in der
WO 2014/012 741 A1 gezeigt, nur hier mit einer Hintergreif-Lasche mit Ausrichtung in oder gegen die Laufrichtung anstatt einer Hintergreif-Lasche mit Ausrichtung in transversaler Richtung) zumindest in axialer Richtung
44 formschlüssig, bevorzugt zudem kraftschlüssig, greift. Zusammen montiert bilden die beiden Schienenhälften
11 und
12 eine äußere Gleitfläche
4 (hier verdeckt) und eine innere Gleitfläche
5. In transversaler Richtung
43 innen (bei gemäß den Bezugszeichen etwa horizontaler Ausrichtung der Gleitflächen
4 und
5 in der Darstellung unterhalb der inneren Gleitfläche
5) ist die Lageraufnahme
6 für eine verschwenkbare (und hier auch transversal bewegbare) Lagerung der Gleitschiene
1 zu gewährleisten. Die innere Gleitfläche
5 weist eine Gesamterstreckung
35 in Laufrichtung
17 (vergleiche
2) und eine (im zusammengesetzten Zustand als Gleitschiene
1) maximale axiale Breite
38 im Bereich der Lageraufnahme auf. Rückseitig der inneren Gleitfläche
5 ist eine Versteifungseinrichtung
10 vorgesehen, welche zum Versteifen der inneren Gleitfläche
5 eingerichtet ist. Diese umfasst im gezeigten Beispiel eine Versteifungsrippe
42, welche sich in transversaler Richtung hier über die ganze Länge der Gesamterstreckung
35 erstreckt. Die Versteifungsrippe
42 ist hier (pro Schienenhälfte
11,
12) axial einteilig ausgeführt und weist eine Rippenbreite mit einer axialen Erstreckung aufweist, welche über die ganze Länge der Gesamterstreckung
35 geringer ist als die Breite der inneren Gleitfläche
5. Die Versteifungsrippe
42 und damit die Versteifungseinrichtung
10 ist transversal innen (also hier in der Darstellung unten) mittels eines Axialstegs
7 begrenzt. Allein die Lageraufnahme
6 erstreckt sich nach transversal innen über den Axialsteg
7 hinaus. Der Axialsteg
7 weist eine Erstreckung
8 in Laufrichtung
17 (vergleiche
2) auf, welche etwas mehr als 80 % der Gesamterstreckung
35 der inneren Gleitfläche
5 entspricht und etwa mittig symmetrisch dazu angeordnet ist. In der gezeigten Variante verjüngt sich der Axialsteg hin zur Einlaufseite
45 beziehungsweise Auslaufseite
46. (Einlaufseitig) in Laufrichtung
17 zwischen der Aufnahmeöffnung
15 und der Lageraufnahme
6 ist eine Transversalrippe
9 vorgesehen, welche die innere Gleitfläche
5 und den Axialsteg
7 miteinander in transversaler Richtung
43 verbindet. Bevorzugt ist eine solche Transversalrippe
9 auch auslaufseitig vorgesehen.
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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 Gleitschiene sind eine verringerte Geräuschemission und ein verbesserter Wirkungsgrad mittels einer bauraumgünstigen Versteifung der inneren Gleitfläche erreichbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gleitschiene
- 2
- Umschlingungsmittel
- 3
- Umschlingungsgetriebe
- 4
- äußere Gleitfläche
- 5
- innere Gleitfläche
- 6
- Lageraufnahme
- 7
- Axialsteg
- 8
- Erstreckung
- 9
- Transversalrippe
- 10
- Versteifungseinrichtung
- 11
- erste Schienenhälfte
- 12
- zweite Schienenhälfte
- 13
- erster Verschluss
- 14
- zweiter Verschluss
- 15
- Aufnahmeöffnung
- 16
- Verbindungshaken
- 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
- Gesamterstreckung
- 36
- erstes Trum
- 37
- zweites Trum
- 38
- maximale Breite
- 39
- Hinterschnittfläche
- 40
- erster Wirkkreis
- 41
- zweiter Wirkkreis
- 42
- Versteifungsrippe
- 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, 0054]
