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Die Erfindung betrifft eine Gleitführung, ein Gleitführungspaar für ein Umschlingungsgetriebe sowie ein Umschlingungsgetriebe, insbesondere für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
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Aus dem Stand der Technik sind Umschlingungsgetriebe bekannt, mit welchen zumindest bereichsweise eine stufenlose Veränderung der Übersetzung (beziehungsweise Untersetzung) möglich ist. Hierzu sind zwei Kegelscheibenpaare vorgesehen, welche jeweils zwei Kegelscheiben aufweisen. Die Kegelscheiben sind jeweils mit ihrer Mantelfläche aufeinander zu ausgerichtet und entlang ihrer gemeinsamen Rotationsachse relativ zueinander zwischen einer maximal beabstandeten Stellung und einer minimal beabstandeten Stellung verschiebbar, wobei meist eine Kegelscheibe axial fixiert ist und die andere Kegelscheibe axial verschiebbar ist. Damit ist der Abstand zwischen den Kegelscheiben eines Kegelscheibenpaars einstellbar.
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Zwischen den Kegelscheiben eines Kegelscheibenpaars wird eine keilförmige Lücke, auch als Scheibenkeil bezeichnet, gebildet, welche veränderlich ist. Mittels eines gemeinsamen Umschlingungsmittels, zum Beispiel einer Übertragungskette, sind die beiden Kegelscheibenpaare drehmomentübertragend miteinander verbunden. Das Umschlingungsmittel wandert in einem Kegelscheibenpaar radial nach außen, wenn dessen Kegelscheiben aufeinander zu geführt werden; umgekehrt wandert das Umschlingungsmittel in einem Kegelscheibenpaar radial nach innen, wenn sich die Kegelscheibenpaare voneinander entfernen. Diese Bewegung wird in einem Umschlingungsgetriebe an den Kegelscheibenpaaren in der Regel jeweils genau entgegengesetzt ausgeführt, sodass der Abstand zwischen den Kegelscheibenpaaren konstant gehalten werden kann und kein Umlenkmechanismus oder separater Kettenspannmechanismus für das Umschlingungsmittel vorgesehen werden muss.
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Relativ zu einem ersten Kegelscheibenpaar ist eine Getriebeeingangswelle rotatorisch fixiert, und relativ zu einem mittels des Umschlingungsmittels drehmomentübertragend verbundenen zweiten Kegelscheibenpaars ist eine Getriebeausgangswelle rotatorisch fixiert. Je nach eingestelltem Abstand der Kegelscheiben zueinander, im Verhältnis zum gewählten Abstand des anderen Kegelscheibenpaars, ist damit eine Übersetzung einstellbar.
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Ein solches Umschlingungsgetriebe ist beispielsweise aus der
DE 100 17 005 A1 oder der
DE 10 2015 201 882 A1 bekannt. In manchen Anwendungsgebieten wird das Umschlingungsgetriebe mit einem üblichen Schaltgetriebe mit festen Übersetzungsgängen kombiniert, sodass eine größere Übersetzungsspreizung mit einer vergleichsweise geringeren Anzahl von festen Übersetzungsgängen erreicht wird.
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Wegen des nicht verbindungstangentialen Verlassens des Umschlingungsmittels aus der zwischen den Kegelscheiben eines Kegelscheibenpaars gebildeten, keilförmigen Lücke, insbesondere aufgrund eines polygonalen Laufs einer Kette, welcher aus einer (meist) endlichen Teilung einer Kette resultiert, und anderen dynamischen Effekten beim Einlauf und Auslauf in beziehungsweise aus der keilförmigen Lücke sowie infolge von Veränderungen der Übersetzung beziehungsweise infolge von Drehungleichförmigkeiten und sonstigen Vibrationen, wird das Umschlingungsmittel um die Umschlingungsmittelebene in Resonanzschwingung versetzt. Parameter der angeregten Resonanzschwingung sind unter anderem die Kettendrehgeschwindigkeit, Zugkraft der Kette und der Verschleißzustand der Kette. Die Resonanzen der Resonanzschwingungen verursachen Körperschall, welcher mittels der Kegelscheiben, Wellen, Lager und Getriebegehäuse auf eventuell weitere Bauteile, zum Beispiel auf Bauteile eines Kraftfahrzeugs, übertragen wird und in unerwünschten Luftschall umgewandelt werden kann.
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Die Umschlingungsmittelebene (oder auch: Resonanzschwingungsebene) ist die kürzeste Tangentialverbindung des eingestellten Wirkkreises der Kegelscheibenpaare, also der Abstand des zwischen den Kegelscheiben gebildeten Keilstumpfs des Scheibenkeils, welcher der Breite des Umschlingungsmittels entspricht. Somit ist die Lage der Resonanzschwingungsebene mit der Änderung der Übersetzung veränderlich. Die Resonanzschwingungsebene deckt sich in der Regel mit der Mittelebene in Laufrichtung des jeweiligen Trums, also des Lasttrums (oder Zugtrums) beziehungsweise des Leertrums des Umschlingungsmittels.
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Um diese Resonanzschwingungen zu reduzieren, werden im Stand der Technik Gleitschienen eingesetzt, welche mit möglichst geringem Spiel über eine möglichst lange Erstreckung an dem Umschlingungsmittel innenseitig und außenseitig anliegen und so Resonanzschwingungen und Wellungen des Umschlingungsmittels unterdrücken. Solche Gleitschienen sind auch zum Beispiel aus der oben genannten
DE 100 17 005 A1 bekannt.
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Aus den deutschen Offenlegungsschriften
DE 10 2014 216 096 A1 und
DE 10 2013 213 159A1 sind Führungseinrichtungen für ein Umschlingungsmittel eines Kegelscheibenumschlingungsgetriebes bekannt, welche zwei voneinander beabstandete Führungsabschnitte, zwischen denen das Umschlingungsmittel führbar ist, einen Stegabschnitt zur Verbindung der Führungsabschnitte und einen Halteabschnitt zum Halten der Führungseinrichtung an dem Kegelscheibenumschlingungsgetriebe aufweisen. Die Führungseinrichtung hat dabei einen modularen Aufbau mit einem Basismodul und Laufflächenmodulen.
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Bisher sind pro Trum lediglich eine Gleitführung mit einer einzelnen und starren Gleitfläche angedacht, welche mittels einer Feder gegen das Umschlingungsmittel gedrückt wird. Diese einzelne Gleitfläche ist derart steif ausgeführt, dass sie sich nicht an die Kettenbiegung anpassen kann. Es wurde diesseits festgestellt, dass für manche Betriebspunkte ein schlechter Wirkungsgrad und großer Verschleiß an den Gleitführungen oder an der Kette erzeugt werden.
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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 Gleitführung für ein Umschlingungsgetriebe, wobei das Umschlingungsgetriebe ein erstes Kegelscheibenpaar und ein zweites Kegelscheibenpaar aufweist, wobei die Kegelscheibenpaare mittels eines Umschlingungsmittels mit einem ersten Trum und mit einem zweiten Trum drehmomentübertragend miteinander verbunden sind, wobei jedes Kegelscheibenpaar zwei Kegelscheiben aufweist, wobei die zwei Kegelscheiben eines Kegelscheibenpaares einander mantelflächenseitig zugewandt sind und einen einstellbaren Abstand zueinander aufweisen, wobei das erste Trum und das zweite Trum des Umschlingungsmittels abhängig von dem eingestellten Abstand jeweils entlang einer entsprechenden Tangente gespannt sind, und wobei die Gleitführung zumindest die folgende Komponente aufweist:
- - eine erste Gleitfläche zum Anliegen an einem der beiden Trume des Umschlingungsmittels, wobei die erste Gleitfläche derart gelagert ist, dass die erste Gleitfläche mittels des Trums parallel zur eingestellten Tangente ausrichtbar ist.
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Die hier vorgeschlagene Gleitführung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Gleitfläche zum Anliegen an demselben Trum des Umschlingungsmittels wie die erste Gleitfläche vorgesehen ist, wobei die zweite Gleitfläche derart gelagert ist, dass die zweite Gleitfläche mittels des Trums parallel zur eingestellten Tangente ausrichtbar ist, und mittels des Trums unterschiedlich zur ersten Gleitfläche ausrichtbar ist.
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Die hier beschriebene Gleitführung weist die Funktionen und Eigenschaften auf, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, bezüglich der Materialwahl und bezüglich der geeigneten Oberfläche, um beispielsweise eine erwünschte geringe Reibung zu erzeugen. Das Umschlingungsgetriebe ist ebenfalls ein Umschlingungsgetriebe gemäß dem Stand der Technik mit einem ersten Kegelscheibenpaar und einem zweiten Kegelscheibenpaar wie sie beispielsweise aus den zuvor genannten Dokumenten bekannt sind. Ebenfalls ist die Koordination des Abstands der jeweiligen Kegelscheiben eines Kegelscheibenpaares und die Spannung des um Umschlingungsmittels beziehungsweise des ersten Trums, zum Beispiel des Lasttrums, und des zweiten Trums, zum Beispiel des Leertrums, aus dem Stand der Technik bekannt. Infolge des eingestellten Abstands ergibt sich somit also eine Tangente beziehungsweise die kürzeste Tangentialverbindung der eingestellten Wirkkreise, wie oben beschrieben. Die Gleitführung weist nun eine erste Gleitfläche auf, welche zum Anliegen an einem der beiden Trume, und zwar das der zugeordneten Gleitführung, eingerichtet ist, um somit ein Ausschlagen des Umschlingungsmittels infolge von induzierten Resonanzschwingungen zu reduzieren oder zu unterbinden. Hierzu ist die erste Gleitfläche derart gelagert, dass die erste Gleitfläche jeweils parallel zur eingestellten Tangente ausgerichtet ist, und zwar passiv durch das zugeordnete Trum selbst.
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Für viele Anwendung weist die erste Gleitfläche zudem ein Spannmittel auf, mittels dessen die erste Gleitfläche gegen das Trum gedrückt wird und somit das Trum spannt. Ein Spannmittel ist beispielsweise eine Feder, zum Beispiel eine Schraubenfeder, deren Spannkraft senkrecht zur Gleitfläche ausgerichtet ist. Alternativ ist das Spannmittel zum Beispiel als Festkörperfeder ausgebildet, wie sie beispielsweise aus der
DE 10 2015 201 882 A1 bekannt ist. Auch bei dieser Ausführungsform ist die Spannkraft zumindest in einer Ausrichtung der zugeordneten Gleitfläche senkrecht zu der zugeordneten Gleitfläche ausgerichtet.
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Nun ist weiterhin hier vorgeschlagen eine zweite Gleitfläche vorzusehen, welche ebenso wie die erste Gleitfläche zum Anliegen an demselben Trum des Umschlingungsmittels eingerichtet ist, an welchem auch die erste Gleitfläche anliegt. Die zweite Gleitfläche ist hierbei gleichartig gelagert wie die erste Gleitfläche, sodass auch die zweite Gleitfläche zum Dämpfen oder Unterdrücken eines Ausschlagens des Umschlingungsmittels beziehungsweise des Trums infolge von induzierten Resonanzschwingungen eingerichtet ist. Hierbei sind jedoch die erste Gleitfläche und die zweite Gleitfläche derart unabhängig voneinander gelagert, dass sie unterschiedliche Ausrichtungen einnehmen können. Liegt beispielsweise ein einfacher Resonanzschwingungsbauch, also eine Resonanzschwingung 1. Ordnung, des zugeordneten Trums vor, so können die erste und zweite Gleitfläche abweichend von einer parallelen Zuordnung zueinander und der Soll-Tangente in einem Winkel zueinander angeordnet sein, sodass sie beispielsweise eine V-Form bilden. Hierdurch wird die Anzahl der Anliegepunkte der Gleitflächen gegenüber einer einzelnen, starren Gleitfläche verdoppelt, sodass bei gleicher Spannkraft die punktuelle Flächenlast auf das zugeordnete Trum beziehungsweise die Kanten der Gleitflächen halbiert wird.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die erste Gleitfläche und die zweite Gleitfläche derart zueinander angeordnet, dass bei einer Resonanzschwingung 2. Ordnung des zugeordneten Trums, wobei also zwei Resonanzschwingungsbäuche ausgebildet sind, die erste Gleitfläche etwa mittig zum ersten Resonanzschwingungsbauch und die zweite Gleitfläche etwa mittig zum zweiten Resonanzschwingungsbauch angeordnet sind. Bei einer solchen Anordnung ist es ein möglicher Zustand, dass die erste Gleitfläche und die zweite Gleitfläche zueinander, und bevorzugt zur Soll-Tangente, einerseits parallel ausgerichtet sind, und gleichzeitig in zueinander versetzten Ebenen angeordnet sind.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die hier gewählte Definition der Gleitflächen auch die weiter unten beschriebene Gegengleitfläche umfasst. Bevorzugt sind zwei Gleitflächen einer Gleitführung auf der gleichen Seite zum zugeordneten Trum angeordnet, besonders bevorzugt innenseitig des Umschlingungsmittels, weil diese Anordnung besonders bauraumsparend ist. Als innenseitig beziehungsweise die Innenseite wird hier der vom Umschlingungsmittel umschlossene Raum bezeichnet, durch welchen sich die Wellen der Kegelscheibenpaare erstrecken. Als außenseitig beziehungsweise die Außenseite wird entsprechend der Raum bezeichnet, welcher von der Innenseite aus betrachtet jenseits des Umschlingungsmittels, also hin zu einem Getriebegehäuse, angeordnet ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Gleitführung sind die erste Gleitfläche und die zweite Gleitfläche mittels eines gemeinsamen Lagers parallel zur eingestellten Tangente des zugeordneten Trums ausrichtbar.
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Bei dieser bevorzugten Ausführungsform sind die erste und zweite Gleitfläche mittels eines gemeinsamen Lagers gelagert, sodass kein zusätzliches Lager vorgesehen werden muss. Besonders bevorzugt sind die erste Gleitfläche und die zweite Gleitfläche auf einem konventionellen Lager, welches für eine einfache Gleitführung eingerichtet ist, gelagert.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Gleitführung sind die erste Gleitfläche und die zweite Gleitfläche mittels eines gemeinsamen Spannmittels gegen das zugeordnete Trum vorspannbar.
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Gemäß dieser vorteilhaften Ausführungsform sind die erste Gleitfläche und die zweite Gleitfläche mittels eines gemeinsamen Spannmittels gegen das zugeordnete Trum vorspannbar, wobei bevorzugt ein konventionelles Spannmittel eingesetzt wird. Ein solches konventionelles Spannmittel ist beispielsweise aus den oben zitierten Schriften bekannt.
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Hierbei ist gemäß einer Ausführungsform ein Zwischenelement vorgesehen, zu welchem die erste Gleitfläche und die zweite Gleitfläche verkippbar und/oder verschiebbar gelagert sind. Bevorzugt ist hierbei das Zwischenelement mittels des gemeinsamen Spannmittels über das gemeinsame Lager, wie es oben beschrieben ist, gelagert und vorgespannt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Gleitführung sind die erste Gleitfläche und die zweite Gleitfläche mittels zweier separater Spannmittel gegen das zugeordnete Trum vorspannbar.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform sind die erste Gleitfläche und die zweite Gleitfläche jeweils mittels eines separaten Spannmittels gegen das zugeordnete Trum vorspannbar. Hierbei ist besonders bevorzugt kein weiteres Zwischenelement vorgesehen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die erste Gleitfläche und die zweite Gleitfläche über ein gemeinsames Lager wie es oben beschrieben ist, bevorzugt ein konventionelles Lager, gelagert.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Gleitführung sind die erste Gleitfläche und die zweite Gleitfläche in Richtung des zugeordneten Trums in Reihe miteinander verbunden.
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In dieser vorteilhaften Ausführungsform ist die erste Gleitfläche und die zweite Gegenfläche in Richtung des zugeordneten Trums in Reihe, also parallel zur Soll-Tangente, verbunden. Damit wird eine einfache Ausführungsform zur Anpassung der Gleitflächen an die Resonanzschwingungsform des zugeordneten Trums erreicht. In einer Ausführungsform sind die erste Gleitfläche und zweite Gleitfläche über ein gemeinsames Lager miteinander verbunden. In einer anderen Ausführungsform ist ein weiteres Glied zwischen den beiden Gleitflächen vorgesehen, sodass neben einer Verkippung relativ zueinander auch ein (beispielsweise paralleler) Versatz der Gleitflächen zueinander möglich ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Gleitführung ist zumindest eine weitere Gleitfläche vorgesehen, welche derart gelagert ist, dass die weitere Gleitfläche mittels des zugeordneten Trums parallel zu dessen eingestellter Tangente ausrichtbar ist, und mittels des zugeordneten Trums unterschiedlich zur ersten Gleitfläche und/oder zweiten Gleitfläche ausrichtbar ist.
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Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform ist eine dritte Gleitfläche oder sogar eine vierte Gleitfläche oder noch mehr Gleitflächen vorgesehen, welche zu zumindest einer der anderen Gleitflächen unterschiedlich ausrichtbar ist. Die einzelnen Gleitflächen sind dabei entweder alle oder teilweise wie zuvor beschrieben in Reihe miteinander verbunden oder aber alle separat, bevorzugt mittels eines Zwischenelements, über verschiedene Lager oder ein gemeinsames Lager parallel zum Trum ausrichtbar. Jede Gleitfläche kann ein eigenes Spannmittel oder mehrere oder alle Gleitflächen ein gemeinsames Spannmittel aufweisen. Mit jeder weiteren Gleitfläche wird die Anzahl der Anliegepunkte bei einer Resonanzschwingung des zugeordneten Trums erhöht, sodass bei einer gleichen aus der Vorspannung resultierenden Anpresskraft die punktuelle Flächenlast abnimmt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Gleitführung ist zumindest eine Gegengleitfläche, bevorzugt eine zur Anzahl der Gleitflächen identische Anzahl von Gegengleitflächen, vorgesehen, wobei die zumindest eine Gegengleitfläche zum Anliegen an demselben Trum auf der den Gleitflächen gegenüberliegenden Seite angeordnet ist und parallel zur eingestellten Tangente ausrichtbar ist, und bevorzugt mittels des Trums unterschiedlich zu zumindest einer der Gleitflächen ausrichtbar ist.
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Gemäß dieser vorteilhaften Ausführungsform ist zumindest eine Gegengleitfläche vorgesehen, welche den Gleitflächen am zugeordneten Trum gegenüberliegend angeordnet ist. Ist beispielsweise auf das Umschlingungsmittel bezogen eine Gleitfläche innenseitig des Umschlingungsmittels angeordnet, so ist die Gegengleitfläche außenseitig angeordnet, oder eben umgekehrt. Die Gegengleitfläche ist dabei parallel zur eingestellten Tangente ausrichtbar und unterschiedlich zu zumindest einer der beiden Gleitflächen oder mehreren Gleitflächen ausrichtbar.
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In einer Ausführungsform ist die Gegengleitfläche zu einer der Gleitflächen fest verbunden, sodass die Ausrichtung der Gegengleitfläche um etwa die radiale Breite des Trums versetzt identisch ist mit der verbundenen Gleitfläche. In einer bevorzugten Ausführungsform weist jede der Gleitflächen eine fest verbundene Gegengleitfläche auf, welche somit jeweils die gleiche (parallel versetzte) Ausrichtung wie die zugehörige Gleitfläche aufweist.
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In einer alternativen Ausführungsform beziehungsweise zusätzlich zu der beschriebenen Ausführungsform weist die Gleitführung zumindest eine Gegengleitfläche auf, welche relativ zu den Gleitflächen unterschiedlich ausrichtbar ist. Besonders bevorzugt ist eine solche unabhängige Gegengleitfläche, wie oben beschrieben, in Reihe mit den Gleitflächen verbunden. Eine solche unabhängige Gegengleitfläche ist besonders bevorzugt über ein Spannmittel oder das/die Spannmittel der Gleitflächen gegen das zugeordnete Trum vorspannbar. Alternativ weist die Gegengleitfläche ein eigenes Spannmittel auf.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Gleitführungspaar für ein Umschlingungsgetriebe vorgeschlagen, wobei das Gleitführungspaar eine erste Gleitführung nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung für das erste Trum und eine zweite Gleitführung nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung für das zweite Trum umfasst, wobei die Gleitführungen zu der jeweiligen Tangente des jeweilig zugeordneten Trums ausrichtbar sind und gegen das jeweilig zugeordnete Trum vorspannbar sind, bevorzugt mittels eines gemeinsamen Lagers und/oder bevorzugt mittels eines gemeinsamen Spannmittels.
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Weiterhin ist hier ein Gleitführungspaar vorgeschlagen, welches zwei Gleitführungen der zuvor beschriebenen Art für die beiden Trume eines Umschlingungsmittels umfasst. Gemäß diesem Aspekt der Erfindung wird ein Gleitführungspaar vorgeschlagen, welches mit einer ersten Gleitführung an einem ersten Trum, zum Beispiel am Lasttrum, und einer zweiten Gleitführung für das zweite Trum, zum Beispiel am Leertrum, vorgesehen ist. Bevorzugt weist ein Umschlingungsgetriebe im Zusammenbau nur ein einziges Gleitführungspaar auf, wobei die Anzahl der Gleitflächen der beiden Gleitführungen des Gleitführungspaars nicht zwingend identisch sein muss. Insbesondere bei einer Ausführungsform, bei welcher das erste Trum stets das Lasttrum ist und das zweite Trum stets das Leertrum ist, oder umgekehrt, sind die Anforderungen an eine Gleitführung für das jeweilige Trum unter Umständen unterschiedlich. Hierbei empfiehlt sich der Einsatz eines Gleitführungspaars mit unterschiedlichen jeweils an die auftretenden Resonanzschwingungen angepassten unterschiedlichen Gleitführungen mit unter Umständen einer unterschiedlichen Anzahl und Anordnung von Gleitflächen und Gegeng leitflächen.
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Jedes Trum des Umschlingungsmittels bildet eine eigene Tangente, welche nur bei eingestelltem, gleichem Wirkkreis an den Kegelscheibenpaaren, also einer Übersetzung mit dem Faktor eins, zueinander parallel sind und ansonsten trapezartig zueinander zum kleineren Wirkkreis hin geneigt sind. Die Resonanzschwingungen, welche das jeweilige Trum ausführt, können dabei zum gleichen Zeitpunkt unterschiedlich sein, sodass besonders bevorzugt die beiden Gleitführungen unabhängig voneinander gegen das jeweils zugeordnete Trum vorspannbar sind. Auch bei einer Ausführungsform mit einem gemeinsamen Lager für beide Gleitführungen sind die Gleitführungen bevorzugt auf dem gemeinsamen Lager jeweils unabhängig voneinander ausrichtbar.
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Bei einer Ausführungsform, bei welcher ein gemeinsames Spannmittel vorgesehen ist, ist die Lagerung derart eingerichtet, dass die Gleitführungen unabhängig voneinander mittels des jeweiligen zugeordneten Trums ausrichtbar sind.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Umschlingungsgetriebe für einen Antriebsstrang vorgeschlagen, wobei das Umschlingungsgetriebe zumindest die folgenden Komponenten aufweist:
- - zumindest eine Getriebeeingangswelle mit einem ersten Kegelscheibenpaar;
- - zumindest eine Getriebeausgangswelle mit einem zweiten Kegelscheibenpaar;
- - zumindest ein Umschlingungsmittel, welches das erste Kegelscheibenpaar mit dem zweiten Kegelscheibenpaar drehmomentübertragend verbindet;
- - zumindest eine Gleitführung nach einer Ausführungsform gemäß der obigen
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Beschreibung oder ein Gleitführungspaar gemäß der obigen Beschreibung, wobei die zumindest eine Gleitführung zum Dämpfen des zumindest einen Umschlingungsmittels vorgespannt an dem jeweilig zugeordneten Trum anliegt.
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Mit dem hier vorgeschlagenen Umschlingungsgetriebe ist ein Drehmoment übersetzbar beziehungsweise untersetzbar übertragbar, wobei die Übertragung zumindest bereichsweise stufenlos einstellbar ist. Die Übersetzung wird dabei über die zwei Kegelscheibenpaare, wie oben beschrieben, eingestellt. Das Umschlingungsmittel wird dabei zwischen den jeweils relativ zueinander beweglichen Kegelscheibenpaaren angeordnet und überträgt ein Drehmoment von einem Kegelscheibenpaar auf das andere Kegelscheibenpaar. Bevorzugt wird dabei das Umschlingungsmittel auf einer konstanten Länge gehalten. Der zumindest eine Gleitführung, bevorzugt die zwei Gleitführungen des oben beschriebenen Gleitführungspaars, ist (sind) hierbei parallel zum Umschlingungsmittel ausgerichtet, wobei die einzelnen Gleitflächen segmentiell an den Resonanzschwingungsbauch bei einer Resonanzschwingung 1. Ordnung oder die Resonanzschwingungsbäuche bei einer Resonanzschwingung höherer Ordnung passiv, also mittels des jeweilig zugeordneten Trums, in der Ausrichtung anpassbar sind. Hierdurch wird die Flächenlast infolge der Vorspannung reduziert. Der Verschleiß an der jeweiligen Gleitführung und/oder dem Umschlingungsmittel wird reduziert und der Wirkungsgrad der Drehmomentübertragung erhöht.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Antriebsstrang aufweisend ein Antriebsaggregat mit einer Abtriebswelle, zumindest einen Verbraucher und ein Umschlingungsgetriebe gemäß der obigen Beschreibung vorgeschlagen, 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 Abtriebswelle abgegebenes Drehmoment für eine Nutzung bedarfsgerecht zu übertragen, also unter Berücksichtigung der benötigten Drehzahl und des benötigten Drehmoments. Die 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. 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 parallelgeschaltet 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. Mit dem hier vorgeschlagenen Umschlingungsgetriebe ist eine Drehmomentübertragung mit erhöhtem Wirkungsgrad bei gleichzeitig erhöhter Lebensdauer, zumindest des Umschlingungsmittels, und damit verlängerten Wartungsintervallen oder sogar einem Wegfall der Wartung über die angestrebte Lebensdauer des Antriebsstrangs möglich. Alternativ oder zusätzlich können günstigere Werkstoffe und/oder eine Reduzierung der (rotierenden) Massen erreicht werden, wodurch eine weitere Steigerung des Wirkungsgrads erreichbar ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, welches zumindest ein Antriebsrad aufweist, wobei das Antriebsrad mittels eines Antriebsstrangs 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 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. Der oben beschriebene Antriebsstrang weist ein Umschlingungsgetriebe geringer Baugröße auf, wobei ein hoher Wirkungsgrad und lange Wartungsintervalle erreichbar sind. Dies wird mittels der hier vorgeschlagenen Gleitführung beziehungsweise Gleitführungspaars mit den segmentierten Gleitflächen erreicht, mittels welcher eine geringe punktuelle Flächenlast bei in das Umschlingungsmittel induzierten Resonanzschwingungen erzielbar ist.
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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.
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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 ein Umschlingungsgetriebe, wobei das erste Trum schematisch am oberen Totpunkt einer Resonanzschwingung 1. Ordnung dargestellt ist;
- 2: schematisch ein Umschlingungsgetriebe, wobei das erste Trum schematisch am ersten Totpunkt einer Resonanzschwingung 2. Ordnung dargestellt ist;
- 3: eine einfache Gleitführung anliegend an einem Umschlingungsmittel, welches sich im oberen Totpunkt einer Resonanzschwingung 1. Ordnung befindet;
- 4: eine einfache Gleitführung anliegend an einem Umschlingungsmittel, welches sich im unteren Totpunkt einer Resonanzschwingung 1. Ordnung befindet;
- 5: eine Gleitführung mit zwei Gleitflächen, welche am Trum anliegen, welches sich im oberen Totpunkt einer Resonanzschwingung 1. Ordnung befindet;
- 6: eine Gleitführung mit zwei Gleitflächen, welche am Trum anliegen, welches sich im unteren Totpunkt einer Resonanzschwingung 1. Ordnung befindet;
- 7: schematisch ein Umschlingungsgetriebe mit einem Gleitführungspaar, wobei die erste Gleitführung drei Gleitflächen und die zweite Gleitführung zwei Gleitflächen aufweist;
- 8: schematisch ein Umschlingungsgetriebe mit einem Gleitführungspaar, wobei die Gleitführungen jeweils Gegenflächen aufweisen;
- 9: schematisch ein Umschlingungsgetriebe in Ansicht von oben, wobei die zweite Gleitführung zu erkennen ist; und
- 10: ein Antriebsstrang in einem Kraftfahrzeug mit Umschlingungsgetriebe.
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Im Folgenden werden Ordinalzahlen für die Gleitführungen, Gleitflächen, Kegelscheibenpaare, Trume und weitere Elemente verwendet. Diese dienen lediglich der eindeutigen Unterscheidbarkeit und begründen keine Reihenfolge, Rangordnung und muss nicht bedeuten, dass zwangsläufig ein weiteres gleichartiges Element vorgesehen ist, soweit dies nicht gegenteilig im Einzelfall explizit definiert wird.
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In 1 ist schematisch ein Umschlingungsgetriebe 3 dargestellt, welches ein erstes Kegelscheibenpaar 4 (hier in der Darstellung links) und ein zweites Kegelscheibenpaar 5 aufweist, wobei die beiden Kegelscheibenpaare 4 und 5 mittels eines Umschlingungsmittels 6 drehmomentübertragend verbunden sind. Das Umschlingungsmittel 6 bildet dabei einen ersten Trum 7 (hier in der Darstellung oben), hier zum Beispiel der Lasttrum, und einem zweiten Trum 8, hier zum Beispiel der Leertrum. Aufgrund des eingestellten Abstands der jeweiligen Kegelscheiben der Kegelscheibenpaare 4 und 5 ergeben sich die erste Tangente 15 und die zweite Tangente 16, entlang derer das erste Trum 7 beziehungsweise das zweite Trum 8 idealer Weise verlaufen. Die Tangenten 15 und 16 sind mit Pfeilrichtung in einer beispielhaften Laufrichtung dargestellt. Für Details wird auf 9 und die Offenbarung im Stand der Technik verwiesen. In 1 ist weiterhin gezeigt, dass der erste Trum 7 in Resonanzschwingung 1. Ordnung schwingt. Dies ist durch die gestrichelte Darstellung des oberen Totpunkts der Resonanzschwingung gezeigt, welche von der idealen Tangente 15 abweicht. Diese Resonanzschwingung wird bei einem kettenartigen Umschlingungsmittel maßgeblich von dem Polygonallauf angeregt. Die Parameter für das Auftreten einer Resonanzschwingung sind unter anderem die Drehgeschwindigkeit des Umschlingungsmittels, die Zugkraft im Umschlingungsmittel, der Verschleißzustand des Umschlingungsmittels.
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In 2 ist ein Umschlingungsgetriebe 3 im gleichen Zustand wie in 1 gezeigt, wobei sich hier das erste Trum 7 im ersten Totpunkt einer Resonanzschwingung 2. Ordnung befindet.
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In 3 ist eine einfache Gleitführung 45 anliegend an einem ersten Trum 7 eines Umschlingungsmittels 6 dargestellt, wobei sich das erste Trum 7 im oberen Totpunkt der Resonanzschwingung 1. Ordnung befindet. Das erste Trum 7 ist durch die Trumspannkraft 44 gespannt und wird so auf die lokalen Reibungspunkte 47 der einzelnen Gleitfläche 46 der einfachen Gleitführung 45 gedrückt. Die Gleitfläche 46 ist mittels eines Spannmittels 43 senkrecht gegen das Trum 7 vorgespannt und ist um das Lager 22 verkippbar.
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In 4 ist der gleiche Aufbau wie in 3 gezeigt, wobei sich hier das erste Trum 7 im unteren Totpunkt der Resonanzschwingung 1. Ordnung befindet. Hierbei liegt nur ein einziger Berührungspunkt vor, welcher den lokalen Reibungspunkte 47 bildet. Den 3 und 4 ist zu entnehmen, dass die lokale Reitbelastung auf das Umschlingungsmittel 6 durch die geringe Anzahl an lokalen Reibungspunkten hoch ist.
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In 5 ist der gleiche Zustand des Umschlingungsmittels 6 wie in 3 gezeigt, wobei hier eine Gleitführung 1 vorgesehen ist, welche eine erste Gleitfläche 17 und eine zweite Gleitfläche 18 aufweist. Die erste Gleitfläche 17 und die zweite Gleitfläche 18 sind dabei über ein gemeinsames Lager 22 und ein gemeinsames Spannmittel 23 verkippbar vorgespannt. Die erste Gleitfläche 17 und die zweite Gleitfläche 18 sind dabei passiv durch die vorliegende Auslenkung des Trums 7 zueinander unterschiedlich ausrichtbar. Hierdurch wird die Anzahl der lokalen Reibungspunkte 47 gegenüber dem Aufbau einer einfachen Gleitführung 46 (vergleiche 3) verdoppelt.
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In 6 ist der gleiche Aufbau wie in 5 gezeigt, wobei sich hier das erste Trum 7 im unteren Totpunkt der Resonanzschwingung 1. Ordnung befindet (vergleiche auch 4). Auch hierbei ist die Anzahl der lokalen Reibungspunkte 47 gegenüber einer einfachen Gleitführung 46 verdoppelt.
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In 7 ist ein Umschlingungsgetriebe 3 schematisch dargestellt, bei welchem, wie in 1 und 2 dargestellt, ein erstes Kegelscheibenpaar 4 und ein zweites Kegelscheibenpaar 5 vorgesehen sind, welche drehmomentübertragend mittels eines Umschlingungsmittels 6 miteinander verbunden sind. Das Umschlingungsmittel 6 bildet dabei ein erstes Trum 7 aus, an welchem eine erste Gleitführung 1 anliegt und ein zweites Trum 8, an welchem eine zweite Gleitführung 2 anliegt. Diese bilden zusammen ein Gleitführungspaar 30. Die erste Gleitführung 1 und die zweite Gleitführung 2 können dabei identisch ausgebildet sein oder eben, wie dargestellt, unterschiedlich. Die erste Gleitführung 1 weist eine erste Gleitfläche 17, eine zweite Gleitfläche 18 und eine weitere Gleitflächen 19 auf. Diese sind jeweils über ein gemeinsames Spannmittel 23 auf einem gemeinsamen Lager 22 gegen das erste Trum 7 vorgespannt verkippbar gelagert. Hierbei sind für jede der Gleitführungen 1 und 2 ein separates Lager 22 vorgesehen, weil dadurch mittels einer wenig aufwendigen Konstruktion die Kegelscheibenpaare 4 und 5 sehr nah beieinander angeordnet werden können.
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Die erste Gleitfläche 17, die zweite Gleitfläche 18 und die weitere Gleitfläche 19 sind dabei jeweils unterschiedlich zueinander ausrichtbar, und können sich somit einer Resonanzschwingungsform des ersten Trums 7 derart anpassen, dass die Anzahl der lokalen Reibungspunkte 47 gegenüber einer einfachen Gleitführung 46 (vergleiche 3, 4, 5 und 6) vermehrfacht sind, vorliegend verdreifacht.
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Die zweite Gleitführung 2 ist in einer alternativen Ausführungsform ausgebildet, wobei hier eine vierte Gleitfläche 20 und eine fünfte Gleitfläche 21 vorgesehen sind, welche mittels eines ersten separaten Spannmittels 24 und eines zweiten separaten Spannmittels 25 auf einem gemeinsamen Lager 22 vorgespannt gegen das zweite Trum 8 verkippbar gelagert sind. Hierbei sind die vierte Gleitfläche 20 und die fünfte Gleitfläche 21 miteinander in Reihe verbunden, sodass die vierte Gleitfläche 20 und die fünfte Gleitfläche 21 zueinander unterschiedlich ausrichtbar sind, aber im Vergleich zu der Ausführungsform der ersten Gleitführung 1 am ersten Trum 7 eine davon unterschiedliche relative Bewegung zueinander ausführen können.
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In 8 ist eine ähnliche Ausführungsform eines Umschlingungsgetriebes 3 mit einem Gleitführungspaar 30 wie in 7 dargestellt. Hierbei weisen die Gleitführungen 1 und 2 jeweils Gegengleitflächen26 bis 29 auf, welche am Außenumfang des Umschlingungsmittels 6 anliegen. Dies hat den Vorteil, dass sehr gute Dämpfungseigenschaften erreichbar sind. Im Folgenden wird lediglich auf die Unterschiede zur Ausführungsform in 7 eingegangen.
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Die erste Gleitführung 1 weist zur ersten Gleitfläche 17 eine erste Gegengleitfläche 26 auf, und zur zweiten Gleitfläche 18 eine zweite Gegengleitfläche 27 und zur weiteren Gleitfläche 19 eine weitere Gegengleitfläche 28 auf. Die Gegengleitflächen 26 bis 28 sind dabei jeweils zu ihrer zugehörigen Gleitfläche 17 bis 19 fixiert, also starr ausgerichtet. Daraus folgt, dass die erste Gegengleitfläche 26 stets parallel zur ersten Gleitfläche 17 ausgerichtet ist, und dies ebenso für die zweite Gegengleitfläche 27 bezogen auf die zweite Gleitfläche 18 und die weitere Gegengleitfläche 28 bezogen auf die weitere Gleitfläche 19 gilt. Dies ist jedoch keine Bedingung für die konkrete Ausführungsform. Weiterhin unabhängig davon ist hier ein einziges zentral angeordnetes gemeinsames Spannmittel 23 vorgesehen, sodass im Vergleich zu der Ausführungsform in 7 bei einem Verkippen ein im Vergleich dazu geringeres Rückstellmoment aufgebracht wird.
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Betreffend die zweite Gleitführung 2 sind die erste Gleitfläche 20 und die zweite Gleitfläche 21 und deren Vorspannung und Lagerung identisch mit der Ausführungsform in 7. Weiterhin ist eine davon vollständig unabhängige Gegengleitfläche 29 vorgesehen, welche über ein weiteres separates Spannmittel 48 gegen das zweite Trum 8 vorgespannt und verkippbar über das gemeinsame Lager 22 gelagert ist. Die Gegengleitfläche 29 der zweiten Gleitführung 2 kann sich damit vollständig unabhängig von der ersten Gleitfläche 20 und auch vollständig unabhängig von der zweiten Gleitfläche 21 bewegen.
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In 9 ist ein Umschlingungsgetriebe 3 in Draufsicht gezeigt, wobei das Umschlingungsmittel 6 geschnitten ist und eine zweite Gleitführung 2 lediglich schematisch mit einer vierten Gleitfläche 20 und einer fünften Gleitfläche 21 angedeutet ist, welche am zweiten Trum 8 in dieser Darstellung oben aufliegen. Das Umschlingungsgetriebe 3 weist ein erstes Kegelscheibenpaar 4 mit einer ersten Kegelscheibe 9 und einer zweiten Kegelscheibe 10 und ein zweites Kegelscheibenpaar 5 mit einer dritten Kegelscheibe 11 und einer vierten Kegelscheibe 12 auf. Die Kegelscheiben 9, 10 beziehungsweise 11,12 eines jeweiligen Kegelscheibenpaars 4 beziehungsweise 5 sind einstellbar zueinander beabstandbar. Hier ist beim ersten Kegelscheibenpaar 4 ein erster Abstand 13 eingestellt, welcher kleiner ist als ein entsprechender zweiter Abstand 14 des zweiten Kegelscheibenpaars 5. Hierdurch wird das Umschlingungsmittel 6 auf dem ersten Kegelscheibenpaar 4 auf einem größeren ersten Umlaufradius 49 geführt als dem entsprechenden zweiten Umlaufradius 50 des zweiten Kegelscheibenpaars 5. Damit ist eine Übersetzung der Übertragung eines Drehmoments von der Getriebeeingangswelle 32 auf die Getriebeausgangswelle 33 oder umgekehrt zwischen einem minimalen Umlaufradius und einem maximalen Umlaufradius für das Umschlingungsmittel 6 frei einstellbar.
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In 10 ist ein Antriebsstrang 31, umfassend ein Antriebsaggregat 34, hier als Verbrennungskraftmaschine dargestellt, sowie eine Abtriebswelle 35, ein Umschlingungsgetriebe 3 und ein drehmomentübertragend verbundenes, linkes Antriebsrad 39 und rechtes Antriebsrad 40, schematisch dargestellt. Das linke Antriebsrad 39 bildet beispielsweise einen ersten Verbraucher 36 und das zweite Antriebsrad 40 einen zweiten Verbraucher 37, wobei ein Verbraucher auch durch (nicht dargestellt) einen Akkumulator zur Rekuperation der Bremsenergie oder eine Klimaanlage und weiterem gebildet sein kann. Der Antriebsstrang 31 ist hier in einem Kraftfahrzeug 38 angeordnet, wobei das Antriebsaggregat 34 mit seiner Motorachse 43 quer zur Längsachse 42 vor der Fahrerkabine 41 angeordnet ist.
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Mit einer Gleitführung gemäß der obigen Beschreibung ist eine gute Dämpfung erzielbar, wobei zugleich der Verschleiß an dem Umschlingungsmittel reduzierbar ist. Hierbei wird kein vergrößerter Bauraum im Vergleich zu einem konventionellen Umschlingungsgetriebe benötigt. Vielmehr kann ein Umschlingungsmittel geringer dimensioniert werden und damit das Umschlingungsgetriebe, wobei die gleiche Lebensdauer, oder bei gleicher Dimensionierung eine verlängerte Lebensdauer erzielt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erste Gleitführung
- 2
- zweite Gleitführung
- 3
- Umschlingungsgetriebe
- 4
- erstes Kegelscheibenpaar
- 5
- zweites Kegelscheibenpaar
- 6
- Umschlingungsmittel
- 7
- erstes Trum
- 8
- zweites Trum
- 9
- erste Kegelscheibe
- 10
- zweite Kegelscheibe
- 11
- dritte Kegelscheibe
- 12
- vierte Kegelscheibe
- 13
- erster Abstand
- 14
- zweiter Abstand
- 15
- erste Tangente
- 16
- zweite Tangente
- 17
- erste Gleitfläche (der ersten Gleitführung)
- 18
- zweite Gleitfläche (der ersten Gleitführung)
- 19
- weitere Gleitfläche (der ersten Gleitführung)
- 20
- vierte Gleitfläche (erste Gleitfläche der zweiten Gleitführung)
- 21
- fünfte Gleitfläche (zweite Gleitfläche der zweiten Gleitführung)
- 22
- gemeinsames Lager
- 23
- gemeinsames Spannmittel
- 24
- erstes separates Spannmittel
- 25
- zweites separates Spannmittel
- 26
- erste Gegengleitfläche (der ersten Gleitführung)
- 27
- zweite Gegengleitfläche (der ersten Gleitführung)
- 28
- weitere Gegengleitfläche (der ersten Gleitführung)
- 29
- vierte Gegengleitfläche (Gegengleitfläche der zweiten Gleitführung)
- 30
- Gleitführungspaar
- 31
- Antriebsstrang
- 32
- Getriebeeingangswelle
- 33
- Getriebeausgangswelle
- 34
- Antriebsaggregat
- 35
- Abtriebswelle
- 36
- erster Verbraucher
- 37
- zweiter Verbraucher
- 38
- Kraftfahrzeug
- 39
- linkes Antriebsrad
- 40
- rechtes Antriebsrad
- 41
- Fahrerkabine
- 42
- Längsachse
- 43
- Motorachse
- 44
- Trumspannkraft
- 45
- einfache Gleitführung
- 46
- einzelne Gleitfläche
- 47
- lokaler Reibungspunkt
- 48
- weiteres separates Spannmittel
- 49
- erster Umlaufradius
- 50
- zweiter Umlaufradius