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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gelenkkette mit sich abwechselnden Innenkettengliedern und Außenkettengliedern, die jeweils mittels eines Kettengelenks miteinander verbunden sind, wobei jedes Außenkettenglied mindestens zwei Außenlaschen und zwei diese miteinander verbindende Kettenbolzen aufweist, jedes Innenkettenglied mindestens zwei Innenlaschen und zwei diese miteinander verbindende Gelenkhülsen aufweist und sich zum Bilden eines Kettengelenks jeweils ein Kettenbolzen des Außenkettenglieds durch eine Gelenkhülse des Innenkettenglieds erstreckt, und wobei die Gelenkhülsen der Innenkettenglieder als Wickelhülsen ausgebildet und fest mit den Innenlaschen verbunden sind.
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Gelenkketten werden in vielen unterschiedlichen Bereichen der Technik für unterschiedliche Zwecke genutzt. Ein wichtiges Einsatzgebiet ist die Nutzung als Steuerkette in einem Verbrennungsmotor zur Steuerung des Verbrennungsprozesses. In einem solchen Steuertrieb ist eine Gelenkkette hohen dynamischen Kräften ausgesetzt mit hohen Anforderungen an die dauerhafte Belastbarkeit, Materialeigenschaften und Qualität der Herstellung. Erfahrungsgemäß sind dabei die Innenkettenglieder versagensanfälliger als die Außenkettenglieder, da in den Innenlaschen der Innenkettenglieder größere Öffnungen vorhanden sein müssen, in denen die Hülsen angeordnet werden. Im Gegensatz hierzu sind die Öffnungen in den Außenlaschen zur Aufnahme der Kettenbolzen im Durchmesser wesentlich kleiner, weshalb ein größerer Querschnitt zur Kraftübertragung in den Außenlaschen verbleibt.
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In vielen Gelenkketten aus dem Stand der Technik werden als Gelenkhülsen einfache Wickelhülsen eingesetzt, die aus kaltgewalzten Stahlbädern gewickelt werden und teure fließgepresste Gelenkhülsen ohne Naht oder Stoß ersetzen. Beim Wickelvorgang wird ein Bandstück nach dem Durchlaufen eines Richtapparats von dem Stahlband abgeschnitten, um einen Wickeldorn geformt und durch verschiedene Matrizen gedrückt, um eine hohlzylindrische Wickelhülse zu formen. In den Gelenkketten mit einer zufälligen Anordnung der Wickelhülsen in den Innenlaschen hat sich gezeigt, dass bei einer Anordnung der Hülsenstöße in den außenliegenden Stirnseitenbereichen der Innenlaschen ein deutlich höheres Versagensrisiko an den Innenkettengliedern gegeben ist. In Abhängigkeit der Zugbelastung der Gelenkkette tritt in den außenliegenden Bereichen ein sehr starker frühzeitiger Verschleiß der Gelenkhülsen im Bereich des Hülsenstoßes auf. Der Verschleiß der Gelenkkette findet generell hauptsächlich im Kettengelenk statt, wo sich die gegenüberliegenden Gelenkflächen des Kettenbolzens und der Gelenkhülse über einen gewissen Winkelbereich reversierend zueinander bewegen. Sofern sich der Hülsenstoß in diesem Winkelbereich befindet, kommt es zu einem verstärkten Abrieb zwischen den beiden Gelenkflächen und zu einem erhöhten Verschleiß des Kettengelenks.
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Um die Dauerfestigkeit der Innenkettenglieder zu verbessern, ist es bekannt, die Hülsenstöße der Wickelhülse so anzuordnen, dass sie auf der Laschenlängsachse der Innenlaschen einander gegenüberliegen. Entsprechende Verfahren und Vorrichtungen zum Herstellen von Innenkettengliedern und Gelenkketten, bei denen der Hülsenstoß der Wickelhülsen in der Mitte der Innenlaschen auf der Laschenlängsachse positioniert sind, sind aus der
DE 1 752 557 A und
US 3 866 410 A bekannt. Aus den Druckschriften
EP 1 070 873 A1 , der
JP-S58 025 840 A und
WO 2003/067119 A2 sind darüber hinaus Gelenkketten bekannt, bei denen der Hülsenstoß der Wickelhülse geneigt, gebogen oder kurvenförmig zur Stirnseite der Wickelhülse verlaufen. Trotz der verschiedenen Maßnahmen zur Anordnung des Hülsenstoßes der Wickelhülse im Innenkettenglied und zur Ausbildung des Hülsenstoßes selbst, ist die Dauerfestigkeit einer Gelenkkette mit als Wickelhülsen ausgebildeten Gelenkhülsen der Innenkettenglieder gegenüber hülsenstoßfreien fließgepressten Gelenkhülsen deutlich vermindert.
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Im Hinblick auf die aus dem Stand der Technik bekannten Gelenkketten mit als Wickelhülsen ausgebildeten Gelenkhülsen der Innenkettenglieder besteht daher die Anforderung, den Verschleiß der Kettengelenke zu reduzieren und die Dauerfestigkeit der Innenkettenglieder zu verbessern, um die Betriebssicherheit und Lebensdauer der Gelenkketten zu erhöhen. Darüber hinaus bedingt die fortschreitende technische Entwicklung gerade im Bereich von Verbrennungsmotoren auch bei bereits gut eingeführten Komponenten einen stetigen Innovationsdruck und die Anforderung, bestehende Konzepte zu verbessern. Im Hinblick auf den in der Automobilindustrie bestehenden stetigen Kostendruck in Verbindung mit hohen Stückzahlen, ergibt sich außerdem ein allgemeiner ständiger Optimierungsbedarf.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Gelenkkette der eingangs genannten Art hinsichtlich ihrer Dauerfestigkeit und Haltbarkeit zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Gelenkkette dadurch gelöst, dass ein Hülsenstoß der Wickelhülse in einem Winkel von 120° bis 140° zur Laschenlängsachse angeordnet ist, wobei sich der Winkel zwischen der durch den Mittelpunkt der Hülse verlaufenden Längsachse und einem den Mittelpunkt der Gelenkhülse und den Hülsenstoß verbindenden Schenkel bemisst. Dabei wird der außenliegende Schnittpunkt der Gelenkhülse mit der Laschenlängsachse auch als 0°-Position der Hülsenstoßlage bezeichnet. Eine solche Hülsenstoßlage zwischen 120° und 140° beeinflusst die Dauerfestigkeit der Gelenkkette. Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Gelenkketten, bei denen die Hülsenstöße in einem Winkel von 180° zur Laschenlängsachse angeordnet und in der Mitte der Innenlasche einander zugewandt sind, ermöglicht die Hülsenstoßlage zwischen 120° und 140° neben einer vergleichbaren Dauerfestigkeit der Innenlaschen auch eine Verbesserung der Dauerfestigkeit der Gelenkhülsen und somit eine Verbesserung der gesamten Haltbarkeit der Innenkettenglieder bzw. der gesamten Gelenkkette. In einer optimalen Lage liegt der Hülsenstoß bei 130°, wobei der Abstand zu den Grenzen des beanspruchten Winkelbereichs von +/- 10° für eine erleichterte Montage nutzbar ist.
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Für eine sichere Dauerfestigkeit der Innenlaschen können die Hülsenstöße der zwei Wickelhülsen der Innenlaschen einander zugewandt sein, so dass sich die Hülsenstoßlage jeweils zwischen einem außenliegenden Schnittpunkt der Hülse mit der Laschenlängsachse und dem Schenkel zwischen dem Mittelpunkt der Hülse und dem Hülsenstoß bemisst. Dabei wird der außenliegende Schnittpunkt der Gelenkhülse mit der Laschenlängsachse auch als 0°-Position der Hülsenstoßlage bezeichnet.
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Eine besondere Ausführungsform sieht vor, dass die Hülsenstöße der zwei Wickelhülsen der Innenlaschen auf einer Längsseitenhälfte der Innenlasche positioniert sind, die im Betrieb der Gelenkkette den Kettenrädern abgewandt ist. Beim Eingriff der Kettenräder in die Gelenkkette und beim Abwälzen der Zähne der Kettenräder auf den Gelenkhülsen entsteht eine erhöhte Belastung der Gelenkhülse, die im Bereich des Hülsenstoßes der Wickelhülse zu einem erhöhten Verschleiß führen kann. Dies wird durch die Positionierung der Hülsenstöße auf der dem Eingriff der Kettenräder abgewandten Längsseitenhälfte oberhalb der sich durch die Mittelpunkte der Gelenkhülsen erstreckenden Laschenlängsachse vermieden.
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Eine zweckmäßige Ausbildung sieht vor, dass der Hülsenstoß senkrecht zur Stirnseite der Wickelhülse verläuft. Dies erleichtert bei der Herstellung der Wickelhülsen aus einem Stahlband das exakte Abschneiden des Bandstücks und das Formen des Bandstücks um einen Wickeldorn und durch verschiedene Matrizen zu einer zylinderförmigen Wickelhülse.
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Zur Schmierung des Kettengelenks sowie der Gleitlagerflächen des Kettenbolzens und der Gelenkhülsen im Inneren des Kettengelenks, kann die Wickelhülse in der Mantelfläche eine Öffnung aufweisen, bevorzugt im Bereich des Hülsenstoßes. Die Zufuhr eines Schmiermittels, beispielsweise Motoröl, reduziert den Verschleiß der Gleitlagerflächen des Kettengelenks und verbessert entsprechend die Haltbarkeit der Gelenkkette. Besonders einfach lässt sich eine derartige Öffnung herstellen, indem die Öffnung im Bereich des Hülsenstoßes vorgesehen ist. Die Öffnung im Bereich des Hülsenstoßes lässt sich beim Ausschneiden des Bandstücks für die Wickelhülse aus dem Stahlband an den beiden Stirnseiten für den Hülsenstoß vorsehen, indem zwei Aussparungen an den Stoßkanten der Wickelhülse ausgebildet sind, so dass sich die Öffnung in der Mantelfläche der Wickelhülse automatisch durch den Wickelvorgang des Bandstücks ergibt.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass die Wickelhülsen in entsprechende Hülsenöffnungen der Innenlaschen eingepresst sind, um das Innenkettenglied auszubilden. Das Einpressen der Wickelhülsen in entsprechende Hülsenöffnungen ermöglicht neben einer einfachen festen Verbindung der Wickelhülsen mit den Innenlaschen des Innenkettenglieds auch eine sichere Positionierung der Hülsenstöße der Wickelhülse in einer vorgegebenen Hülsenstoßlage.
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Eine sinnvolle Modifikation sieht vor, dass die Wickelhülsen der Innenkettenglieder aus einem niedrig legierten Stahl hergestellt sind, insbesondere aus einem 10NC6 Stahlmaterial. Ein niedrig legierter Stahl und insbesondere ein 10NC6 Stahlmaterial ermöglicht ein exaktes Abschneiden des Bandstücks von einem Stahlband und das Formen des Bandstücks zu einer Wickelhülse und gleichzeitig auch eine hohe Zug- und Dauerfestigkeit durch eine anschließende Wärmebehandlung, z.B. Einsatzhärten. Bevorzugt können dabei die Wickelhülsen aus einem Bandstück eines kaltgewalzten Präzisionsstahlbands gewickelt sein, um eine besonders hohe Genauigkeit und Maßhaltigkeit der Wickelhülsen zu ermöglichen.
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Gemäß einer weiteren Ausbildung können die Innenlaschen der Innenkettenglieder aus einem Vergütungsstahl hergestellt sein, insbesondere aus einem C45E, C60 oder 42CrMo4 Stahlmaterial. Die Verwendung eines Vergütungsstahls für die Herstellung der Innenkettenglieder ermöglicht neben einem einfachen und exakten Ausstanzen der Innenlaschen mit geringen Bruchanteilen der Schnittflächen, auch eine hohe Zug- und Dauerfestigkeit durch ein anschließendes Vergüten.
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Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf einen Kettentrieb für einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Steuerkettentrieb, mit einem Antriebskettenrad, mindestens einem Abtriebskettenrad und einer Gelenkkette nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, wobei die Gelenkkette mit dem Antriebskettenrad und dem Abtriebskettenrad in Eingriff steht. Durch die besondere Ausgestaltung der Gelenkkette kann dieser Kettentrieb für einen Verbrennungsmotor trotz der Verwendung kostengünstiger Komponenten und Herstellungsverfahren mit einer hohen Belastbarkeit und Betriebssicherheit bereitgestellt werden.
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Im Folgenden werden beispielhafte, nicht beschränkende Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kettentriebs,
- 2 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Gelenkkette,
- 3 eine Explosionsansicht der erfindungsgemäßen Gelenkkette aus 2, und
- 4 eine vergrößerte Seitenansicht eines Innenkettenglieds der erfindungsgemäßen Gelenkkette aus 2 und 3.
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In 1 ist ein Kettentrieb 1 für einen Verbrennungsmotor dargestellt. Dieser als Steuertrieb ausgebildete Kettentrieb 1 umfasst zwei obenliegende Nockenwellen-Abtriebskettenräder 2, ein untenliegendes Kurbelwellen-Antriebskettenrad 3 und eine um diese herumgeführte endlose Gelenkkette 4. Im Lasttrum des Kettentriebs 1 ist eine Führungsschiene 5 angeordnet, an der die Gelenkkette 4 entlanggleitet. Auf dem gegenüberliegenden Leertrum des Kettentriebs 1 befindet sich eine in der Nähe des Kurbelwellen-Antriebskettenrads 3 schwenkbar gelagerte Spannschiene 6, die mittels eines in einem Motorgehäuse 7 eingeschraubten Kettenspanners 8 an die Gelenkkette 4 andrückbar ist, um so den Leertrum des Kettentriebs 1 vorzuspannen. Der Kettenspanner 8 ist üblicherweise an die Motorölhydraulik angeschlossen, so dass ein Spannkolben 9 hydraulisch auf die schwenkbar angeordnete Spannschiene 6 aufdrückt. Der Kettenspanner 8 ist in der vorliegenden Ausführungsform in 1 als Einschraubkettenspanner ausgebildet, der in das Motorgehäuse 7 eingeschraubt ist und auf die Spannschiene 6 aufdrückt, die so mit einer vorbestimmten Kraft an die Gelenkkette 4 gedrückt wird. Alternativ kann der Kettenspanner 8 auch als Flanschspanner ausgebildet sein.
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Anhand der in 2 gezeigten Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Gelenkkette 4 erkennt man die abwechselnd mittels eines Kettengelenks 10 miteinander verbundenen Außenkettenglieder 11 und Innenkettenglieder 12. Jedes Außenkettenglied 11 besteht aus zwei im Abstand zueinander angeordneten Außenlaschen 13 und zwei diese miteinander verbindende zylindrisch ausgeformte Kettenbolzen 14. Hierzu sind die Kettenbolzen 14 in zugehörige Bolzenöffnungen 15 in den Außenlaschen 13 eingepresst, siehe 3, so dass sie leicht nach außen überstehen. Jedes Innenkettenglied 12 besteht aus zwei im Abstand zueinander angeordneten Innenlaschen 16, die mittels zwei im Abstand zueinander angeordneten Gelenkhülsen 17 miteinander verbunden sind. Hierzu sind die Gelenkhülsen 17 in entsprechende Hülsenöffnungen 18 der Innenlaschen 16 eingepresst.
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Der Kettenbolzen 14 eines Außenkettenglieds 11 und die zugehörige Gelenkhülse 17 eines Innenkettenglieds 12, durch die sich der Kettenbolzen 14 erstreckt, formen gemeinsam das Kettengelenk 10 aus. Wie in 2 zu erkennen, ist die Dicke der Innenlaschen 16 aus Festigkeitsgründen etwas größer, da für das Einpressen der Gelenkhülsen 17 in die Hülsenöffnungen 18 gegenüber den Bolzenöffnungen 15 ein größerer Durchmesser erforderlich ist. Jede Außenlaschen 13 und jede Innenlasche 16 weist im Außenkonturverlauf an der Oberseite und der Unterseite entsprechende Laschenrücken 19 auf, die parallel zueinander angeordnet sind.
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Wie in 2 und 3 deutlich zu erkennen, sind die Gelenkhülsen 17 als Wickelhülsen 20 ausgebildet. Die Wickelhülsen 20 weisen jeweils einen Hülsenstoß 21 auf, in dessen Mitte eine Schmieröffnung 22 vorgesehen ist. Die Wickelhülsen 20 werden aus einem kaltgewalzten Präzisions-Stahlband, beispielsweise einem 10NC6-Stahlband, gewickelt, wobei für den Wickelvorgang zunächst ein Bandstück nach dem Durchlaufen eines Richtapparats vom Stahlband abgeschnitten wird, dann um einen Wickeldorn geformt und durch verschiedene Matrizen gedrückt wird, um zur zylinderförmigen Wickelhülse 20 zu gelangen. Nach dem Verpressen der Wickelhülsen 20 mit den Hülsenöffnungen 18 der Innenlaschen 16 zur Erzeugung des Innenkettenglieds 12, liegen die beiden Schnittkanten des Bandstücks aneinander an und bilden den Hülsenstoß 21 der Wickelhülse 20. Beim Abschneiden des Bandstücks vom Stahlband kann in der Mitte der Schnittfläche eine halbrunde Aussparung vorgesehen sein, die sich nach dem Wickelvorgang des Bandstücks mit einer zugehörigen zweiten halbrunden Aussparung an der zweiten Schnittfläche zur Schmieröffnung 22 in der Wickelhülse 20 verbindet. Über diese Schmieröffnung 22 erfolgt die Schmierung des Kettengelenks 10.
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In der Explosionszeichnung in 3 ist neben dem Aufbau der Gelenkkette auch deren Montage zu erkennen. Die Gelenkkette 4 setzt sich aus einander abwechselnd angeordneten Innenkettengliedern 12 und Außenkettengliedern 11 zusammen. Die Innenkettenglieder 12 bestehen jeweils aus zwei Innenlaschen 16 und zwei in die Hülsenöffnungen 18 der Innenlaschen 16 eingepressten Wickelhülsen 20. Dabei werden die Wickelhülsen 20 beim Verpressen der Innenkettenglieder 12 derart positioniert, dass die Hülsenstöße 21 der beiden Wickelhülsen 20 des Innenkettenglieds 12 in einer Hülsenstoßlage zwischen 120° und 140° positioniert und einander zugewandt sind. Beim Zusammenbau der Innenkettenglieder 12 mit den Außenkettengliedern 11 werden die Kettenbolzen 14 zunächst nur in die Bolzenöffnungen 15 einer Außenlasche 13 eingepresst und dann zum Ausbilden des Kettengelenks 10 durch die Gelenköffnungen 23 der Wickelhülsen 20 zweier einander angrenzender Innenkettenglieder 12 geschoben, bevor die zweite Außenlasche 13 auf den aus den Gelenköffnungen 23 vorstehenden Enden der Kettenbolzen 14 aufgepresst wird.
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4 zeigt im Detail die Lage der Hülsenstöße 21 der Wickelhülsen 20 in den Innenlaschen 16 der Innenkettenglieder 12. Die Laschenlängsachse L der Innenlaschen 16 erstreckt sich durch die Mittelpunkte M der in die Hülsenöffnungen 18 eingepressten Wickelhülsen 20. Dabei wird der außenliegende Schnittpunkt der Wickelhülsen 20 mit der Laschenlängsachse L als 0°-Position 24 der Hülsenstoßlage bezeichnet. Ausgehend von der 0°-Position 24 ist bei einer erfindungsgemäßen Gelenkkette 4 die Winkellage des Hülsenstoßes 21 der Wickelhülsen 20 in den Innenlaschen 16 der Innenkettenglieder 12 im Bereich zwischen 120° bis 140°, wobei sich die Hülsenstöße 21 auf der gleichen Längsseitenhälfte der Innenlaschen 16 einander gegenüberliegen. Die Hülsenstoßlage bemisst sich jeweils zwischen der 0°-Position 24 auf der durch die Mittelpunkte M der Wickelhülse 20 erstreckenden Laschenlängsachse L und einem den Mittelpunkt M der Wickelhülse 20 und den Hülsenstoß 21 verbindenden Schenkel, wobei die Winkel sich in unterschiedliche Richtungen öffnen, so dass die Lage der Hülsenstöße 21 der beiden Wickelhülsen 20 symmetrisch zu einer Mittelachse A der Innenlasche 16 positioniert sind. Entsprechend sind die Hülsenstöße 21 beider Wickelhülsen 20 des Innenkettenglieds 12 auf der zur Laschenlängsachse L oberen Längsseitenhälfte der Innenlasche positioniert, die im Betrieb der Gelenkkette 4 den Abtriebskettenrädern 2 und Antriebskettenrad 3 eines Kettentriebs 1 abgewandt ist, so dass beim Eingriff der Kettenräder 2,3 in die Gelenkkette 4 die Zähne der Kettenräder 2,3 sich nicht über die Hülsenstöße 21 der Wickelhülsen 20 abwälzen.
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Die Hülsenstoßlage der Hülsenstöße 21 der Wickelhülsen 20 der Innenkettenglieder 12 einer erfindungsgemäßen Gelenkkette 4 verbessert sowohl die Dauerfestigkeit der Gelenkhülsen 17 als auch der Innenlaschen 16 der Innenkettenglieder 12 und vermeidet gleichzeitig die Nachteile, die bei einer senkrechten oder waagerechten Positionierung der Hülsenstöße 21 entstehen. Im Gegensatz zu den im Stand der Technik bekannten zufälligen Positionierung des Hülsentoßes 21 der Wickelhülsen 20, sowie der einander zugewandten Positionierung der Hülsenstöße 21 auf der Laschenlängsachse L oder senkrecht zum Mittelpunkt M der Wickelhülse 20, ermöglicht die in der erfindungsgemäßen Gelenkkette 4 vorgesehene Hülsenstoßlage zwischen 120° und 140° eine gleichmäßige Optimierung der Dauerfestigkeit der Gelenkhülse 17 und der Innenlaschen 16 ohne entsprechende Nachteile für die jeweils andere Komponente über andere Konstruktionsparameter auszugleichen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kettentrieb
- 2
- Abtriebskettenräder
- 3
- Antriebskettenrad
- 4
- Gelenkkette
- 5
- Führungsschiene
- 6
- Spannschiene
- 7
- Motorgehäuse
- 8
- Kettenspanner
- 9
- Spannkolben
- 10
- Kettengelenk
- 11
- Außenkettenglieder
- 12
- Innenkettenglieder
- 13
- Außenlaschen
- 14
- Kettenbolzen
- 15
- Bolzenöffnungen
- 16
- Innenlasche
- 17
- Gelenkhülsen
- 18
- Hülsenöffnungen
- 19
- Laschenrücken
- 20
- Wickelhülsen
- 21
- Hülsenstoß
- 22
- Schmieröffnung
- 23
- Gelenköffnung
- 24
- 0°-Position
- A
- Mittelachse
- L
- Laschenlängsachse
- M
- Mittelpunkt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 1752557 A [0004]
- US 3866410 A [0004]
- EP 1070873 A1 [0004]
- JP 58025840 A [0004]
- WO 2003/067119 A2 [0004]
