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Die Erfindung betrifft eine Gleitschiene für ein Umschlingungsgetriebe, ein Umschlingungsgetriebe mit einer solchen Gleitschiene für einen Antriebsstrang, 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 einen Antriebsstrang, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs 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. Die (erste) Kegelscheibe, auch als Losscheibe oder Wegscheibe bezeichnet, ist entlang Ihrer Wellenachse verlagerbar und die (zweite) Kegelscheibe, auch als Festscheibe bezeichnet, steht in Richtung der Wellenachse fest. Solche Umschlingungsgetriebe sind seit langem, beispielsweise aus der
DE 100 17 005 A1 bekannt.
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Im Betrieb des Umschlingungsgetriebes wird das Umschlingungsmittel infolge der Kegelflächen der Kegelscheiben mittels einer relativen Axialbewegung der Kegelscheiben eines Kegelscheibenpaars zwischen einer inneren Position (kleiner Wirkkreis) und einer äußeren Position (großer Wirkkreis) in einer radialen Richtung verlagert. Das Umschlingungsmittel läuft damit auf einem veränderbaren Wirkkreis, also mit veränderbarem Laufradius, ab. Dadurch ist eine unterschiedliche Drehzahlübersetzung und Drehmomentübersetzung von einem Kegelscheibenpaar auf das andere Kegelscheibenpaar stufenlos einstellbar.
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Das Umschlingungsmittel bildet zwischen den beiden Kegelscheibenpaaren zwei Trume, 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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Die Richtung senkrecht zu dem (jeweiligen) Trum und von innenseitig nach außenseitig oder umgekehrt weisend wird als Transversalrichtung bezeichnet. Die Transversalrichtung des ersten Trums ist daher nur bei gleich großen Laufradien an den beiden Kegelscheibenpaaren parallel zu der Transversalrichtung des zweiten Trums. Die Richtung senkrecht zu den beiden Trumen und von einer Kegelscheibe zu jeweils der anderen Kegelscheibe eines Kegelscheibenpaares weisend wird als Axialrichtung bezeichnet. Dies ist also eine zu den Rotationsachsen der Kegelscheibenpaare parallele Richtung. Die dritte Raumrichtung in der (idealen) Ebene des (jeweiligen) Trums wird als Laufrichtung beziehungsweise als Gegenlaufrichtung oder als longitudinale Richtung bezeichnet. Die Laufrichtung, Transversalrichtung und Axialrichtung spannen somit ein (im Betrieb) mitbewegtes kartesisches Koordinatensystem auf. Es ist zwar angestrebt, dass die Laufrichtung die ideal-kürzeste Verbindung zwischen den anliegenden Laufradien der beiden Kegelscheibenpaare bildet, aber im dynamischen Betrieb kann die Ausrichtung des jeweiligen Trums kurzfristig oder dauerhaft von dieser ideal-kürzesten Verbindung abweichen.
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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 anliegenden (Gleit-) Fläche 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 angeordneter, Gleitfläche ausgeführt.
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Alternativ ist die Dämpfervorrichtung als Gleitschiene mit beidseitiger Gleitfläche, also sowohl außenseitiger, also außerhalb des gebildeten Umschlingungskreises, als auch innenseitiger Gleitfläche zu dem betreffenden Trum des Umschlingungsmittels ausgebildet. Eine Gleitfläche wird auch als Führungsfläche bezeichnet. Bei einer Gleitschiene werden die beiden einander transversal gegenüberliegenden, also antagonistischen beziehungsweise antagonistisch auf das zu dämpfende Trum einwirkenden, Gleitflächen gemeinsam als Führungskanal oder Gleitkanal bezeichnet.
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Die Dämpfervorrichtung ist mittels einer Schwenkmittelaufnahme auf einem Schwenkmittel 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 und 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 (Laufradien) des Umschlingungsgetriebes die Dämpfervorrichtung der daraus resultierenden neuen (tangentialen) Ausrichtung des Umschlingungsmittels geführt folgen kann.
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Dämpfereinrichtungen bestehen zurzeit aus Kunststoff, zum Beispiel einem reibungsarmen Polyamid, beispielsweise Polyamid, bevorzugt PA46. Die Ausdehnungsänderung des Umschlingungsmittels, beispielsweise einer Kette aus Stahl, ist geringer als die des Kunststoffes der Dämpfereinrichtung, was für den Gleitkanal einer Gleitschiene problematisch sein kann hinsichtlich einer zu hohen Haltekraft infolge einer übermäßigen Klemmung und hinsichtlich einer guten Akustikeffizienz über den gesamten Betriebstemperaturbereich.
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Im Stand der Technik ist der Gleitkanal einer Gleitschiene in drei Hauptbereiche geteilt, nämlich zwei Randbereiche (auch als Ketteneinlauf und Kettenauslauf bezeichnet), sowie ein mittlerer Bereich in der Umgebung eines (transversal die Gleitflächen verbindenden) Stegs, welcher hier als Mittenbereich bezeichnet wird. Der Mittenbereich weist gemäß dem Stand der Technik eine größere Kanalhöhe auf als in dem Randbereich und die Übergänge zwischen Randbereich und dem Mittenbereich. Im Stand der Technik wird der Gleitkanal einer Gleitschiene eben ausgelegt, mit abweichend davon einer Kanalerweiterung in dem Mittenbereich (Stegbereich) um zu verhindern, dass die Gleitschiene das Umschlingungsmittel bei Kaltstart (niedrige Temperatur) mit einer zu hohen Kraft klemmt.
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Infolge eines betriebsbedingten Temperaturanstiegs in dem Umschlingungsgetriebe verändert sich das Volumen des Kunststoffes der Gleitschiene, so dass sich damit die Gleitschienengeometrie, insbesondere des Gleitkanals ändert. Ein Grund für die größere Kanalhöhe in dem Mittenbereich der Gleitschiene im Vergleich zu deren Randbereichen ist es, zu verhindern, dass das Umschlingungsmittel in dem Mittenbereich der Gleitschiene bei niedrigen Temperaturen übermäßig geklemmt wird. Der Mittenbereich der Gleitschiene ist nämlich steifer als deren Randbereiche, weil der Mittenbereich in der Nähe des (transversal die Gleitflächen verbindenden) Stegs angeordnet ist. Dieser Aufbau führt dazu, dass bei Betriebstemperatur in dem Mittenbereich mehr Spiel zwischen Gleitschiene und Umschlingungsmittel als erforderlich vorhanden ist. Die potenzielle akustische Wirksamkeit der Gleitschiene wird damit nicht komplett ausgenutzt. Die Art des Kontakts zwischen Gleitkanal und Umschlingungsmittel ist ein entscheidender Faktor für die Fähigkeit einer Gleitschiene, Schwingungen des Umschlingungsmittels zu beruhigen.
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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 Umschlingungsgetriebe, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - einen Gleitkanal mit einer Kanalhöhe gebildet von zwei antagonistischen Gleitflächen zum jeweils dämpfenden Anliegen an einem Trum eines Umschlingungsmittels eines Umschlingungsgetriebes; und
- - eine Schwenkmittelaufnahme zum schwenkbaren Abstützen der Gleitschiene auf einem Schwenkmittel eines Umschlingungsgetriebes.
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Die Gleitschiene ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Gleitflächen ein kolbenartiges Einsatzelement aufweist, wobei das zumindest eine Einsatzelement mittels eines Stellfluids hydrostatisch oder pneumatisch in Transversalrichtung bewegbar ist.
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Es wird im Folgenden auf die genannten mitbewegten Raumrichtungen Bezug genommen, wenn ohne explizit anderen Hinweis die Axialrichtung, Transversalrichtung oder die Longitudinalrichtung und entsprechende Begriffe verwendet werden. 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. Eine Ordinalzahl größer eins bedingt nicht, dass zwangsläufig eine weitere derartige Komponente vorhanden sein muss.
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Die Gleitschiene ist gemäß dem Stand der Technik zum Führen beziehungsweise Dämpfen eines Umschlingungsmittels beziehungsweise zumindest eines Trums eines Umschlingungsmittels eines Umschlingungsgetriebes eingerichtet. Das Umschlingungsmittel und das Umschlingungsgetriebe ist beispielsweise vorbekannt ausgeführt. Das Umschlingungsmittel ist beispielsweise eine Laschenkette mit Wiegedruckstücken in einem Zugmitteltrieb oder ein Schubgliederband in einem Schubgliedertrieb.
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Die Gleitschiene umfasst zwei antagonistische Gleitflächen, welche jeweils zum Anliegen an dem Umschlingungsmittel in einem als Trum ausgeformten Bereich eingerichtet ist. Der Gleitkanal weist eine Kanalhöhe auf, welche dem transversalen Abstand zwischen den zwei antagonistischen Gleitflächen entspricht.
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Damit die Gleitflächen entsprechend der (Soll-) Ausrichtung des zu führenden Trums nachführbar ist, ist eine Schwenkmittelaufnahme für ein die Gleitschiene lagerndes Schwenkmittel vorgesehen. Das Schwenkmittel ist oftmals als stehendes Bauteil, beispielsweise als Rohr, ausgeführt und zwischen der Lagerfläche und dem Schwenkmittel findet eine Relativbewegung statt, wenn die Gleitschiene der geänderten Ausrichtung des Trums folgt. Das Schwenkmittel lagert die Gleitschiene schwenkbar. Mittels der Schwenkmittelaufnahme ist also die Gleitschiene auf einem Schwenkmittel eines Umschlingungsgetriebes schwenkbar abgestützt.
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Für viele Anwendungen ist es vorteilhaft, die Gleitschiene mehrteilig, beispielsweise zweiteilig, auszuführen, beispielsweise für eine einfache Montierbarkeit in einem Umschlingungsgetriebe. Dann sind zwei oder mehr separate Trägerkörper vorgesehen, welche miteinander mechanisch, beispielsweise formschlüssig und/oder kraftschlüssig, beispielsweise als 1-Klick-Schiene, miteinander verbunden sind. In einer bevorzugten Ausführungsform sind zwei Trägerkörper vorgesehen, welche jeweils baugleich hinsichtlich der zumindest einen Gleitfläche und der Lagerfläche, oder insgesamt identisch ausgeführt. Die beiden Trägerkörper weisen bevorzugt jeweils einen, beispielsweise gleichen, Anteil der jeweiligen Gleitfläche und/oder der Schwenkmittelaufnahme auf.
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Hier ist nun vorgeschlagen, dass die erste Gleitfläche und/oder die zweite Gleitfläche zumindest ein Einsatzelement aufweist, welches jeweils derartig als transversale Erhebung hin zu dem Umschlingungsmittel transversal bewegbar gelagert ist, dass die Kanalhöhe über den Verlauf entlang der Longitudinalrichtung lokal verändert ist.
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Beispielsweise definiert das zumindest eine Einsatzelement in der zugehörigen Gleitfläche allein die Anliegefläche zum unmittelbaren (Gleit-) Kontakt der betroffenen Gleitfläche mit dem Trum des Umschlingungsmittels. Die Anliegefläche ist bevorzugt hinsichtlich einer geringen Reibung beziehungsweise eines geringen Verschleißes zumindest an dem Umschlingungsmittel und bevorzugt an der (übrigen oder gesamten) Gleitfläche ausgelegt. Beispielsweise weist die Anliegefläche eine sanfte Steigung, eine geringe Oberflächenrauigkeit und/oder Selbstschmiereigenschaften auf. Dass das Einsatzelement beziehungsweise die Mehrzahl der Einsatzelemente allein die Anliegefläche bildet, gilt zumindest unter der Annahme einer ideal-tangentialen Ausrichtung des zu dämpfenden Trums, also des schwingungsfreien Trums, und/oder über einen Teilbereich in der Umgebung mit longitudinaler Erstreckung. Beispielsweise definiert das Einsatzelement beziehungsweise die Mehrzahl der Einsatzelemente bei einer vorbestimmten transversalen Stellung, beispielsweise Raumtemperatur oder einer Betriebstemperatur beziehungsweise einem Betriebstemperaturbereich, allein die Anliegefläche. Beispielsweise ist in einem kalten Zustand, bei welchem zwischen den übrigen Bereichen der zugehörigen Gleitfläche ein Spiel zu dem zu führenden Trum des Umschlingungsmittels vorliegt, eine Klemmung eingestellt, indem das Einsatzelement transversal hin zu dem Trum herausgefahren wird. In einem betriebswarmen Zustand ist das zumindest eine Einsatzelement beispielsweise vollständig eingefahren, sodass eine Zunahme der Klemmung unterbunden ist. In einer Ausführungsform bildet das Einsatzelement in einem eingefahrenen Zustand noch immer, zumindest für vorbestimmte Schwingungsformen des zu führenden Trums, eine Anliegefläche. In einer Ausführungsform ist die Elastizität des pneumatisch oder hydrostatisch transversal gehaltenen Einsatzelements genutzt, welches so als Dämpfer und/oder als Tilgermasse auf das zu führende Trum einwirkt.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Gleitschiene vorgeschlagen, dass zumindest eines der Einsatzelemente dichtungsfrei ausgeführt ist und/oder zumindest eines der Einsatzelemente mit einem Dichtmittel versehen ist.
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In einer Ausführungsform ist das eine oder die Mehrzahl von Einsatzelementen dichtungsfrei, also ohne separate Dichtmittel, ausgeführt, wobei eine Leckage in Kauf genommen oder gewünscht ist, beispielsweise vorteilhaft bei einer Stellflüssigkeit (Hydrostatik) bei einem nass-laufenden Umschlingungsgetriebe.
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In einer Ausführungsform ist das eine oder die Mehrzahl von Einsatzelementen mit einem Dichtmittel versehen, wobei eine Leckage unterbunden oder zumindest vernachlässigbar ist. Bei einer Stellflüssigkeit (Hydrostatik) bei einem trocken-laufenden Umschlingungsgetriebe oder bei einem leckage-kritischen Stellgas (Pneumatik) ist eine solche Ausführungsform vorteilhaft. Ein Dichtmittel umfasst beispielsweise einen O-Ring, ein Dichtungslabyrinth und/oder zumindest eine dynamische Dichtlippe.
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In einer Ausführungsform ist ein Teil der Einsatzelemente dichtungsfrei ausgeführt und ein Teil der Einsatzelemente mit einem Dichtmittel versehen. Dies ist beispielsweise für ein unterschiedliches Dämpfungsverhalten der Einsatzelemente vorteilhaft.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Gleitschiene vorgeschlagen, dass zumindest eines der Einsatzelemente zumindest eine Schmieröffnung aufweist.
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In dieser Ausführungsform ist das eine oder die Mehrzahl von Einsatzelementen mit zumindest einer Schmieröffnung, beispielsweise einer Kapillare, versehen, wobei eine derart gesteuerte Leckage gewünscht ist, beispielsweise vorteilhaft bei einer Stellflüssigkeit (Hydrostatik) bei einem nass-laufenden Umschlingungsgetriebe. Beispielsweise ist zudem die Dämpfungseigenschaft des betroffenen Einsatzelements verändert im Vergleich zu einem identischen Einsatzelement ohne Schmieröffnung. Vorteilhaft ist diese Ausführungsform besonders bei einer Stellflüssigkeit (Hydrostatik) bei einem nass-laufenden Umschlingungsgetriebe.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Gleitschiene vorgeschlagen, dass das Stellfluid dem jeweiligen Einsatzelement mittels:
- - eines flexiblen Leitungselements; und/oder
- - der Schwenkmittelaufnahme zuführbar ist.
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Ein flexibles Leitungselement, beispielsweise ein Schlauch, ist beispielsweise vorteilhaft zum Entkoppeln von Körperschall auf das pneumatische oder hydrostatische Versorgersystem und anliegende Bauteile, besonders auf das Getriebegehäuse. Zudem ist darüber eine Elastizität der Ausfahrstellung des zumindest einen Einsatzelements einstellbar.
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Das Leitungselement in die Schwenkmittelsaufnahme zu integrieren ist besonders vorteilhaft hinsichtlich der Kompaktheit des Gesamtaufbaus. Zudem ist darüber eine hohe Steifigkeit aufgrund der in Bezug auf die vorliegenden Kräfte an den Einsatzelementen steifen Leitungswandung hinsichtlich der Ausfahrstellung des zumindest einen Einsatzelements erzeugt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Umschlingungsgetriebe für einen Antriebsstrang vorgeschlagen, 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 und welches zwischen den beiden Kegelscheibenpaaren zwei Trume bildet; und
- - zumindest eine Gleitschiene nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung, wobei die zumindest eine Gleitschiene zum Dämpfen des Umschlingungsmittels mit den Gleitflächen an einem der Trume 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 wie eingangs dargestellt ausgeführt und die Gleitschiene erfüllt die eingangs erläuterte Aufgabe.
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Die Komponenten des Umschlingungsgetriebes sind meist von einem Getriebegehäuse eingefasst und/oder gelagert. Beispielsweise ist das Schwenklager für die Schwenkmittelaufnahme als Halterohr an dem Getriebegehäuse befestigt und/oder bewegbar gelagert. Die Getriebeeingangswelle und die Getriebeausgangswelle erstrecken sich von außerhalb in das Getriebegehäuse hinein und sind bevorzugt mittels Lagern an dem Getriebegehäuse abgestützt. Die Kegelscheibenpaare sind mittels des Getriebegehäuses eingehaust, und bevorzugt bildet das Getriebegehäuse das Widerlager für das axiale Betätigen der bewegbaren Kegelscheiben. Weiterhin bildet das Getriebegehäuse bevorzugt Anschlüsse zum Befestigen des Umschlingungsgetriebes und beispielsweise für die Versorgung mit hydraulischer Flüssigkeit. Das Getriebegehäuse weist dazu eine Vielzahl von Randbedingungen auf und muss in einen vorgegebenen Bauraum passen. Aus diesem Zusammenspiel ergibt sich eine Innenwandung, welche die Form und Bewegung der Komponenten beschränkt. Diese stellt gerade für die schwenkbare Gleitschiene die maßgebliche Begrenzung dar, sodass die Form zum Erreichen einer möglichst guten Dämpfungseigenschaft anhand des Getriebegehäuses beziehungsweise dessen Innenwandung konstruiert werden muss.
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Das hier vorgeschlagene Umschlingungsgetriebe weist eine oder zwei Gleitschienen auf, von denen zumindest eine Gleitschiene gemäß obiger Beschreibung eine besonders gute Dämpfungseigenschaft unter Ausschluss einer übermäßigen Klemmwirkung und bei gleichzeitig geringer Verschleißwirkung an dem Umschlingungsmittel und/oder der Gleitschiene aufweist. Dies ist mittels des zumindest einen Einsatzelements erreicht.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Antriebsstrang vorgeschlagen, aufweisend zumindest ein Antriebsaggregat mit einer Antriebswelle, zumindest einen Verbraucher und ein Umschlingungsgetriebe nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung, wobei die Antriebswelle 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 oder einer Mehrzahl von Antriebsaggregaten, zum Beispiel einer Verbrennungskraftmaschine und/oder einer elektrischen Maschine, bereitgestelltes und über ihre jeweilige Antriebswelle, beispielsgemäß also die Verbrenner-Antriebswelle und/oder die elektrische Antriebswelle (Rotorwelle), abgegebenes Drehmoment für eine Nutzung durch einen Verbraucher bedarfsgerecht zu übertragen, also unter Berücksichtigung der benötigten Drehzahl und des benötigten Drehmoments. Eine Nutzung ist beispielsweise ein elektrischer Generator zum Bereitstellen von elektrischer Energie oder die Übertragung eines Drehmoments auf ein Antriebsrad eines Kraftfahrzeugs zu dessen Vortrieb.
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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 Trägheitsenergie, von zum Beispiel einem Antriebsrad eingebrachten, welches dann in der obigen Definition ein Antriebsaggregat bildet, mittels des Umschlingungsgetriebes auf einen elektrischen Generator zur Rekuperation (der elektrischen Speicherung von Bremsenergie) mit einem entsprechend eingerichteten Drehmomentübertragungsstrang umsetzbar. In einer bevorzugten Ausführungsform sind 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 bedarfsgerecht zur Verfügung gestellt werden kann. Ein Anwendungsbeispiel ist ein Hybrid-Antriebsstrang, umfassend eine elektrische Antriebsmaschine und eine Verbrennungskraftmaschine.
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Das hier vorgeschlagene Umschlingungsgetriebe ermöglicht den Einsatz einer Gleitschiene, bei welcher sehr gute Dämpfungseigenschaften aufgrund eines über einen großen Betriebsbereich engen Gleitkanals erzielbar sind. Damit sind die Geräuschemissionen eines solchen Antriebsstrangs reduziert. Damit ist auch der Wirkungsgrad infolge einer Minderung der Schwingungen steigerbar. Mittels des zumindest einen Einsatzelements ist zugleich ein geringer Verschleiß an dem Umschlingungsmittel und/oder der Gleitschiene erreichbar und damit die Lebensdauer des Umschlingungsgetriebes verlängerbar.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, 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 eine elektrische Maschine, 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 im Vergleich zu vorbekannten Zweirädern stets gesteigerte Leistung bei gleichbleibendem Bauraum gefordert wird. Mit der Hybridisierung der Antriebsstränge verschärft sich diese Problemstellung auch für Hinterachsanordnungen, und auch hier sowohl in Längsanordnung als auch in Queranordnung der Antriebsaggregate.
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Bei dem hier vorgeschlagenen Kraftfahrzeug mit dem oben beschriebenen Antriebsstrang wird eine geringe Geräuschemission erreicht, womit ein 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 Ka+ oder Renault Clio. Bekannte Voll-Hybride in der Kleinwagenklasse sind der BMW i3, der Audi A3 e-tron oder der Toyota Yaris Hybrid.
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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: schematisch eine Gleitschiene in einer ersten Ausführungsform;
- 2: schematisch eine Gleitschiene in einer zweiten Ausführungsform;
- 3: ein Umschlingungsgetriebe mit einem mittels Gleitschiene geführten Trum; und
- 4: ein Antriebsstrang in einem Kraftfahrzeug mit Umschlingungsgetriebe.
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In 1 ist eine Gleitschiene 1 in schematischer Ansicht von der Seite gezeigt, sodass sich in der Darstellung in der Blattebene die Longitudinalrichtung 34 waagerecht und die Transversalrichtung 14 vertikal, sowie die Axialrichtung 35 senkrecht in die Blattebene hinein (oder hinaus) erstreckt. Die Laufrichtung 48 des zu führenden beziehungsweise zu dämpfenden Trums 25 des Umschlingungsmittels 8 (vergleiche 3) entspricht beispielsweise der dargestellten Pfeilrichtung der Longitudinalrichtung 34 und definiert so den Verlauf durch den Gleitkanal 3, welcher von der ersten Gleitfläche 6 und der (mittels eines Stegs 36 verbundene) dazu antagonistisch ausgerichteten zweiten Gleitfläche 7 der Gleitschiene 1 gebildet ist. Eine Schwenkmittelaufnahme 9 ermöglicht die Ausrichtbarkeit des Gleitkanals 3 (vergleiche 3). Bei der gezeigten Ausführungsform sind in der zweiten Gleitfläche 7 ein erstes Einsatzelement 11 und ein zweites Einsatzelement 12 vorgesehen, welche kommunizierend mit einer Druckkammer 47 verbunden sind und kolbenartig transversal bewegbar (infolge einer Volumenänderung in der Druckkammer 47) gelagert sind. Beispielsweise ist hier ein Bausatzsystem einer Gleitschiene 1 gezeigt, bei welcher für einen Anwendungsfall unterschiedliche Einsatzelemente 11, 12 einsetzbar sind. Die Druckkammer 47 wird mittels eines hier (optional) als flexibles Schlauchelement ausgeführtes Leitungselement 19 mit einem Stellfluid versorgt beziehungsweise die Einsatzelemente 11, 12 werden darüber betätigt. In einer Ausführungsform bilden diese auf der Seite der zweiten Gleitfläche 7 zumindest bei ideal-tangentialem Trum 25 (vergleiche 3) die einzigen Anliegeflächen der zweiten Gleitfläche 7 und ansonsten ist ein Spiel oder zumindest kein Ausüben einer Haltekraft auf ein zu führendes Trum 25 vorgesehen. Damit ist selbst bei einer Ausführungsform, bei welcher die Einsatzelemente 11, 12 auch bei einem Kaltstart auslegungsgemäß eine (zulässige) Klemmung bewirken, infolge der geringen Ausdehnung der Gesamt-Anliegefläche eine (zumindest übermäßige) Klemmung im Kaltstart sicher unterbunden. Die Einsatzelemente 11, 12 definieren somit eine zweite Kanalhöhe 5 zu der ersten Gleitfläche 6, welche geringer ist als die erste Kanalhöhe 4 der übrigen Bereiche der zweiten Gleitfläche 7 zu der ersten Gleitfläche 6. In einem Betriebszustand ist die zweite Kanalhöhe 5 veränderbar; beispielsweise so veränderbar, dass auch weitere Bereiche der Gleitflächen 6, 7 als Anliegeflächen mitwirken. In der gezeigten Ausführungsform ist das erste Einsatzelement 11 (optional) mit einem ersten Dichtmittel 15 und das zweite Einsatzelement 12 (optional) mit einem zweiten Dichtmittel 16 versehen. Dies ist beispielsweise bei einem trocken-laufenden Umschlingungsgetriebe 2 (vergleiche 3) vorteilhaft.
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In 2 ist eine weitere Ausführungsform einer Gleitschiene 1 gezeigt, welche der Übersichtlichkeit halber ähnlich wie die Ausführungsform gemäß 1 dargestellt ist. Insofern wird auch auf die vorstehende Beschreibung Bezug genommen. Hier sind ein drittes Einsatzelement 13 vorgesehen, welches in die erste Gleitfläche 6 integriert ist. Die gezeigte Gleitschiene 1 weist drei Unterschiede auf, welche jeweils unabhängig voneinander sind und ebenso bei der Ausführungsform in 1 mit entsprechender Anpassung umsetzbar sind:
- - das dritte Einsatzelement 13 erstreckt sich longitudinal über den Hauptteil der zugehörigen (ersten) Gleitfläche 6;
- - das das dritte Einsatzelement 13 weist keine Dichtmittel auf und weist zudem (optional) eine erste Schmieröffnung 17 und eine zweite Schmieröffnung 18 auf, was für ein nass-laufendes Umschlingungsgetriebe vorteilhaft ist; und
- - die Druckkammer 47 wird durch das Schwenkmittel 10, welches als (starres) Leitungselement 19 ausgeführt ist, mit dem Stellfluid versorgt.
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In 3 ist schematisch eine Gleitschiene 1 in einem Umschlingungsgetriebe 2 gezeigt, wobei ein erstes Trum 25 eines Umschlingungsmittels 8 mittels der Gleitschiene 1 geführt und damit gedämpft ist. Das Umschlingungsmittel 8 verbindet drehmomentübertragend ein erstes Kegelscheibenpaar 22 mit einem zweiten Kegelscheibenpaar 24. An dem ersten (hier eingangsseitigen) Kegelscheibenpaar 22, welches hier beispielsweise mit einer Getriebeeingangswelle 21 um eine eingangsseitige Rotationsachse 40 rotierbar drehmomentübertragend verbunden ist, liegt durch entsprechende Beabstandung in Axialrichtung 35 (entspricht der Ausrichtung der Rotationsachsen 40, 41) ein eingangsseitiger Wirkkreis 43 an, auf welchem das Umschlingungsmittel 8 abläuft. An dem zweiten (hier ausgangsseitigen) Kegelscheibenpaar 24, welches hier beispielsweise mit einer Getriebeausgangswelle 23 um eine ausgangsseitige Rotationsachse 41 rotierbar drehmomentübertragend verbunden ist, liegt durch entsprechende Beabstandung in Axialrichtung 35 ein ausgangsseitiger Wirkkreis 44 an, auf welchem das Umschlingungsmittel 8 abläuft. Das (veränderbare) Verhältnis der beiden Wirkkreise 43, 44, und ergibt das Übersetzungsverhältnis zwischen der Getriebeeingangswelle 21 und der Getriebeausgangswelle 23.
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Zwischen den beiden Kegelscheibenpaaren 22, 24, sind das erste (hier geführte) Trum 25 und das zweite Trum 26 in idealer tangentialer Ausrichtung dargestellt, sodass sich die dazu parallele Ausrichtung der Longitudinalrichtung 34 einstellt. Die hier dargestellte Transversalrichtung 14 ist senkrecht zu der Longitudinalrichtung 34 und senkrecht zu der Axialrichtung 35 als dritte Raumachse definiert, wobei dies als ein (wirkkreisabhängig) mitbewegtes Koordinatensystem zu verstehen ist. Daher gilt sowohl die dargestellte Longitudinalrichtung 34 als auch die Transversalrichtung 14 nur für die gezeigte Gleitschiene 1 und das erste Trum 25, und zwar nur bei dem dargestellten eingestellten eingangsseitigen Wirkkreis 43 und korrespondierenden ausgangsseitigen Wirkkreis 44.
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Die Gleitschiene 1 liegt mit ihrer ersten (hier transversal-inneren) Gleitfläche 6 und ihrer mittels des Stegs 36 damit verbundenen zweiten (hier transversal-äußeren) Gleitfläche 7 an dem ersten Trum 25 des Umschlingungsmittels 8 an. Damit die Gleitflächen 6, 7, der veränderlichen tangentialen Ausrichtung, also der Longitudinalrichtung 34, bei Verändern der Wirkkreise 43, 44 folgen können, ist die Schwenkmittelaufnahme 9 auf einem Schwenkmittel 10 mit einer Schwenkachse 45, beispielsweise einem konventionellen Halterohr, gelagert. Dadurch ist die Gleitschiene 1 um die Schwenkachse 45 verschwenkbar gelagert. Im gezeigten Ausführungsbeispiel setzt die Schwenkbewegung sich aus einer Überlagerung einer reinen Winkelbewegung und einer transversalen Bewegung entlang einer Transversalachse 46 zusammen, sodass sich abweichend von einer Bewegung entlang einer Kreisbahn eine Bewegung entlang einer ovalen (steileren) Kurvenbahn einstellt.
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Bei der beispielhaft gezeigten Umlaufrichtung 42 und bei Drehmomenteingang über die Getriebeeingangswelle 21 bildet die Gleitschiene 1 in der Darstellung links die Einlaufseite und rechts die Auslaufseite aus. Das erste Trum 25 bildet bei einer Ausführung als Zugmitteltrieb dann das Lasttrum 25 als Zugtrum und das zweite Trum 26 das Leertrum 26. Die Laufrichtung 48 entspricht der dargestellten Pfeilrichtung der Longitudinalrichtung 34. Bei einer Ausführung des Umschlingungsmittels 8 als Schubgliederband ist unter ansonsten gleichen Bedingungen entweder das erste Trum 25 als Leertrum 26 mittels der Gleitschiene 1 geführt oder das erste Trum 25 ist als Lasttrum 25 und Schubtrum ausgeführt und:
- - die Umlaufrichtung 42 und die Laufrichtung 48 sind bei Drehmomenteingang über das erste Kegelscheibenpaar 22 umgekehrt; oder
- - die Getriebeausgangswelle 23 und die Getriebeeingangswelle 21 sind vertauscht, sodass das zweite Kegelscheibenpaar 24 den Drehmomenteingang bildet.
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In 4 ist ein Antriebsstrang 20 in einem Kraftfahrzeug 33 mit seiner Motorachse 39 (optional) quer zur Längsachse 38 (optional) vor der Fahrerkabine 37 angeordnet. Hierbei ist das Umschlingungsgetriebe 2 eingangsseitig mit der elektrischen Antriebswelle 30 der elektrischen Maschine 28 und mit der Verbrenner-Antriebswelle 29 der Verbrennungskraftmaschine 27 verbunden. Von diesen Antriebsaggregaten 27, 28, beziehungsweise über deren Antriebswellen 29, 30, wird gleichzeitig oder zu unterschiedlichen Zeiten ein Drehmoment für den Antriebsstrang 20 abgegeben. Es ist aber auch ein Drehmoment von zumindest einem der Antriebsaggregate 27, 28, aufnehmbar, beispielsweise mittels der Verbrennungskraftmaschine 27 zum Motorbremsen und/oder mittels der elektrischen Maschine 28 zur Rekuperation von Bremsenergie. Ausgangsseitig ist das Umschlingungsgetriebe 2 mit einem rein schematisch dargestellten Abtrieb verbunden, sodass hier ein linkes Antriebsrad 31 (Verbraucher) und ein rechtes Antriebsrad 32 (Verbraucher) mit einem Drehmoment von den Antriebsaggregaten 27, 28, mit veränderbarer Übersetzung versorgbar sind.
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Mit der hier vorgeschlagenen Gleitschiene ist eine effiziente Dämpfung über einen weiten Betriebsbereich unter gleichzeitigem Ausschluss eines übermäßigen Klemmens erreicht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gleitschiene
- 2
- Umschlingungsgetriebe
- 3
- Gleitkanal
- 4
- erste Kanalhöhe
- 5
- zweite Kanalhöhe
- 6
- erste Gleitfläche
- 7
- zweite Gleitfläche
- 8
- Umschlingungsmittel
- 9
- Schwenkmittelaufnahme
- 10
- Schwenkmittel
- 11
- erstes Einsatzelement
- 12
- zweites Einsatzelement
- 13
- drittes Einsatzelement
- 14
- Transversalrichtung
- 15
- erstes Dichtmittel
- 16
- zweites Dichtmittel
- 17
- erste Schmieröffnung
- 18
- zweite Schmieröffnung
- 19
- Leitungselement
- 20
- Antriebsstrang
- 21
- Getriebeeingangswelle
- 22
- erstes Kegelscheibenpaar
- 23
- Getriebeausgangswelle
- 24
- zweites Kegelscheibenpaar
- 25
- Lasttrum
- 26
- Leertrum
- 27
- Verbrennungskraftmaschine
- 28
- elektrische Maschine
- 29
- Verbrenner-Antriebswelle
- 30
- elektrische Antriebswelle
- 31
- linkes Antriebsrad
- 32
- rechtes Antriebsrad
- 33
- Kraftfahrzeug
- 34
- Longitudinalrichtung
- 35
- Axialrichtung
- 36
- Steg
- 37
- Fahrerkabine
- 38
- Längsachse
- 39
- Motorachse
- 40
- eingangsseitige Rotationsachse
- 41
- ausgangsseitige Rotationsachse
- 42
- Umlaufrichtung
- 43
- eingangsseitiger Wirkkreis
- 44
- ausgangsseitiger Wirkkreis
- 45
- Schwenkachse
- 46
- Transversalachse
- 47
- Druckkammer
- 48
- Laufrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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