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Die Erfindung betrifft eine Zugmittelspanneinrichtung für einen Zugmitteltrieb, einen Zugmitteltrieb für einen Antriebsstrang mit einer solchen Zugmittelspanneinrichtung, einen Antriebsstrang mit einem solchen Zugmitteltrieb, sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Antriebsstrang.
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Bei Kraftfahrzeugen mit Hybrid-Antriebsstrang ist in einer bekannten Konfiguration eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Starter-Generator mittels eines Riementriebs, einem sogenannten Riemenstartergenerator, verbunden. Ein solcher Hybrid-Antriebsstrang ist beispielsweise als P0-Mild-Hybrid bekannt. Zum einen wird der Starter-Generator konventionell mittels des Riementriebs zur Erzeugung elektrischer Energie von der Verbrennungskraftmaschine angetrieben. Zum anderen wird mittels des Riemenstartergenerator ein Anlassdrehmoment mittels des Riemens auf die Verbrennerwelle der Verbrennungskraftmaschine übertragen. Beim Anlassen durchläuft die Verbrennerwelle ungünstige Schwingungsfrequenzen, die es zumindest im Lastbetrieb des Riemenstartergenerators zu entkoppeln gilt. Es ist bekannt, in den Riementrieb, beispielsweise an der Rotorwelle des Riemenstartergenerators, einen Riemenscheibenentkoppler vorzusehen, welcher einen Torsionsschwingungsdämpfer umfasst, beispielsweise ein Zweimassenschwungrad. Dieser Torsionsschwingungsdämpfer ist in diese Riemenscheibe zwischen Eingangsseite, beispielsweise einer Riemenaufnahme, und Ausgangsseite, beispielsweise einem Wellenanschluss, integriert. Bei einem Riementrieb ist weiterhin konventionell ein Riemenspanner vorgesehen, welcher mit zumindest einer Spannrolle gegen den Riemen vorgespannt ist, sodass der Riemen eine (nahezu) konstante Vorspannung aufweist. Dazu werden Spannfedern eingesetzt, beispielsweise bei einem Riemenspanner mit zwei Spannrollen zur Anordnung um die Rotorwelle des Riemenstartergenerators mittels einer Bogenfeder.
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Ein Riemenscheibenspanner soll eine notwendige Vorspannkraft realisieren, wobei aber am Ende der Lebensdauer des Riementriebs, oftmals gleich mit der Fahrzeuglebensdauer, diese Vorspannkraft noch derart hoch bleiben muss, dass kritischer Riemenschlupf vermieden ist. Aus den geometrischen Toleranzen und der gegebenen Federsteifigkeit ergibt sich in der Regel eine signifikant höhere Vorspannkraft im Neuzustand. Diese höhere Vorspannkraft verursacht eine höhere Riemenspannung als nötig und infolge der erhöhten Reibung und Wellenquerlast einen höheren Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors.
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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 Zugmittelspanneinrichtung für einen Zugmitteltrieb, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - zumindest eine Spannrolle zum Abrollen auf einem Zugmittel eines Zugmitteltriebs; und
- - zumindest ein Spannmittel zum Vorspannen der Spannrolle gegen ein solches Zugmittel.
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Die Zugmittelspanneinrichtung ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass die Zugmittelspanneinrichtung weiterhin einen Torsionsschwingungsdämpfer mit einer Eingangsseite und einer Ausgangsseite umfasst und die zumindest eine Spannrolle mittels des Torsionsschwingungsdämpfers schwingungsgedämpft ist.
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Es wird im Folgenden auf die genannte Rotationsachse Bezug genommen, wenn ohne explizit anderen Hinweis die axiale Richtung, radiale Richtung oder die Umlaufrichtung 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 hier vorgeschlagene Zugmittelspanneinrichtung ist zum Spannen eines Zugmitteltriebs für beispielsweise einen Hybrid-Antriebsstrang mit einer Verbrennungskraftmaschine und mit einem Riemenstartergenerator eingerichtet. Der Zugmitteltrieb ist beispielsweise ein Riementrieb, beispielsweise mit einem Keilriemen, oder ein Kettentrieb. Die Zugmittelspanneinrichtung weist dazu zumindest eine Spannrolle, beispielsweise zwei Spannrollen auf, welche auf einem Zugmittel, beispielsweise einem Keilriemen, passiv abrollt. Die zumindest eine Spannrolle ist mittels eines Spannmittels gegen das Zugmittel des Zugmitteltriebs vorgespannt, sodass sich entsprechend der Kraft des Spannmittels eine gewünschte Zugmittelspannung ergibt. Zumindest eine der Spannrollen, zumindest die beweglich vorgespannte Spannrolle, beziehungsweise deren jeweilige Rollenachse ist an einem Spannarm gehalten, welcher bei der dämpfenden Spannrolle derart bewegbar, bevorzugt um ein Zentrum verschwenkbar, ausgeführt ist, dass dabei das Spannmittel ausgelenkt wird. Der dämpfende Spannarm ist also mittels des Spannmittels gegen das Zugmittel vorgespannt.
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Hier ist nun vorgeschlagen, dass die Zugmittelspanneinrichtung weiterhin einen Torsionsschwingungsdämpfer umfasst, sodass die Zugmittelspanneinrichtung auch als Zugmittelentkopplungsspanner bezeichnet werden kann. Ein Torsionsschwingungsdämpfer ist beispielsweise aus dem Einsatz in einem Drehmomentübertragungsstrang bekannt. Er ist konventionell dazu eingerichtet, ein Drehmoment zu übertragen, wobei Torsionsschwingungen, beispielsweise induziert von den Zündungen in einer Verbrennungskraftmaschine als Drehmomentquelle, gedämpft werden. Damit lassen sich nachgelagerte Komponenten schonen und die Geräuschemission ist reduziert. Der Torsionsschwingungsdämpfer weist hierzu eine Eingangsseite und eine Ausgangsseite auf. Hier ist aber der Torsionsschwingungsdämpfer nicht konventionell eingesetzt. Vielmehr wird hier kein Drehmoment übertragen, sondern zumindest eine Komponente des Torsionsschwingungsdämpfers ist fixiert. Der Torsionsschwingungsdämpfer ist hier eingerichtet, diese Fixierung zum Erreichen einer möglichst ruhigen Lage der zumindest einen Spannrolle als Gegenlager zu nutzen. Eine (von dem Zugmittel) induzierte Schwingung der zumindest einen Spannrolle arbeitet hier also über den Torsionsschwingungsdämpfer gegen das Gegenlager an. Es sei hier darauf hingewiesen, dass lediglich solche Schwingungen des Zugmittels von dem Torsionsschwingungsdämpfer gedämpft werden, welche saitenartig sind, also mit translatorischen beziehungsweise radialen Schwingungsamplituden bezogen auf die Umlaufrichtung des Zugmittels beziehungsweise des von dem Zugmittel gebildeten Kreises. (Reine) Zugkraftschwankungen führen zu Drehzahlschwankungen an den Spannrollen und somit höchstens mittelbar zu Dämpfungseffekten des Torsionsschwingungsdäm pfers.
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In einer Ausführungsform ist die Eingangsseite fixiert, beispielsweise an einem Motorgehäuse. Zugmittelschwingungen sind dabei einzig mittels der Ausgangsseite des Torsionsschwingungsdämpfers dämpfbar. In einer anderen Ausführungsform der Zugmittelspanneinrichtung ist die Eingangsseite mit einer ersten Spannrolle verbunden und ein Zwischenelement, beispielsweise ein Federanschlag und/oder ein Pendelelement, des Torsionsschwingungsdämpfers ist fixiert, beispielsweise an einem Motorgehäuse. Zugmittelschwingungen sind dann sowohl mittels der Eingangsseite als auch mittels der Ausgangsseite des Torsionsschwingungsdämpfers dämpfbar.
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Die dämpfende Spannrolle, also zumindest die (zweite) Spannrolle der Ausgangsseite, liegt vorgespannt an dem Zugmittel an und lenkt das Zugmittel damit aus. Erhöht sich die Zugmittelspannung infolge einer Zugmittelschwingung, so muss die dämpfende Spannrolle ausgelenkt werden. Der Torsionsschwingungsdämpfer wirkt mit seiner Vorspannung dagegen, sodass sich eine Schwingungseigenschaft derart verändert, also vor allem die Eigenfrequenz des Zugmitteltriebs verschiebt, dass in auslegungsgemäßem Betrieb des Zugmitteltriebs eine Reibkraft an den (antreibenden und angetriebenen) Zugmittelscheiben nicht übermäßig verringert wird und kein kritischer Schlupf auftritt.
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Es sei darauf hingewiesen, dass auch bei einem konventionellen Riemenspanner beim Spannmittel Dämpfungseffekte auftreten und teilweise gezielt eingesetzt werden. Diese Dämpfungseffekte sind aber im Vergleich zu einem Torsionsschwingungsdämpfer (auch als Drehschwingungsdämpfer bezeichnet) so viel geringer, dass dieses Dämpfungsmittel nicht als Torsionsschwingungsdämpfer bezeichnet werden kann. Zumal ist in einem konventionellen Riemenspanner ein solcher Dämpfungseffekt nicht torsional also auf ein Drehmoment gerichtet, sondern wirkt unmittelbar auf den Vorspannungsweg der betreffenden Spannrolle. Ein Torsionsschwingungsdämpfer ist in diesem Zusammenhang vielmehr als eine dem Fachmann bekannte separate Baugruppe anzusehen und/oder als ein Dämpfungsmittel, welches in einem Drehmomentübertragungsstrang zwischengeschaltet ist. Ein solches Dämpfungsmittel ist für eine effiziente Drehmomentübertragung eingerichtet, bei welcher in einem konventionellen Einsatz die Eingangsseite und die Ausgangsseite bei der Drehmomentübertragung (abgesehen von der zu dämpfenden überlagernden Torsionsschwingung synchron) rotieren. Ein Torsionsschwingungsdämpfer wirkt nicht oder nicht allein mittels Reibungseffekten. Ein Torsionsschwingungsdämpfer umfasst eine Schwungmasse und/oder ein Mittel zum Verändern, bevorzugt Verringern, der Eigenfrequenz des gedämpften Systems, beispielsweise mittels Zwischenschalten eines Energiespeicherelements mit verändernder, bevorzugt geringer, (wirksamer) Steifigkeit.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Zugmittelspanneinrichtung vorgeschlagen, dass das Spannmittel von dem Torsionsschwingungsdämpfer gebildet ist.
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Bei dieser Ausführungsform ist vorgeschlagen, dass das Spannmittel der Zugmittelspanneinrichtung von dem Torsionsschwingungsdämpfer selbst gebildet ist, sodass beispielsweise auf eine Bogenfeder, wie sie konventionell in einem Riemenspanner vorgesehen ist, verzichtet werden kann. Der Torsionsschwingungsdämpfer umfasst für die Dämpfung integral zumindest ein Energiespeicherelement, beispielsweise zumindest eine Schraubendruckfeder. Hierbei ist nun der Torsionsschwingungsdämpfer nicht wie bei üblichen Einsätzen eines Torsionsschwingungsdämpfers, beispielsweise im Drehmomentlauf, in sich abgestützt, sondern zumindest die Spannrolle an der Ausgangsseite des Torsionsschwingungsdämpfers bildet den Schwingungseinträger für das zumindest eine Energiespeicherelement des Torsionsschwingungsdämpfers. Das zumindest eine Energiespeicherelement ist an einer fixierten Komponente der Zugmittelspanneinrichtung fixiert gelagert. Beispielsweise ist die Eingangsseite des Torsionsschwingungsdämpfers fixiert, beispielsweise an einem Motorgehäuse, sodass bei einer Ausführungsform mit zwei Spannrollen die andere (beispielsweise erste) Spannrolle fixiert ist beziehungsweise deren Halterung das Gegenlager für das zumindest eine Energiespeicherelement bildet. Hierbei ist die erste Spannrolle wie eine (reine) Umlenkrolle mittels der geometrischen Zuordnung, beispielsweise eingestellt bei der Montage, gegen das Zugmittel im Zugmittelbetrieb vorgespannt und die zweite Spannrolle mittels des zumindest einen Energiespeicherelements des Torsionsschwingungsdämpfers gegen das Zugmittel vorgespannt.
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In einer alternativen Ausführungsform mit zwei Spannrollen ist die erste Spannrolle mit der Eingangsseite und die zweite Spannrolle mit der Ausgangsseite des Torsionsschwingungsdämpfers verbunden, wobei die Eingangsseite und damit die erste Spannrolle nicht fixiert ist. Vielmehr ist ein Zwischenelement, beispielsweise ein Federanschlag und/oder ein Pendelelement, des Torsionsschwingungsdämpfers fixiert. Hierbei ist sowohl die Eingangsseite als auch die Ausgangsseite des Torsionsschwingungsdämpfers frei beweglich, sodass sowohl die erste Spannrolle als auch die zweite Spannrolle mittels des zumindest einen Energiespeicherelements des Torsionsschwingungsdämpfers vorgespannt ist.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Zugmittelspanneinrichtung vorgeschlagen, dass der Torsionsschwingungsdämpfer ein Pendelwippendämpfer ist.
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Bei dieser Ausführungsform ist der Torsionsschwingungsdämpfer als Pendelwippendämpfer ausgeführt, bei welchem das zumindest eine Energiespeicherelement mittels eines Wippenpendels und zumindest einer Rolle, welche zusammen ein sogenanntes Rollengetriebe oder Kurvengetriebe bilden, übersetzend mit der Ausgangsseite des Torsionsschwingungsdämpfers verbunden ist. Der Vorteil eines solchen Pendelwippendämpfers ist unter anderem, dass das zumindest eine Energiespeicherelement mit einer (nahezu beliebig) hohen Steifigkeit ausführbar ist, während zugleich Torsionsschwingungen aufgrund der Übersetzung des Rollengetriebes eine deutlich verringerte Steifigkeit bewirkt. Dies wird dadurch erreicht, dass mittels des Wippenpendels ein großer (erster) Auslenkweg, beispielsweise eine Schwenkbewegung des Spannarms, der zumindest einen Spannrolle in einen verkleinerten (zweiten) Auslenkweg des zumindest einen Energiespeicherelements übersetzt wird. Dies wird dadurch erreicht, dass eine Steigung an dem Wippenpendel für die zumindest eine Rolle derart ausgeführt ist, dass ein (möglichst großer erster Auslenkweg, beispielsweise ein Schwenkwinkel) in einen möglichst kurzen zweiten Auslenkweg des Energiespeicherelements übersetzt wird. Damit ergibt sich an der dämpfenden Spannrolle trotz der (zu) großen Steifigkeit des Energiespeicherelements infolge des langen Rollenwegs eine verringerte wirksame Steifigkeit des Energiespeicherelement. Das Wippenpendel beschreibt allerdings nur dann eine relative Bewegung und führt nur dann eine solche Übersetzung aus, wenn eine Zugmittelschwingung auftritt. Im Übrigen ist also die volle Steifigkeit des Energiespeicherelements an der zumindest einen dämpfenden Spannrolle wirksam.
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Aufgrund der hohen Steifigkeit des zumindest einen einsetzbaren Energiespeicherelements in dem Pendeldämpfer ist die Überhöhung der Vorspannung im Neuzustand verringerbar, weil (beispielsweise wegabhängige) Setzungserscheinungen reduziert sind.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird das zumindest eine Energiespeicherelement über den Verschleiß und die Alterung des Zugmittels entspannt. Die Steifigkeit nimmt damit gegenüber dem Neuzustand des Zugmittels ab und damit wird die Vorspannung reduziert und die Schwingungsdämpfung verändert. Gemäß einem weiteren Aspekt ist der Pendelwippendämpfer derart eingerichtet, dass die Übersetzung über die entspannungsbedingte Verringerung der Steifigkeit des zumindest einen Energiespeicherelements derart verändert ist, dass die Verringerung der Steifigkeit zumindest teilweise, bevorzugt größtenteils, kompensiert ist. Es ist dazu in dieser Ausführungsform mit zunehmender Auslenkung eine Verringerung der Übersetzung eingestellt, sodass die Verringerung der Steifigkeit des zumindest einen Energiespeicherelements teilweise (bevorzugt nahezu vollständig) kompensiert ist. Damit ist weiterhin die Überhöhung der Vorspannkraft im Neuzustand reduzierbar. Bei dieser Ausführungsform ist bevorzugt der Übersetzungsverlauf des Rollengetriebes des Pendelwippendämpfer über den (ersten) Auslenkweg nicht linear, aber bevorzugt stetig.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Zugmittelspanneinrichtung vorgeschlagen, dass wobei die Zugmittelspanneinrichtung eine erste Spannrolle und eine zweite Spannrolle aufweist, welche zum Abrollen auf einem Zugmittel eingerichtet sind und welche mittels des Spannmittels gegen ein solches Zugmittel vorspannbar sind, wobei die erste Spannrolle an der Eingangsseite und die zweite Spannrolle an der Ausgangsseite des Torsionsschwingungsdämpfers angeordnet ist.
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Bei dieser Ausführungsform sind zwei Spannrollen vorgesehen, welche jeweils auf den vom Zugmittel gebildeten Kreis, beispielsweise von radial außen auf das Zugmittel, vorgespannt sind. Die erste der beiden Spannrollen ist dabei an der Eingangsseite des Torsionsschwingungsdämpfers und die zweite der beiden Spannrollen an der Ausgangsseite des Torsionsschwingungsdämpfers angeordnet, beispielsweise jeweils mittels eines Spannarms. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Eingangsseite des Torsionsschwingungsdämpfers fixiert, beispielsweise an einem Motorgehäuse. Die zweite Spannrolle ist dann mit einer Ausgangsseite (dämpfend) bewegbar aufgehängt. Bei der Ausführungsform des Torsionsschwingungsdämpfers als Pendelwippendämpfer ist die Ausgangsseite mittels eines Rollengetriebes mit zumindest einem Energiespeicherelement verbunden, wobei das Energiespeicherelement an der Eingangsseite abgestützt ist. Die Ausgangsseite bildet dann einen Spannarm zu der zweiten Spannrolle, an welchem deren Rollenachse bewegbar, bevorzugt verschwenkbar, gegen das Zugmittel vorgespannt ist. Die erste Spannrolle ist bei einer fixierten Ausführungsform geometrisch gegen das Zugmittel vorgespannt und bei einer nicht fixierten Eingangsseite von dem Energiespeicherelement des Pendelwippendämpfers unmittelbar (beziehungsweise mittels eines entsprechenden Spannarms) vorgespannt. Bei einer solchen Ausführungsform ist beispielsweise das Wippenpendel des Pendelwippendämpfers fixiert, beispielsweise an einem Motorgehäuse.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Zugmitteltrieb vorgeschlagen für einen Antriebsstrang, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - eine erste Zugmittelscheibe zum Verbinden mit einer Antriebswelle einer Antriebsmaschine;
- - eine zweite Zugmittelscheibe zum Verbinden mit einer Rotorwelle eines Nebenaggregats; und
- - ein die erste Zugmittelscheibe und die zweite Zugmittelscheibe drehmomentübertragend verbindendes Zugmittel,
wobei das Zugmittel mittels einer Zugmittelspanneinrichtung nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung gespannt ist.
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Der hier vorgeschlagen Zugmitteltrieb ist beispielsweise ein zum Anlassen einer Verbrennungskraftmaschine eingerichteter Riementrieb eines P0-Mild-Hybriden, welcher eine (anzulassende) Verbrennungskraftmaschine (Antriebsmaschine) und einen (anlassenden) Riemenstartergenerator umfasst. Es sind aber auch Anwendungen außerhalb des Kraftfahrzeugbereichs möglich, beispielsweise bei einer mobilen Verbrennungskraftmaschinen-Anwendung. Das Nebenaggregat ist zur Umwandlung eines Drehmoments in elektrische Energie oder eine andere Leistung, beispielsweise als Klimakompressor zur Kompression eines (Klima-) Gases, eingerichtet, In einer Ausführungsform ist das Nebenaggregat als Startergenerator zudem umgekehrt als Anlasseinrichtung betreibbar, welcher sein Drehmoment mittels des Zugmitteltriebs an die Verbrennungskraftmaschine abgibt.
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Die erste Zugmittelscheibe ist mit der Antriebswelle der Antriebsmaschine, beispielsweise einer Verbrennungskraftmaschine, verbunden und die zweite Zugmittelscheibe ist mit der Rotorwelle des Nebenaggregats verbunden. Optional ist eine dritte oder mehr Zugmittelscheiben an einem beziehungsweise mehreren weiteren Nebenaggregaten vorgesehen. Die Zugmittelspanneinrichtung ist zum Spannen des Zugmittels eingerichtet, bevorzugt mit zwei Spannrollen auf das Zugmittel einwirkend unmittelbar bei der zweiten Zugmittelscheibe angeordnet, sodass damit ein großer Umschlingungswinkel an der zweiten Zugmittelscheibe eingestellt ist, welcher mit abnehmender Spannung in dem Zugmittel von der Zugmittelspanneinrichtung vergrößert wird. Dies wird erreicht, indem zumindest eine der Spannrollen umlaufend zu der zweiten Zugmittelscheibe bewegbar ist, beispielsweise (etwa oder exakt) um die (zweite) Scheibenachse verschwenkbar ist. Beispielsweise ist dafür ein Schwenkzentrum der Zugmittelspanneinrichtung kongruent mit der zweiten Scheibenachse beziehungsweise der (Rotor-) Achse der Rotorwelle. Indem die Zugmittelspanneinrichtung einen Torsionsschwingungsdämpfer umfasst, sind neben der reinen Spannfunktion der Zugmittelspanneinrichtung zudem saitenartige Schwingungen des Zugmittels, also mit Schwingungsamplitude in translatorischer (oder radialer) Richtung zu dem Zugmittel (-kreis), gedämpft und/oder ein resonanzbedingtes saitenartiges Aufschwingen des Zugmittels infolge einer (auslegungsgemäß) verzögerten Reaktion der zumindest einen Spannrolle unterdrückbar.
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In einer Ausführungsform ist zumindest eine der Zugmittelscheiben als Riemenscheibenentkoppler ausgeführt, sodass nicht nur translatorische Schwingungen des Zugmittels, also saitenartige Schwingungen, sondern auch Zugkraftschwingungen, also in Laufrichtung des Zugmittels, dämpfbar sind und somit die Wellen voneinander schwingungsentkoppelt sind.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Zugmittelspanneinrichtung einen Torsionsschwingungsdämpfer ausgeführt als Pendelwippendämpfer, bevorzugt als Spannmittel für zumindest eine der beiden Spannrollen. Bei dem Pendelwippendämpfer ist ein Kurvengetriebe derart eingerichtet, dass eine (wegbedingte) Abnahme der Steifigkeit des zumindest einen Energiespeicherelements mittels der Übersetzungskurven des Kurvengetriebes zumindest teilweise kompensiert ist. Mit beiden Maßnahmen ist eine Überhöhung der Vorspannkraft (für eine ausreichende Vorspannkraft im Altzustand) im Neuzustand reduzierbar.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Antriebsstrang vorgeschlagen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - eine Antriebsmaschine mit einer Antriebswelle;
- - ein Nebenaggregat mit einer Rotorwelle;
- - einen Zugmitteltrieb nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung, mittels welchem die Antriebsmaschine und das Nebenaggregat drehmomentübertragend miteinander verbunden sind.
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Der Antriebsstrang ist dazu eingerichtet, ein von einer Antriebsmaschine, zum Beispiel einer Verbrennungskraftmaschine oder einer elektrischen Antriebsmaschine, bereitgestelltes und über ihre Antriebswelle abgegebenes Drehmoment für zumindest einen Verbraucher zu übertragen. Ein beispielhafter Verbraucher ist in der Anwendung in einem Kraftfahrzeug zumindest ein Antriebsrad für den Vortrieb des Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines Motorrads, und zusätzlich ein Nebenaggregat, beispielsweise ein elektrischer Generator zum Bereitstellen von elektrischer Energie. In einer Ausführungsform sind eine Mehrzahl von Antriebsmaschinen vorgesehen, beispielsweise in einem Hybrid-Antriebsstrang eine Verbrennungskraftmaschine und zumindest eine elektrische Maschine, beispielsweise ein Motor-Generator, bevorzugt ein Startergenerator. Ein solcher Motor-Generator bildet beispielsweise ein Nebenaggregat und ist sowohl zum Aufnehmen eines Drehmoments (zum Erzeugen elektrischer Energie) als auch zum Abgeben eines Drehmoments (zum Boosten und als Startergenerator zudem zum Anlassen der Verbrennungskraftmaschine) eingerichtet. Der Zugmitteltrieb ermöglicht ein Übertragen eines Drehmoments zwischen dem Nebenaggregat und der Antriebsmaschine, wobei mittels der Zugmittelspanneinrichtung eine saitenartige Schwingung des Zugmittels gedämpft ist. Dadurch ist der Drehmomentaufnehmer, beispielsweise die (zweite) Zugmittelscheibe des Nebenaggregats, vor kritischem Schlupf geschützt, also bleibt eine Übertragung eines Drehmoments (beziehungsweise eine Zugkraft in dem Zugmittel) von einer ersten Zugmittelscheibe auf eine zweite Zugmittelscheibe und umgekehrt unbeeinträchtigt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Torsionsschwingungsdämpfer als Pendelwippendämpfer ausgeführt und die Steifigkeit des Spannmittels der Zugmittelspanneinrichtung im Vergleich zu konventionellen Spannmitteln, beispielsweise einer Bogenfeder, vergrößert. In einer bevorzugten Ausführungsform des Torsionsschwingungsdämpfers als Pendelwippendämpfer ist ein Kurvengetriebe derart eingerichtet, dass eine (wegbedingte) Abnahme der Steifigkeit des zumindest einen Energiespeicherelements mittels der Übersetzungskurven des Kurvengetriebes zumindest teilweise kompensiert ist. Mit beiden Maßnahmen ist eine Überhöhung der Vorspannkraft (für eine ausreichende Vorspannkraft im Altzustand) im Neuzustand reduzierbar.
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Der hier vorgeschlagene Zugmitteltrieb weist zudem keine übermäßige Vergrößerung des benötigten Bauraums auf oder sogar eine konventionelle Baugröße im Vergleich zu einem konventionellen Zugmittelspanner. Somit ist die Zugmittelspanneinrichtung ohne weitere notwendige Änderungen ersetzend in einem konventionellen Zugmitteltrieb einsetzbar.
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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 eine oder mehrere Antriebsmaschinen, beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine und/oder eine elektrische Antriebsmaschine, vor oder hinter der Fahrerkabine und quer oder längs zur Hauptfahrrichtung des Kraftfahrzeug an. Es wird eine hohe Laufruhe und die Übertragung großer Drehmoment bei ungünstigen Schwingungsfrequenzen (aufgeladene Verbrennungskraftmaschine mit geringer Zylinderanzahl) gefordert. Schwankungen der Zugmittelspannung induzieren translatorische, also saitenartige, Schwingungen des Zugmittels und können daher zu kritischem Schlupf an den Zugmittelscheiben führen. Besonders bei einem sogenannten Riemenstarter, beispielsweise für eine Start-Stopp-Automatik, wird die Antriebswelle der Verbrennungskraftmaschine über das Zugmittel aus dem Stand in zumindest die notwendige Zünddrehzahl, beispielsweise die Leerlaufdrehzahl, beschleunigt und dabei große Schwankungen der Zugmittelspannung erzeugt.
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Bei dem hier vorgeschlagenen Kraftfahrzeug mit dem oben beschriebenen Antriebsstrang wird ein hoher Wirkungsgrad infolge einer großen Laufruhe und damit sehr konstanter Riemenspannung erreicht, indem ein sehr effizienter Torsionsschwingungsdämpfer in die Zugmittelspanneinrichtung des Zugmitteltriebs des Antriebsstrangs integriert ist. Zugleich ist der benötigte Bauraum zumindest nicht größer als der konventionell verwendete Bauraum und die Kosten sind im Vergleich zu einem konventionellen schwingungsentkoppelnden System nicht vergrößert.
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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 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: ein Zugmitteltrieb mit einer Zugmittelspanneinrichtung;
- 2: eine Zugmittelspanneinrichtung in Draufsicht;
- 3: die Zugmittelspanneinrichtung gemäß 2 in seitlicher Ansicht mit einem R iem enstartergenerator;
- 4: die Zugmittelspanneinrichtung gemäß 2 und 3 in Draufsicht ohne Vorderplatte; und
- 5: ein Kraftfahrzeug mit Antriebsstrang mit Zugmitteltrieb.
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In 1 ist ein Zugmitteltrieb 2 mit einer um eine erste Scheibenachse 31 rotierbaren ersten Zugmittelscheibe 11, einer um eine zweite Scheibenachse 32 rotierbaren zweiten Zugmittelscheibe 12 und einer um eine dritte Scheibenachse 33 rotierbaren dritten Zugmittelscheibe 13 schematisch dargestellt. Bei der zweiten Zugmittelscheibe 12 ist eine Zugmittelspanneinrichtung 1 vorgesehen, welche mit einer um eine erste Rollenachse 29 rotierbaren ersten Spannrolle 3 und einer um eine zweite Rollenachse 30 rotierbaren zweiten Spannrolle 4 auf ein auf die Zugmittelscheiben 11, 12, 13 aufgespanntes Zugmittel 5 einwirkt. Damit ist das Zugmittel 5 möglichst konstant gespannt beziehungsweise ein Drehmoment beziehungsweise eine Zugkraft möglichst konstant übertragbar. Bei dieser Ausführungsform sind die Spannrollen 3, 4 derart verschwenkbar angeordnet, dass ein Umschlingungswinkel an der zweiten Zugmittelscheibe 12 mit abnehmender Zugspannung in dem Zugmittel 5 infolge der inwärtigen Verschwenkung zumindest einer der beiden Spannrollen, bevorzugt einzig der zweiten Spannrolle 4, vergrößert wird. Beispielsweise ist das Zentrum der Schwenkbewegung der zumindest einen Spannrolle 4 kongruent mit der zweiten Scheibenachse 32.
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In 2 ist in Draufsicht eine Ausführungsform einer Zugmittelspanneinrichtung 1 schematisch dargestellt. Vereinfacht gezeigt ist zentral eine (zweite) Zugmittelscheibe 12 mit ihrer (zweiten) Scheibenachse 32. Diese Zugmittelscheibe 12 ist einzig durch die Zugmittelspanneinrichtung 1 hindurchgeführt und trägt zu diesem Bauteil nichts bei. In einer Ausführungsform ist die Zugmittelscheibe 12 neben der Zugmittelspanneinrichtung 1 angeordnet. Hier stellt (optional) diese Scheibenachse 32 das Schwenkzentrum der zweiten Spannrolle 4 dar. Die erste Spannrolle 3 ist hier fixiert ausgeführt nach Art einer reinen Umlenkrolle. Dazu ist ein erster Spannarm 27, an welchem die erste Spannrolle 3 rotierbar um die erste Rollenachse 29 angeordnet ist, mit einer Vorderplatte 35, welche mit einer Rückplatte 34 fixiert ist, hier (optional) mittels einer Vernietung 36 oder Verstiftung (hier ist pars-pro-toto nur einer der vier gezeigten Stifte bezeichnet). Die Rückplatte 34 wiederum ist, hier (optional) mittels einer Verschraubung 37 (hier ist pars-pro-toto nur eine der vier gezeigten Schrauben bezeichnet), mit einem festen Bauteil, beispielsweise einem Motorgehäuse, (hier nicht dargestellt) fixiert. Weiterhin ist ein zweiter Spannarm 28 zu sehen, an welchem die zweite Spannrolle 4 rotierbar um die zweite Rollenachse 30 angeordnet ist. Wie oben bereits angedeutet ist der zweite Spannarm 28 beispielsweise um die Scheibenachse 32 verschwenkbar. Als Spannmittel 6 ist hier ein Torsionsschwingungsdämpfer mit einer Eingangsseite 7 und einer Ausgangsseite 8 vorgesehen, wobei der Torsionsschwingungsdämpfer hier als Pendelwippendämpfer 9 ausgeführt ist. Von diesem Pendelwippendämpfer 9 sind hier lediglich das erste Energiespeicherelement 21 und das zweite Energiespeicherelement 22 zu erkennen. Diese sind an der Eingangsseite 7 abgestützt. Die Eingangsseite 7 des Pendelwippendämpfers 9 ist von der Rückplatte 34, der Vorderplatte 35 und dem ersten Spannarm 27 gebildet. Die Ausgangsseite 8 des Pendelwippendämpfers 9 ist von dem zweiten Spannarm 28 gebildet. Die Energiespeicherelemente 21, 22 sind parallel zueinander verschaltet zwischen der Eingangsseite 7 und der Ausgangsseite 8 beziehungsweise einem Zwischenelement verspannt. Das Zwischenelement wird nachfolgend in 3 und 4 näher erläutert.
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In 3 ist die Zugmittelspanneinrichtung 1 wie in 2 beschrieben in seitlicher Ansicht angeflanscht an ein Nebenaggregat 17, welches beispielsweise als Riemenstartergenerator ausgeführt ist. Es wird insoweit auf die vorhergehende Beschreibung verwiesen. Die Fixierung der Rückplatte 34 mittels der Verschraubung 37 und die Fixierung der Vorderplatte 35 (und damit des ersten Spannarms 27) mittels der (optional als Vernietung 36 ausgeführten) Fixierung ist hier gut zu erkennen. So ist die Eingangsseite 7 des Torsionsschwingungsdämpfers gebildet. Die Energiespeicherelemente 21, 22 (hier ist nur das erste Energiespeicherelement 21 zu sehen) sind an der Eingangsseite 7 abgestützt und gegenüberliegend (je nach Auslenkungsrichtung) an einem Wippenpendel 23, 24 abgestützt. Das Wippenpendel 23, 24 ist über Pendelrollen 25, 26 (hier nicht zu sehen) mit dem zweiten Spannarm 28 verbunden, sodass der zweite Spannarm 28 verschwenkbar gebildet ist, beispielsweise um die (zweite) Scheibenachse 32 der (zweiten) Zugmittelscheibe 12. Somit wird die Vorspannung der Energiespeicherelemente 21, 22 auf den zweiten Spannarm 28 übertragen und der Pendelwippendämpfer 9 bildet das Spannmittel 6 der Zugmittelspanneinrichtung 1, welche so (mit der zweiten Spannrolle 4) auf das Zugmittel 5 einwirkt, beispielsweise wie in 1 gezeigt.
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In 4 ist die Zugmittelspanneinrichtung 1 gemäß 2 und 3 gezeigt, wobei die Draufsicht der Darstellung in 2 entspricht, wobei hier zur besseren Verständlichkeit die Vorderplatte 35 nicht gezeigt ist. Somit wird die Sicht auf die Ausgangsseite 8 frei. Es sei darauf hingewiesen, dass der hier in 4 freigelegte Pendelwippendämpfer 9 beziehungsweise dessen Ausgangsseite 8 lediglich eine mögliche Ausführungsform darstellt. Beispielsweise sind Pendelwippendämpfer 9 mit mehr als einer Pendelrolle 25, 26 pro Wippenpendel 23, 24, beispielsweise zwei oder drei Pendelrollen mit oder ohne Zwangsführung für das jeweilige Wippenpendel 23, 24 und/oder lediglich ein einziger oder mehr, beispielsweise drei, Wippenpendel einsetzbar sind. Weiterhin sind mehr, beispielsweise drei, oder lediglich ein einziges Energiespeicherelement einsetzbar. Die Ausgangsseite 8 umfasst zumindest ein Wippenpendel, hier ein erstes Wippenpendel 23 und ein zweites Wippenpendel 24, gegen welche das zumindest eine Energiespeicherelement 21, 22 gespannt ist, beziehungsweise die Wippenpendel 23, 24 arbeiten gegen die Energiespeicherelemente 21, 22 an. Bei einer Auslenkung der Wippenpendel 23, 24 im Uhrzeigersinn in dieser konkreten Ausführungsform arbeitet das erste Wippenpendel 23 gegen das zweite Energiespeicherelement 22 und das zweite Wippenpendel 24 gegen das erste Energiespeicherelement 21. Bei einer Auslenkung der Wippenpendel 23, 24 im Gegenuhrzeigersinn arbeitet das erste Wippenpendel 23 gegen das erste Energiespeicherelement 21 und das zweite Wippenpendel 24 gegen das zweite Energiespeicherelement 22. Alternativ ist ausschließlich eine einzige Arbeitsrichtung vorgegeben und die Energiespeicherelemente 21, 22 sind dauerhaft zwischen der Eingangsseite 7 und dem zugehörigen Wippenpendel 23, 24 verspannt. Eine schwingungsbedingte Entlastung der Energiespeicherelemente 21, 22 verbleibt (auch dann) stets unterhalb der entspannten Baulänge des jeweiligen Energiespeicherelements 21, 22. Der zweite Spannarm 28 ist einzig mittels der zumindest einen Pendelrolle, hier jeweils einer (einzigen) Pendelrolle 25, 26, mit dem zumindest einen Wippenpendel 23, 24 verbunden. Die Pendelrolle 25, 26 rollt jeweils auf einer Kurvenbahnpaarung ab, welche gemeinsam einen Übersetzungsverlauf zwischen dem zweiten Spannarm 28 definieren. Die Kurvenbahnpaarung weist beispielsweise an dem zweiten Spannarm 28 radial-außen (bezogen auf die zweite Scheibenachse 32) eine erste Abwälzbahn für die jeweilige Pendelrolle 25, 26 auf. Das Wippenpendel 23, 24 weist entsprechend radial-innen (bezogen auf die zweite Scheibenachse 32) eine komplementäre zweite Abwälzbahn für die jeweilige Pendelrolle 25, 26 auf. Infolge der eingestellten Steigung der Abwälzbahnen ergibt sich eine Wippbewegung beziehungsweise eine Bewegung entgegen dem Einfederweg des jeweiligen Energiespeicherelements 21, 22. Der Verdrehwinkel beziehungsweise die Länge der Schwenkbahn (beim maximalen Radius der Energiespeicherelemente 21, 22) der zweiten Spannrolle 4 des zweiten Spannarms 28 ist dabei anders, bevorzugt länger, als der korrespondierende Einfederweg des zugehörigen Energiespeicherelements 21, 22. Damit ist eine Übersetzung eingestellt. Bei einer längeren Schwenkbahn als dem Einfederweg ist die an der Spannrolle wirksame Steifigkeit verringert. Beispielsweise bei einem konventionellen Riemenspanner mit Bogenfeder ist die Länge der Schwenkbahn (beim Radius der Bogenfeder) des zugehörigen Spannarms identisch mit dem Einfederweg. Es sei aber darauf hingewiesen, dass eine solche Übersetzung nicht zwingend notwendig ist. Bevorzugt ist aber die Übersetzung über einen Einfederweg nicht konstant, bevorzugt nicht linear, sondern gemäß einem (beispielsweise empirisch ermittelten) Alterungsverhalten und/oder Verschleißverhalten des Zugmittels 5 kompensierend für einen Verlust an Steifigkeit des Spannmittels 6 (hier der Energiespeicherelemente 21, 22) eingerichtet. Damit ist eine Überhöhung der Vorspannung im Neuzustand besonders effizient verringerbar.
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In 5 ist ein Kraftfahrzeug 18 mit einer (beispielsweise Haupt-) Antriebsmaschine 15, hier beispielhaft als 3-zylindrige Verbrennungskraftmaschine dargestellt, mit einer Antriebswelle 14 bei welcher ein Zugmitteltrieb 2 ein Drehmoment auf ein erstes Nebenaggregat 17, beispielsweise einen Riemenstartergenerator, mit einer Rotorwelle 16 und hier (optional) auf ein zweites Nebenaggregat 38, beispielsweise einen Klimakompressor, überträgt. Die Antriebsmaschine 15, und gegebenenfalls das erste Nebenaggregat 17, sind dazu eingerichtet, ein Drehmoment an das linke Antriebsrad 19 und das rechte Antriebsrad 20 in beispielsweise konventioneller Weise abzugeben. Dies wird hier nicht näher erläutert. Der Zugmitteltrieb 2 ist hier gebildet, indem die Antriebswelle 14 mittels einer ersten Zugmittelscheibe 11, die Rotorwelle 16 mittels einer zweiten Zugmittelscheibe 12 und das zweite Nebenaggregat 38 mittels einer dritten Zugmittelscheibe 13 über das Zugmittel 5 drehmomentübertragend miteinander verbunden sind. Hier (optional) bei der zweiten Zugmittelscheibe 12 ist eine Zugmittelspanneinrichtung 1 vorgesehen, von welcher hier beispielsweise die erste Spannrolle 3 und ein Teil der zweiten Spannrolle 4 zu sehen sind. Die Komponenten des Antriebsstrangs 10 sind hier mit der Motorachse 39 quer zu der Längsachse 40 des Kraftfahrzeugs 18 und vor der Fahrerkabine 41 (bei der Vorderachse) angeordnet. Beides ist unabhängig voneinander optional, also auch eine Anordnung der Motorachse 39 parallel zu der Längsachse 40 und eine Anordnung hinten bei der Hinterachse.
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Mit der hier vorgeschlagenen Zugmittelspanneinrichtung ist eine geringe Überhöhung der Vorspannkraft im Neuzustand erreichbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zugmittelspanneinrichtung
- 2
- Zugmitteltrieb
- 3
- erste Spannrolle
- 4
- zweite Spannrolle
- 5
- Zugmittel
- 6
- Spannmittel
- 7
- Eingangsseite
- 8
- Ausgangsseite
- 9
- Pendelwippendämpfer
- 10
- Antriebsstrang
- 11
- erste Zugmittelscheibe
- 12
- zweite Zugmittelscheibe
- 13
- dritte Zugm ittelscheibe
- 14
- Antriebswelle
- 15
- Antriebsmaschine
- 16
- Rotorwelle
- 17
- erstes Nebenaggregat
- 18
- Kraftfahrzeug
- 19
- linkes Antriebsrad
- 20
- rechtes Antriebsrad
- 21
- erstes Energiespeicherelement
- 22
- zweites Energiespeicherelement
- 23
- erstes Wippenpendel
- 24
- zweites Wippenpendel
- 25
- erste Pendelrolle
- 26
- zweite Pendelrolle
- 27
- erster Spannarm
- 28
- zweiter Spannarm
- 29
- erste Rollenachse
- 30
- zweite Rollenachse
- 31
- erste Scheibenachse
- 32
- zweite Scheibenachse
- 33
- dritte Scheibenachse
- 34
- Rückplatte
- 35
- Vorderplatte
- 36
- Vernietung
- 37
- Verschraubung
- 38
- zweites Nebenaggregat
- 39
- Motorachse
- 40
- Längsachse
- 41
- Fahrerkabine
