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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft Zahnketten, die zum Übertragen einer Drehung von
einem Antriebskettenrad auf ein oder mehrere Abtriebskettenräder verwendet
werden, und genauer gesagt die Unterdrückung der verschleißbedingten
Längung
bei Zahnketten.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Bei
einer typischen Zahnkette sind eine Vielzahl von inneren Kettenlaschen,
die jeweils ein Paar von Zähnen
und ein Paar von Stiftlöchern
aufweisen, in überlappender
Beziehung in alternierende „Führungsgliedreihen" und Nicht-Führungsglied- oder „Verbindungsgliedreihen" angeordnet, die
sich entlang der Breite der Kette erstrecken. Die Führungsgliedreihen
weisen an beiden Enden Führungslaschen
auf, so dass Führungslaschen
entlang beider Seiten der Kette bereitgestellt sind. Die alternierenden
Führungsgliedreihen
und Verbindungsgliedreihen sind mittels Verbindungsstiften schwenkbar
miteinander verbunden, um eine endlose Schleife zu bilden. Typische
Zahnketten des oben beschriebenen Typs sind in der US-Patentveröffentlichung 2003/0195074
und in dem US-Patent 6,733,410 gezeigt und beschrieben.
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Die 2(A) und 2(B) zeigen ein Beispiel einer herkömmlichen
Zahnkette 21. Gleich ausgebildete inneren Kettenlaschen 24a und 24b bilden
die inneren Kettenlaschen der Führungsgliedreihen
GL, die an ihren äußeren Enden
Führungslaschen 26 aufweisen.
Die Laschen der Führungsgliedreihen
GL überlappen
mit Kettenlaschen 25a und 25b von Verbindungsgliedreihen
JL. Wie in 2(B) gezeigt, weist
jede Kettenlasche ein Paar von Zähnen 22 und ein
Paar von Stiftlöchern 23 auf.
Die Führungslaschen 26 weisen
keine Zähne
auf. Die überlappenden
Reihen GL und JL sind mittels Verbindungsstiften 27 verbunden,
die in Stiftlöcher 28 der
Führungslaschen 26 eingepasst
sind, so dass die Stifte 27 an den Führungslaschen 26 befestigt
sind. Jedoch sind die Stifte 27 in die Stiftlöcher 23 dieser
inneren Kettenlaschen 24a, 24b, 25a und 25b mit
einem Spiel eingepasst.
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Wenn
eine Verbindungsgliedreihe eine Anzahl n von Kettenlaschen – 4 bei
dem gezeigten Beispiel – aufweist,
beträgt
die Anzahl von Kettenlaschen plus die Anzahl von Führungslaschen
bei einer Führungsgliedreihe
n + 1, da die inneren Kettenlaschen in alternierenden überlappenden
Reihen angeordnet sind. Damit ergibt sich in den Führungsgliedreihen
eine Gesamtanzahl von n + 1 = 5 bei dem gezeigten Beispiel.
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Wenn – wie in 3 gezeigt – eine längsgerichtete
Zugkraft F während
des Betriebs auf die Kette ausgeübt
wird, wird die Kraft auf die inneren Kettenlaschen und die Führungslaschen
aufgeteilt. Da jedoch die Anzahl von Laschen 26, 24a, 24b, 24a, 26 bei
der Führungsgliedreihe
GL von der Anzahl von Laschen 25a, 25b, 25b, 25a bei
der Verbindungsgliedreihe JL verschieden ist, werden die auf die
jeweiligen Laschen verteilten Kräfte
unausgeglichen.
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Da
die Verbindungsstifte 27 in Stiftlöchern der Führungslaschen 26 an
den Enden der Führungsgliedreihen
GL befestigt und in Stiftlöcher 23 der
inneren Kettenlaschen 24a, 24b, 25a und 25b eingepasst
sind, werden – wie
dies in 3 gezeigt ist – die Verbindungsstifte 27 und
die Führungslaschen 26 gebogen,
wenn eine Zugkraft F ausgeübt wird.
Im Ergebnis wird die Belastung nicht gleichmäßig auf all die inneren Kettenlaschen
ausgeübt.
Stattdessen wird die Belastung auf bestimmte innere Kettenlaschen,
nämlich
die Laschen 25a, konzentriert, die an die Führungslaschen 26 angrenzen
und an den äußeren Enden
der Verbindungsgliedreihen JL angeordnet sind, und wird eine relativ
geringe Belastung auf die dazwischen angeordneten Kettenlaschen 25b in
den Verbindungsgliedreihen ausgeübt.
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Das
Biegen der Kettenlaschen verursacht ebenfalls eine hohe Belastung
auf die inneren Kettenlaschen 24b, die zentrale Kettenlaschen
bei den Führungsgliedreihen
GL sind. Jedoch wird eine relativ geringe Belastung auf die inneren
Kettenlaschen 24a ausgeübt,
die in der Nähe
der Führungslaschen 26 angeordnet
sind.
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Das
Biegen der Verbindungsstifte hat daher ungleichmäßige Zugkräfte auf die Kettenlaschen zur Folge,
und weil die Führungsgliedreihen
und die Verbindungsgliedreihen unterschiedliche Anzahlen von Laschen
aufweisen, ist die Lastverteilung noch schlechter.
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Die
hohe Belastung, die auf bestimmte Kettenlaschen, insbesondere die
Kettenlaschen 25a, ausgeübt wird, hat einen übermäßigen Oberflächendruck
zur Folge, der auf die inneren Umfangsflächen der Stiftlöcher 23 in
diesen Kettenlaschen und auf die äußeren Umfangsflächen der
Verbindungsstifte 27 wirkt. Folglich neigen sowohl die
inneren Flächen
der Stiftlöcher
als auch die äußeren Flächen der
Verbindungsstifte zu einem schnellen Verschleiß, der eine Kettenlängung zur
Folge hat.
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Da
die Kette aus überlappenden
Laschen zusammengesetzt ist, die in der Breitenrichtung der Kette
alternierend angeordnet sind, berühren sich die Laschen, da jede
Führungsgliedreihe
GL aus fünf
Laschen 26, 24a, 24b, 24a und 26 zusammengesetzt
ist und jede Verbindungsgliedreihe JL aus vier Laschen 25a, 25b, 25b und 25a zusammengesetzt
ist, an acht Stellen entlang der Breite der Kette, was einen signifikanten
Reibungsverlust zur Folge hat, wenn die Kette während ihrer Bewegung um die
Kettenräder schwenkt.
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Im
Gebrauch neigen Teile der äußeren Laschen 25a der
Verbindungsgliedreihen JL zu einem Brechen und ist der gemessene
Verschleiß der
Kettenlaschen 25a signifikant höher als der Verschleiß der dazwischen
liegenden Kettenlaschen 25b.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die oben
erwähnten,
mit herkömmlichen
Zahnketten verbundenen Probleme zu überwinden und genauer gesagt
eine Zahnkette bereitzustellen, bei der auf die jeweiligen inneren
Kettenlaschen der Kette ausgeübte
Belastungen so gleichmäßig wie
möglich
erfolgen, wenn eine Zugkraft in der Längsrichtung der Kette ausgeübt wird, bei
der der hohe Verschleißgrad
in den Stiftlöchern bestimmter
Kettenlaschen und der Abschnitte der Verbindungsstifte in diesen
Stiftlöchern
unterdrückt ist,
bei der eine verschleißbedingte
Längung
der Kette vermindert ist und bei der der Verschleiß der Oberfläche der
Kettenlasche, der durch eine Bewegung der Kettenlaschen gegeneinander
verursacht wird, vermindert ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Erfindungsgemäß wird die
voranstehende Aufgabe durch eine Zahnkette mit den Merkmalen des
einzigen Patentanspruchs gelöst.
Danach ist eine Zahnkette bereitgestellt, bei der eine Anzahl von inneren
Kettenlaschen, die jeweils ein Paar von Zähnen und ein Paar von Stiftlöchern aufweisen,
jeweils in Führungsgliedreihen
und Verbindungsgliedreihen angeordnet sind, wobei an beiden Außenseiten
jeder Füh rungsgliedreihe
Führungslaschen
angeordnet sind und die Führungsgliedreihen
und die Verbindungsgliedreihen in einer endlosen Schleife alternierend
angeordnet und mittels Verbindungsstiften miteinander verbunden
sind, wobei bei jeder Führungsgliedreihe
eine Vielzahl von inneren Kettenlaschen aufeinander gestapelt und
bezüglich
der Breite der Kette an einer Mittelposition in Form eines zentralen Stapels
angeordnet sind, wobei bei jeder Verbindungsgliedreihe erste und
zweite Stapel von inneren Kettenlaschen, wobei jeder Stapel aus
einer Vielzahl von inneren Kettenlaschen besteht, breitenmäßig zueinander
beabstandet angeordnet sind, wobei sich der erste Stapel der inneren
Kettenlaschen jeder Verbindungsgliedreihe zwischen dem zentralen
Stapel einer angrenzenden Führungsgliedreihe
und einer Führungslasche
dieser Führungsgliedreihe
und zwischen dem zentralen Stapel einer weiteren angrenzenden Führungsgliedreihe
und einer Führungslasche
dieser weiteren Führungsgliedreihe
erstreckt und wobei sich der zweite Stapel der inneren Kettenlaschen
jeder Verbindungsgliedreihe zwischen dem zentralen Stapel der einen
angrenzenden Führungsgliedreihe
und der anderen Führungslasche
dieser Führungsgliedreihe
und zwischen dem zentralen Stapel der weiteren angrenzenden Führungsgliedreihe
und der anderen Führungslasche
dieser weiteren Führungsgliedreihe
erstreckt.
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Eine
Belastung, die auf die innere Kettenlasche ausgeübt wird, die an einer Außenseite
einer Verbindungsgliedreihe angeordnet ist, ist damit vermindert
und gleichzeitig ist ein Biegen der Führungslasche und des Verbindungsstifts
unterdrückt.
Im Ergebnis sind die Belastungen gleichmäßiger auf die zentral angeordneten
inneren Kettenlaschen der Führungsgliedreihe
verteilt, so dass die Balance der Belastungen verbessert ist, die
auf all die inneren Kettenlaschen der Führungsgliedreihe und der Verbindungsgliedreihe
ausgeübt
sind.
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Da
die Biegung der Führungslasche
und des Verbindungsstifts unterdrückt ist, ist des Weiteren ein räumlich begrenzter
Flächenkontakt
zwischen den Verbindungsstiften und den Stiftlöchern der äußeren Kettenlaschen der Verbindungsgliedreihen
unterdrückt,
wodurch der Verschleiß an
dieser Stelle vermindert ist. Im Ergebnis ist die verschleißbedingte Längung der
Kette vermindert und können
die Probleme des Geräuschs
und des Zahnspringens aufgrund der verschleißbedingten Längung der
Kette verhindert werden.
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Da
des Weiteren die inneren Kettenlaschen in Gruppen gestapelt sind,
ist die Gesamtfläche
des Gleitkontakts zwischen den Seiten der Laschen signifikant vermindert
und sind folglich Reibungsverluste ebenfalls vermindert.
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FIGURENKURZBESCHREIBUNG
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Es
gibt nun verschiedene Möglichkeiten,
die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten
und weiterzubilden. Dazu ist insbesondere auf die nachfolgende Erläuterung
eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit
der Erläuterung
des bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In
der Zeichnung zeigen
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1 in
einer Draufsicht einen Teil eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Zahnkette,
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2(A) und 2(B) in
einer Draufsicht und in einer Seitenansicht eine herkömmliche
Zahnkette,
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3 in
einer schematischen geschnittenen Darstellung einen Abschnitt einer
herkömmlichen Zahnkette,
wobei der Zustand dargestellt ist, der auftritt, wenn eine Zugkraft
auf die Kette ausgeübt
wird,
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4(A) und 4(B) in
schematischen geschnittenen Darstellungen die Deformation der Verbindungsstifte
bei einer herkömmlichen
Zahnkette und bei einer erfindungsgemäßen Zahnkette,
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5(A) und 5(B) in
schematischen geschnittenen Darstellungen die verschleißbedingte Stiftlochdeformation
bei einer herkömmlichen
Zahnkette und bei einer erfindungsgemäßen Zahnkette,
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6 in
einem Diagramm die Ergebnisse von Vergleichstests hinsichtlich der
Biegung der Verbindungsstifte bei einer her kömmlichen Zahnkette und bei
einer erfindungsgemäßen Zahnkette
und
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7 in
einem Diagramm die Ergebnisse von Vergleichstests bezüglich der
Belastungen, die auf die inneren Kettenlaschen der Verbindungsgliedreihen
einer herkömmlichen
Zahnkette und einer erfindungsgemäßen Zahnkette ausgeübt werden.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Bei
der in 1 gezeigten Zahnkette 1 bilden innere
Kettenlaschen 3a, 3b und 3c und ein Paar von
Führungslaschen 5 Führungsgliedreihen
GL und zwei Sätze
von Kettenlaschen 4a und 4b jede Verbindungsgliedreihe
oder „Nicht-Führungsgliedreihe" JL. Die Laschen
sind mittels Verbindungsstiften 6 verbunden.
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Jede
innere Kettenlasche 3a, 3b, 3c, 4a und 4b weist
ein Paar von nicht gezeigten Zähnen
und ein Paar von nicht gezeigten Stiftlöchern wie bei einer herkömmlichen
Kettenlasche auf. Die Dicke sämtlicher
innerer Kettenlaschen 3a, 3b, 3c, 4a und 4b sind
vorzugsweise gleich.
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Bei
jeder Führungsgliedreihe
GL sind die drei inneren Kettenlaschen 3a, 3b und 3c übereinander gestapelt,
wobei die Lasche 3b in der Mitte der Kette in deren Breitenrichtung
angeordnet ist. Die Führungslaschen 5,
die keine Zähne
aufweisen, sind an beiden Außenseiten
jeder Führungsgliedreihe
GL angeordnet.
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Bei
jeder Verbindungsgliedreihe JL ist ein Paar von inneren Kettenlaschen 4a und 4b,
die aufeinander gestapelt sind, zwischen einer Lasche 3a und
einer Führungslasche 5 einer
angrenzenden Führungsgliedreihe
GL angeordnet, und ein weiteres gleiches oder ähnliches Paar von inneren Kettenlaschen 4a und 4b ist
zwischen einer Lasche 3c und der anderen Führungslasche 5 der
angrenzenden Führungsgliedreihe
GL angeordnet.
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Die
Verbindungsstifte 6 erstrecken sich durch Stiftlöcher der
inneren Kettenlaschen 3a, 3b, 3c, 4a und 4b mit
Spiel, jedoch sind die Enden der Verbindungsstifte 6 in den
Stiftlöchern
der Führungslaschen 5 mittels
Einpressens, Stemmens oder dergleichen befestigt. Die Zahnkette 1 kann
zur Übertragung
einer Rotation von einem Antriebskettenrad zu einem oder mehreren
Abtriebskettenrädern
verwendet werden.
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Die
Vorteile der erfindungsgemäßen Zahnkette
gegenüber
der in 2(A) gezeigten herkömmlichen
Zahnkette 21 können
hier unter Bezugnahme auf die schematischen Darstellungen in den 4(A) und 4(B) erkannt
werden, die jeweils die Deformation eines Verbindungsstifts zeigen, wenn
eine Zugkraft F auf die herkömmliche
Zahnkette und auf die erfindungsgemäße Zahnkette ausgeübt wird.
Wie in den 4(A) und 4(B) gezeigt, zeigt
der Verbindungsstift 6 bei der in 4(B) gezeigten
erfindungsgemäßen Zahnkette
im Vergleich mit der Biegung des Verbindungsstifts 27 der
in 4(A) gezeigten herkömmlichen
Zahnkette eine geringere Verbiegung. Die Ergebnisse eines Biegungsvergleichs
der Verbindungsstifte sind in 6 gezeigt,
in der zu sehen ist, dass das Biegungsverhältnis des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels
26% weniger beträgt
als das Biegungsverhältnis
des herkömmlichen
Beispiels.
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Eine
verschleißbedingte
Deformation der Stiftlöcher
der äußeren inneren
Kettenlaschen der Verbindungsgliedreihen JL einer Kette tritt auf,
wenn eine Zugkraft F auf die Kette ausgeübt wird. Die verschleißbedingten
Deformationen der äußeren inneren
Kettenlaschen bei den Verbindungsgliedreihen einer herkömmlichen
Kette und bei den Verbindungsgliedreihen einer erfindungsgemäßen Kette
sind jeweils in den 5(A) und 5(B) dargestellt. Wie oben erwähnt, zeigt der Stift 6 bei
der erfindungsgemäßen Kette
im Vergleich mit dem Verbindungsstift 27 einer herkömmlichen
Kette einen geringeren Betrag an Verbiegung, wenn die Kette bei
einer Zugkraft F betrieben wird. Da die Verbiegung des Stifts 6 geringer
ist als beim Stift 27, zeigt das Stiftloch 2 der
inneren Kettenlasche 4a der erfindungsgemäßen Zahnkette
im Vergleich mit dem Stiftloch 23 der inneren Kettenlasche 25a der
herkömmlichen
Zahnkette einen geringeren Verschleiß. Im Ergebnis zeigt die erfindungsgemäße Zahnkette
im Vergleich mit der verschleißbedingten
Längung
der herkömmlichen Zahnkette
eine verminderte verschleißbedingte
Längung.
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7 zeigt
die Ergebnisse von Tests bezüglich
den Belastungen, die auf die individuellen Kettenlaschen der Verbindungsgliedreihen
oder „Nicht-Führungsgliedreihen" JL der herkömmlichen
Kette und der erfindungsgemäßen Kette
ausgeübt
wer den. Zunächst
ist das Druckverhältnis
bezüglich
den inneren Kettenlaschen 4a und 25a, die an den
Außenseiten der
Verbindungsgliedreihen JL bei den jeweiligen Ketten angeordnet sind,
bei der inneren Kettenlasche 4a der Erfindung im Vergleich
mit dem Druckverhältnis
der inneren Kettenlasche 25a der herkömmlichen Kette um 10% vermindert.
In dem Fall der dazwischen liegenden inneren Kettenlaschen 4b und 25b in
den Verbindungsgliedreihen der jeweiligen Ketten ist das Druckverhältnis der
inneren Kettenlasche 4b der Erfindung geringfügig größer als
bei der inneren Kettenlasche 25b der herkömmlichen
Kette. Im Ergebnis ist der 7 entnehmbar,
dass in dem Fall der Erfindung die Differenz zwischen den Belastungsverhältnissen
bei den äußeren Kettenlaschen und
den dazwischen liegenden Kettenlaschen der Verbindungsgliedreihen
reduziert ist und dass daher die Balance der Belastungen unter den
inneren Kettenlaschen der Verbindungsgliedreihen verbessert ist.
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Obgleich
bei der in 1 gezeigten erfindungsgemäßen Zahnkette
die Gesamtanzahl von Laschen 5, 3a, 3b, 3c und 5 bei
einer Führungsgliedreihe
GL fünf
ist und die Gesamtanzahl von Laschen 4a, 4b, 4b und 4a bei
einer Verbindungsgliedreihe JL vier ist, existieren nur vier Flächen, an
denen ein Gleitkontakt zwischen den Seiten angrenzender Laschen
auftritt, und zwar im Vergleich mit acht derartigen Flächen bei
der herkömmlichen
Zahnkette. Im Ergebnis ist der Reibungsverlust bei der erfindungsgemäßen Zahnkette
vermindert.
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Da
bei der erfindungsgemäßen Zahnkette die
drei inneren Kettenlaschen 3a, 3b und 3c der Führungsgliedreihe
GL gestapelt und zentral in der Führungsgliedreihe GL angeordnet
sind und die inneren Kettenlaschen 4a und 4b der
Verbindungsgliedreihe JL in Paaren gestapelt und an die Führungslaschen 5 der
Führungsgliedreihe
GL angrenzend angeordnet sind, sind die Belastungen auf die Kettenlaschen 4a und 4b der
Verbindungsgliedreihe JL gleichmäßiger ausgeübt. Auch
ist die Verbiegung der Führungslaschen 5 und
der Verbindungsstifte 6 unterdrückt und ist im Ergebnis die
Belastung gleichmäßiger auf
die inneren Kettenlaschen 3a, 3b und 3c der
Führungsgliedreihe
GL verteilt und ist die Balance der auf all die inneren Kettenlaschen 3a, 3b, 3c, 4a und 4b ausgeübten Belastungen
verbessert.
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Wenn
das Verbiegen der Führungslasche 5 und
des Verbindungsstifts 6 unterdrückt ist, ist auch der schräge Kontakt
der Verbindungsstifte mit den Stiftlöchern in den äußeren Kettenlaschen
der Verbindungsgliedreihen unterdrückt und ist der Ver schleiß aufgrund
des Kontakts zwischen dem Stift und dem Stiftloch in einem begrenzten
Flächenbereich
vermindert. Im Ergebnis ist die verschleißbedingte Längung der Kette unterdrückt, sind
durch die Längung
verursachte Probleme wie beispielsweise die Erzeugung von Lärm und eines
Zahnspringens verhindert und sind die Motorleistung und Motorhaltbarkeit
und -zuverlässigkeit
ebenfalls verbessert, wenn die Zahnkette als Steuerkette bei einem
Verbrennungsmotor verwendet wird.
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Da
des Weiteren zwei gestapelte innere Kettenlaschen 4a und 4b auf
beiden Seiten der Verbindungsgliedreihe JL bereitgestellt und angrenzend
an die Führungslaschen 5 der
Führungsgliedreihen
GL angeordnet sind und drei gestapelte innere Kettenlaschen 3a, 3b und 3c in
dem mittleren Teil der Führungsgliedreihe
GL bereitgestellt sind, ist die gesamte Kontaktfläche, an
der die Laschen beim Biegen der Zahnkette reibend aneinander gleiten,
um die Hälfte reduziert
und ist der Reibungsverlust entsprechend reduziert. Wenn in diesem
Fall die Zahnkette als Steuerkette in einem Motor verwendet wird,
ist der Treibstoffverbrauch des Motors verringert.
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Wenn
eine geeignete Anzahl von inneren Kettenlaschen, die dieselbe Dicke
aufweisen, bei den Führungsgliedreihen
und den Verbindungsgliedreihen verwendet werden, ist es unnötig, Laschen
unterschiedlicher Dicke bereitzustellen. In diesem Fall können sämtliche
Laschen dieselbe Dicke aufweisen und können die Herstellung und der
Zusammenbau der Zahnkette einfacher durchgeführt werden.
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Bei
dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel
sind bei der Führungsgliedreihe
drei innere Kettenlaschen zentral in einem Stapel bereitgestellt. Jedoch
kann eine größere Anzahl
gestapelter innerer Kettenlaschen eingesetzt werden. Obgleich das
beschriebene Ausführungsbeispiel
zwei innere Kettenlaschen aufweist, die auf jeder Seite der Verbindungsgliedreihe
aufeinander gestapelt sind, können in
gleicher Weise mehr als zwei innere Kettenlaschen verwendet werden.
Zum Erreichen einer guten Lastverteilung sollte die Anzahl von Kettenlaschen
der Verbindungsgliedreihe die Anzahl von Kettenlaschen der Führungsgliedreihe
vorzugsweise um eine Lasche übersteigen.
D.h., wenn n Kettenlaschen in der Führungsgliedreihe vorliegen,
sollten n + 1 Kettenlaschen in der Verbindungsgliedreihe vorliegen.
Des Weiteren sollten bei dem in 1 gezeigten
bevorzugten Ausführungsbeispiel
die inneren Kettenlaschen alle dieselbe Dicke aufweisen und können die Führungslaschen
die selbe Dicke wie die inneren Kettenlaschen aufweisen. Jedoch kann
die Dicke der Führungslaschen
geringer sein als die Dicke der inneren Kettenlaschen. Wie in den 4(B) und 5(B) gezeigt,
kann alternativ die Dicke jeder inneren Kettenlasche der Verbindungsgliedreihe
JL größer sein
als die Dicke jeder inneren Kettenlasche der Führungsgliedreihe GL.