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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung bei einer Zahnketten-Kraftübertragungsvorrichtung, die als Steuerkette für die zeitlich gesteuerte Kraftübertragung in einem Automobil, als Kraftübertragungskette in einer industriellen Maschine oder dergleichen verwendet wird.
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Bei einer herkömmlichen Zahnketten-Kraftübertragungsvorrichtung wird eine endlose Zahnkette verwendet, die eine Vielzahl von in 7 gezeigten Kettenlaschen 100 aufweist, die mittels einer Vielzahl von Verbindungsstiften - ähnlich wie gekreuzte Finger - überlappend angeordnet sind. Jede Kettenlasche 100 weist ein Paar von V-förmigen Zähnen 10 auf, die jeweils durch innere und äußere Flächen 1, 2 zum Eingriff mit Zähnen eines in 8 gezeigten Zahnrads S definiert sind. Wie gemäß 7 klar gesehen werden kann, sind die inneren Zahnflächen 1 tiefer nach innen ausgehöhlt als die Profile von imaginären inneren Zahnflächen 1', die zu den Profilen der äußeren Zahnflächen 2 symmetrisch sind, so dass ihr störender Eingriff mit den Zähnen des Zahnrads S nach einem Eingriff verhindert werden kann. Folglich ist eine Teillinie Li der inneren Zahnflächen 1, d. h. eine Linie, die parallel zu der Stiftmittellinie Lp über zwei innere Zahnflächen 1 der Kettenlasche 100 an Punkten verläuft, wo ein Abstand zwischen diesen zwei Punkten die Hälfte einer Kettenteilung P beträgt, die einem Abstand zwischen zwei Stiften der Kettenlasche 100 gleich ist, enger an der Stiftmittellinie Lp angeordnet als eine Teillinie Lo der äußeren Zahnflächen 2, d. h. eine Linie, die parallel zu der Stiftmittellinie Lp über die beiden äußeren Zahnflächen 2 an Punkten verläuft, wo ein Abstand zwischen den beiden Punkten 3/2 der Kettenteilung P beträgt.
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Genauer gesagt stehen die Profile der V-förmigen Laschen-Zähne 10 der Kettenlasche 100 in einer derartigen Beziehung zueinander, dass sie die Ungleichung Hi ≤ Ho erfüllen, wobei Hi ein Abstand von der Stiftmittellinie Lp zu der Teillinie Li der inneren Zahnflächen 1 ist und Ho ein Abstand von der Stiftmittellinie Lp zu der Teillinie Lo der äußeren Zahnprofile ist.
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Obwohl nicht gezeigt, weist das Zahnrad S, das mit der Zahnkette C in Eingriff zu bringen ist, Zähne mit Profilen auf, die mit einem Abwälzfräsverfahren unter Verwendung eines Wälzfräsers hergestellt sind.
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Es ist bekannt, dass wenn die Zahnkette C, die wie oben beschrieben aufgebaut ist, in kämmenden Eingriff mit dem Zahnrad S gebracht wird, die Zahnkette C in einer polygonalen Weise um das Zahnrad S gewunden und in einer solchen Weise in der Praxis verwendet wird.
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Da die Kettenlaschen 100 der Zahnkette C allein an ihren äußeren Zahnflächen mit den Zähnen des Zahnrads S kämmen, führt die Zahnkette C jedoch nach dem Beginn des kämmenden Eingriffs mit dem Zahnrad S und nach dem Lösen aus dem kämmenden Eingriff eine polygonale Bewegung aus, die Auf- und Abbewegungen radial zu dem Zahnrad S einschließt.
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Im Folgenden wird eine quantitative Analyse der polygonalen Bewegung durchgeführt. Da - wie aus 8 erkannt werden kann - ein Teilungswinkel α der Zahnkette C und die Anzahl an Zähnen N des Zahnrads S eine Beziehung aufweisen, die durch die Gleichung α = (360°/N) ausgedrückt wird, kann das Folgende festgestellt werden.
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Wenn die Kettenteilung P ist und die Mitte des Zahnrads S, der Verbindungsstift 200a und ein Spannweitenteil der Kette C, der der Kettenlasche 100b folgt, derart angeordnet sind, dass sie einen rechten Winkel bilden, wird erstens der Abstand von der Mitte des Zahnrads S zu dem Verbindungsstift 200a an dem Spannweitenteil der Kette C zu U = P/2sin(α/2). Der Ausdruck „Spannweitenteil der Kette“, der hier verwendet wird, stellt einen Kettenabschnitt dar, der nicht vollständig mit dem Zahnrad in Eingriff ist, jedoch in einem Eingriffsprozess mit dem Zahnrad. Mit anderen Worten ist der Spannweitenteil der Kette derjenige Teil der Kette, der in seiner Bewegung nicht vollständig durch das Zahnrad eingeschränkt ist und daher in einen relativ freien Zustand gebracht ist.
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Wenn - wie in 9 gezeigt - das Zahnrad S um einen halben Teilungswinkel α/2 gedreht ist und die Mitten des Zahnrads S und der Kettenlasche 100b und der Spannweitenteil der Kette C zur Bildung eines rechten Winkels angeordnet sind, ist als nächstes der Abstand von der Mitte des Zahnrads S zu der Teillinie des Spannweitenteils der Kette C durch die Gleichung V = P/2tan(α/2) ausgedrückt.
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Wie der obigen Diskussion einfach entnehmbar ist, führt die Zahnkette C, die gerade den Eingriff mit dem Zahnrad S begonnen hat, eine polygonale Bewegung mit der Amplitude Hs = U-V aus, die Auf- und Abbewegungen während einer Rotation des Zahnrads S um einen halben Teilungswinkel (α/2) einschließt.
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Folglich verursachen bei der derart aufgebauten herkömmlichen Zahnketten-Kraftübertragungsvorrichtung die polygonale Bewegung mit der Amplitude Hs = U-V und damit verbundene Auf- und Abbewegungen ein Schlagen der Kettenlaschen 100a, 100b, 100c gegen die Zähne des Zahnrads S, was eine ungewünschte Bewegung zur Folge hat. Wenn die Zahnkettenvorrichtung mit einer hohen Geschwindigkeit betrieben wird, werden zusätzlich ungewünschte Vibrations- und Stoßgeräusche zu Beginn des Eingriffs der Zahnkette C mit dem Zahnrad S erzeugt. Des Weiteren verkürzt ein Stoß der Kette C gegen das Zahnrad S die Lebensdauern der Kette C und des Zahnrads S. Darüberhinaus verursacht die polygonale Bewegung ein Verändern der Spannung der Kette C, wodurch die Haltbarkeit der Zahnkette C weiter vermindert wird.
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Zu diesem Zweck ist in der japanischen Patentoffenlegungs-Veröffentlichung Nr. HEI-8-184348 eine verbesserte Zahnketten-Kraftübertragungsvorrichtung vorgeschlagen, bei der Ausgestaltungen vorgenommen sind, um Vibrationen, Geräusche und Kettenspannungsfluktuationen zu reduzieren, die aufgrund der polygonalen Bewegung der Kette auftreten. Die offenbarte Vorrichtung umfasst eine Zahnkette, die Reihen von sich überlappenden Kettenlaschen mit Zähnen aufweist, die durch innere und äußere Flankenflächen definiert sind, und ein Zahnrad, das Zähne zum Eingriff mit den Kettenlaschenzähnen aufweist. Das Zahnrad ist unter Verwendung eines Zahnstangenfräsers gefräst, der Zähne mit Profilen aufweist, die mit den Profilen der Kettenlaschen nach einem linearen Spannen der Zahnkette identisch sind. Im Ergebnis kann die Zahnkette mit den Zahnradzähnen gleichmäßig kämmen, wodurch die polygonale Bewegung der Kette minimiert und daher laute Stoßgeräusche reduziert werden.
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Da die Kettenlaschen der Zahnkette mit dem Zahnrad in einer ähnlichen Weise wie die Zahnprofile des Zahnstangenfräsers in kämmenden Eingriff gelangen, kann bei der derart aufgebauten Zahnketten-Kraftübertragungsvorrichtung die polygonale Bewegung der Kette nach dem Beginn des Eingriffs minimiert werden. Wenn sich die Kettenlaschen der Zahnkette um das Zahnrad winden und in ihre sitzende Position auf dem Zahnrad gelangen, tritt jedoch die polygonale Bewegung der Kette wie bei der herkömmlichen Kraftübertragungsvorrichtung auf. Daher ist es mit der vorgeschlagenen Kraftübertragungsvorrichtung nicht möglich, die polygonale Bewegung der Kette während des Eingriffsvorgangs der Kette mit dem Zahnrad vollständig zu eliminieren. Daher können Vibrationen, laute Geräusche und Kettenspannungsfluktuationen, die bei der vorgeschlagenen Kraftübertragungsvorrichtung erzeugt werden, nicht bis zu im Wesentlichen Null reduziert werden.
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Darüberhinaus gelangt eine konkave Grundfläche, die zwischen den gegenüberliegenden Innenflanken oder Zahnflächen einer jeden Kettenlasche definiert ist, aufgrund der polygonalen Bewegung der Kette mit den Kanten der Zähne des Zahnrads störend in Eingriff. In ähnlicher Weise gelangen die Kanten der V-förmigen Zähne der Kettenlaschen mit den Fußgründen des Zahnrads störend in Eingriff. Im Ergebnis sind ein partieller Verschleiß und ein Brechen an den störend eingreifenden Teilen der Kette und des Zahnrads unvermeidbar.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Zahnketten-Kraftübertragungsvorrichtung bereitzustellen, die Auf- und Abbewegungen einer Zahnkette der Kraftübertragungsvorrichtung vermeiden kann, welche durch die polygonale Bewegung der Kette verursacht werden, wenn die Kette mit einem Zahnrad eingreift und in ihre sitzende Position auf dem Zahnrad gelangt, um dadurch Vibrations- und Stoßgeräusche und Fluktuationen der Spannung der Kette wesentlich zu reduzieren, und die den Verschleiß der konkaven Grundflächen der die Kette bildenden Kettenlaschen, der Kanten der V-förmigen Zähne der Kettenlaschen und der Fußgründe des Zahnrads vermeiden kann, um dadurch die Haltbarkeit der Vorrichtung zu erhöhen.
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Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch eine Zahnketten-Kraftübertragungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach ist bereitgestellt eine Zahnketten-Kraftübertragungsvorrichtung mit einer endlosen Zahnkette, die eine Vielzahl von Kettenlaschen aufweist, die mittels einer Vielzahl von Verbindungsstiften überlappend angeordnet sind, wobei jede Kettenlasche ein Paar von V-förmigen Zähnen und ein Paar von Stiftlöchern zum Einsetzen der Verbindungsstifte aufweist und wobei die V-förmigen Laschen-Zähne entgegengesetzte innere Zahnflächen, die ihre Innenseiten definieren, und äußere Zahnflächen, die ihre Außenseiten definieren, aufweisen, und einem Zahnrad, das eine Vielzahl von Zähnen zum Eingriff mit den V-förmigen Zähnen der Kettenlaschen aufweist, wobei die inneren Zahnflächen Profile aufweisen, die mit axial angeordneten Zahnprofilen eines Wälzfräsers zum Bilden der Zähne des Zahnrads identisch sind, wobei die inneren und äußeren Zahnflächen derart angeordnet oder profiliert sind, dass sie die Gleichung Hi = Ho + Hs erfüllen, wobei Hi ein Abstand von einer Stiftmittellinie, die über die Mittelpunkte der Verbindungsstifte verläuft, zu einer Teillinie der inneren Zahnflächen ist, wobei Ho ein Abstand von der Stiftmittellinie zu einer Teillinie der äußeren Zahnflächen ist und wobei Hs eine Amplitude der polygonalen Bewegung der Kette ist, und wobei jede Kettenlasche eine konkave Grundfläche aufweist, die sich von den entgegengesetzten inneren Zahnflächen fortsetzt und zwischen den entgegengesetzten inneren Zahnflächen an einer Position definiert ist, wo ein störender Eingriff der konkaven Grundfläche mit korrespondierenden Zahnkanten der Zähne des Zahnrads vermieden werden kann, welcher aufgrund der polygonalen Bewegungsamplitude der Kette auftritt, wenn die äußeren Zahnflächen der Kettenlasche in kämmenden Eingriff mit den Zahnradzähnen gebracht und auf die Zahnradzähne gesetzt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kraftübertragungsvorrichtung derart ausgestaltet, dass die V-förmigen Zähne Zahnkanten aufweisen, die an einer Position profiliert oder vorgesehen sind, wo ein störender Eingriff der Zahnkanten mit Fußgründen oder konkaven Grundflächen vermieden werden kann, die zwischen gegenüberliegenden Zähnen des Zahnrads definiert sind, welcher aufgrund der polygonalen Bewegungsamplitude der Kette auftritt, wenn die äußeren Zahnflächen der Kettenlasche in kämmenden Eingriff mit den gegenüberliegenden Zahnradzähnen gebracht und auf die Zahnradzähne gesetzt werden.
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Die inneren Zahnflächen der Zahnkette können jegliches Profil annehmen, so lange sie derart profiliert sind, dass sie mit den axial angeordneten Zahnprofilen des Wälzfräsers zum Abwälzfräsen des Zahnrads in Übereinstimmung gebracht sind. Sie können lineare Zahnprofile oder gekrümmte Zahnprofile aufweisen. Der Wälzfräser, der zum Bilden der Evolventen-Zähne auf dem Zahnrad verwendet wird, weist lineare Zahnprofile auf. Andere Wälzfräser, die spezielle gekrümmte Zahnprofile aufweisen, können in Abhängigkeit von den Zahnprofilen des Zahnrads ebenfalls verwendet werden.
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In ähnlicher Weise können die äußeren Zahnflächen der Zahnkette jegliche Profile aufweisen, so lange sie die Gleichung Hi = Ho + Hs erfüllen. Sie können lineare oder gekrümmte Zahnprofile aufweisen oder eine Kombination hiervon. Sie können durch ein Stanzen einer Kettenlasche gebildet werden oder in einem Formgebungsverfahren wie beispielsweise in einem Sinter-Verfahren profiliert werden.
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Es ist wesentlich, dass die konkave Grundfläche der Kettenlasche an einer Position ausgebildet wird, wo ihr störender Eingriff mit den Kanten der Zahnradzähne vermieden werden kann, welcher aufgrund der Amplitude der polygonalen Bewegung der Kette nach dem kämmenden Eingriff der äußeren Zahnflächen der Kettenlasche mit dem Zahnrad auftritt. Wenn die konkave Grundfläche an einer Position vorgesehen wird, die übermäßig weit weg von der Position liegt, wo ein solcher störender Eingriff vermieden werden kann, wird dann der Abstand von der konkaven Grundfläche zu dem hinteren Teil der Kettenlasche und der Abstand von den Stiftlöchern gering, wodurch die Festigkeit der Kettenlasche vermindert wird. Daher sollte die konkave Grundfläche an einer Position vorgesehen werden, die so eng wie möglich bei der Position liegt, wo ein solcher störender Eingriff vermieden werden kann.
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Da die konkave Grundfläche der Kettenlasche ein gekrümmtes Profil aufweist, kann eine Spannung, die nach der Kraftübertragung auf die Fußgrund-Fläche ausgeübt wird, gleichmäßig verteilt werden. Dies führt zu dem Vorteil, dass eine Verminderung der Festigkeit der Kettenlasche vermieden werden kann.
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Es ist ebenfalls wesentlich, dass die Kanten der V-förmigen Laschen-Zähne an einer Position profiliert sind, wo deren störender Eingriff mit den Fußgründen des Zahnrads vermieden werden kann, welcher aufgrund der Amplitude der polygonalen Bewegung der Kette auftritt, wenn die äußeren Zahnflächen der Kettenlaschen mit den Zähnen des Zahnrads in Eingriff und in ihre sitzende Position auf den Zähnen des Zahnrads gelangen. Solche Laschen-Zahnkanten können lineare Zahnprofile oder gekrümmte Zahnprofile oder eine Kombination hiervon aufweisen.
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Beim Betrieb der Zahnketten-Kraftübertragungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beginnen die V-förmigen Zähne, die auf den Kettenlaschen der Zahnkette ausgebildet sind, mit Zähnen des Zahnrads an den jeweiligen inneren Zahnflächen einzugreifen, und sie sitzen auf dem Zahnrad aufgrund des kämmenden Eingriffs zwischen den äußeren Zahnflächen und den Zahnradzähnen, wenn die Kettenlaschen um das Zahnrad laufen.
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Da die inneren Zahnflächen Profile aufweisen, die identisch mit axial angeordneten Zahnprofilen eines Wälzfräsers zum Bilden der Zähne des Zahnrads sind, werden in diesem Fall die inneren Flächen der Kettenlaschen, die aus der tangentialen Richtung des Zahnrads in derselben Weise wie der Wälzfräser der Reihe nach ankommen, ohne einen Widerstand durch das Zahnrad in Empfang genommen und können die inneren Flächen gleichmäßig beginnen, mit den Zahnradzähnen zu kämmen. Dies ermöglicht, dass der Abstand von dem Spannweitenteil der Kette zu der Zahnradmitte immer konstant gehalten werden kann.
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Aufgrund der Beziehung Hi = Ho + Hs, die zwischen den inneren und äußeren Zahnflächen festgelegt ist, ragen die inneren Zahnflächen der Kettenlaschen, die aus der tangentialen Richtung des Zahnrads ankommen, von den äußeren Zahnflächen der überlappenden vorangehenden Kettenlaschen nach außen. Selbst wenn sich das Zahnrad um einen halben Teilungswinkel dreht, um eine polygonale Bewegung der Kette mit einer Amplitude Hs in der Bewegung von dem Start des Eingriffs der inneren Zahnflächen bis zum Aufsitzen der äußeren Zahnflächen bezüglich desselben Zahnradzahns zu verursachen, berühren die inneren Zahnflächen, die von den äußeren Zahnflächen nach außen abragen, vorzugsweise den Zahnradzahn, so dass der Abstand von der Mitte des Zahnrads zu den Mitten der Stiftlöcher in den Kettenlaschen immer konstant gehalten werden kann. Dies beseitigt die Auf- und Abbewegungen der Zahnkette relativ zu dem Zahnrad.
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Zusätzlich ist die konkave Grundfläche der Kettenlasche an einer Position vorgesehen, wo ihr störender Eingriff mit der entsprechenden Zahnkante des Zahnrads vermieden werden kann, welcher aus der Amplitude Hs der polygonalen Bewegung der Kette folgt. Dies ermöglicht, dass sich die Kettenlaschen, die aus der tangentialen Richtung des Zahnrads ankommen, ohne eine Berührung der konkaven Grundflächen, die zwischen den Zähnen der Kettenlaschen definiert sind, um die Zahnkanten des Zahnrads winden. Des Weiteren setzt sich die konkave Grundfläche der Kettenlasche 100a, wenn sie sich um einen halben Teilungswinkel gedreht hat, an der Sitzposition im Umfang der Amplitude der polygonalen Bewegung der Kette zur Mitte des Zahnrads S hin. Im Ergebnis kann die äußere Zahnfläche der Kettenlasche sicher in eine Sitzposition auf dem Zahnrad gebracht werden.
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Des Weiteren weist die Zahnkante des V-förmigen Laschen-Zahns ein derart positioniertes Profil auf, dass ihr störender Eingriff mit dem gegenüberstehenden Fußgrund des Zahnrads vermieden werden kann, welcher sich aus der Amplitude Hs der polygonalen Bewegung der Kette ergibt. Im Ergebnis windet sich die Kettenlasche, die aus einer tangentialen Richtung des Zahnrads ankommt, mit ihrer Zahnkante von dem Fußgrund ferngehalten um das Zahnrad. Nach dem Setzen der Kettenlasche auf das Zahnrad sinkt die Zahnkante der Kettenlasche in Folge ihrer Vorwärtsbewegung um einen halben Teilungswinkel im Umfang eines Abstands zu der Mitte des Zahnrads, welcher der Amplitude Hs der polygonalen Bewegung der Kette entspricht, wodurch bewirkt wird, dass die äußeren Zahnflächen der Kettenlasche sicher auf das Zahnrad gesetzt werden.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung detailliert beschrieben, in welcher
- 1 eine schematische Darstellung einer Zahnkette ist, die in einer Zahnketten-Kraftübertragungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird,
- 2 eine vergrößerte Seitenansicht einer Kettenlasche der in 1 gezeigten Zahnkette ist,
- 3 eine schematische Darstellung eines Abwälzfräsverfahrens bezüglich eines Zahnrads ist, das in der Kraftübertragungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird,
- 4 eine schematische Seitenansicht ist, die einen Eingriffszustand der Zahnkette mit dem Zahnrad darstellt,
- 5 eine schematische Seitenansicht ist, die einen Kette-Zahnrad-Eingriffszustand darstellt, in dem das Zahnrad aus dem Eingriffszustand gemäß 4 um einen halben Teilungswinkel (α/2) gedreht ist,
- 6 eine vergrößerte Ansicht ist, die einen Teil der Kettenlasche der Zahnkette in kämmendem Eingriff mit dem Zahnrad zeigt,
- 7 eine schematische Seitenansicht ist, die eine Kettenlasche einer Zahnkette darstellt, die in einer herkömmlichen Zahnketten-Kraftübertragungsvorrichtung verwendet wird,
- 8 eine schematische Ansicht ist, die einen herkömmlichen Kette-Zahnrad-Eingriffszustand darstellt,
- 9 eine schematische Ansicht ist, die einen Kette-Zahnrad-Eingriffszustand darstellt, in dem das Zahnrad aus dem Eingriffszustand gemäß 8 um einen halben Teilungswinkel (α/2) gedreht ist, und
- 10 eine schematische Ansicht ist, die eine polygonale Bewegung der herkömmlichen Zahnkette darstellt.
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Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und beabsichtigt keinesfalls, die Erfindung oder ihre Anwendungsbereiche oder Anwendungen zu beschränken.
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Der hier verwendete Ausdruck „Stiftmittellinie“ repräsentiert eine Linie, die über die Mitten von Verbindungsstiften verläuft. Der hier verwendete Ausdruck „Teillinie von inneren Zahnflächen“ repräsentiert eine Linie, die parallel zu der Stiftmittellinie über zwei innere Zahnflächen einer Kettenlasche an Punkten verläuft, wo ein Abstand zwischen diesen Punkten 1/2 einer Kettenteilung beträgt, die einem Abstand zwischen zwei Stiften einer Kettenlasche gleich ist. Der hier verwendete Ausdruck „Teillinie von äußeren Zahnflächen“ repräsentiert eine Linie, die parallel zu der Stiftmittellinie über zwei äußere Zahnflächen einer Kettenlasche an Punkten verläuft, wo ein Abstand zwischen diesen Punkten 3/2 der Kettenteilung beträgt.
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Der hier verwendete Ausdruck „polygonale Bewegung der Kette“ repräsentiert Auf- und Abbewegungen einer Zahnkette relativ zu einem Zahnrad, die auftreten, während sich das Zahnrad um einen halben Teilungswinkel dreht. Der hier verwendete Ausdruck „Amplitude“ der polygonalen Bewegung der Kette repräsentiert eine Amplitude der polygonalen Bewegung der Kette, die in Abhängigkeit von der Anzahl an Zahnradzähnen bestimmt ist, die mit der Kette in Eingriff zu bringen sind. Genauer gesagt stellt sie eine Amplitude vertikaler Bewegungen der Kette dar, die radial zu dem Zahnrad nach dem alleinigen Eingriff der äußeren Zahnflächen mit dem Zahnrad erfolgen.
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Der hier verwendete Ausdruck „Spannweitenteil der Kette“ repräsentiert denjenigen Teil der Kette, der dabei ist, einen kämmenden Eingriff mit dem Zahnrad zu beginnen, oder gerade begonnen hat, mit dem Zahnrad kämmend einzugreifen, aber noch nicht auf das Zahnrad aufgesetzt worden ist. D. h., ein Spannweitenteil der Kette ist derjenige Teil der Kette, der in seiner Bewegung nicht vollständig durch das Zahnrad eingeschränkt und folglich relativ frei ist.
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1 zeigt eine Zahnkette C, die in einer Zahnketten-Kraftübertragungsvorrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Die Zahnketten-Kraftübertragungsvorrichtung umfasst eine endlose Zahnkette C und ein Zahnrad S zum Eingriff mit der Zahnkette C, um Kraft zu übertragen. Die endlose Zahnkette C umfasst eine Vielzahl von Kettenlaschen 100 oder 100a, 100b und 100c, die in der Weise gekreuzter Finger mittels Verbindungsstiften 200 oder 200a, 200b und 200c überlappend angeordnet sind. Jede Kettenlasche 100, 100a, 100b, 100c weist ein Paar von V-förmigen Zähnen 10, 10 und ein Paar von Durchgängen oder Stiftlöchern 20, 20 auf, in die die Verbindungsstifte 200, 200a, 200b, 200c eingesetzt werden.
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Wie in 2 gezeigt, weist jeder V-förmige Laschen-Zahn 10 eine lineare innere Zahnfläche 1, die seine Innenseite profiliert, und eine lineare äußere Zahnfläche 2 auf, die seine äußere Seite profiliert. Diese Flächen 1, 2 weisen eine Positionsbeziehung auf, die durch die Gleichung Hi = Ho + Hs ausgedrückt wird, wobei Hi ein Abstand von einer Stiftmittellinie Lp, die über die Mitten der Verbindungsstifte 200 verläuft, zu einer Teillinie Li der inneren Zahnflächen 1 ist, Ho ein Abstand von der Stiftmittellinie Lp zu einer Teillinie Lo der äußeren Zahnflächen 2 ist und Hs eine Amplitude der polygonalen Bewegung der Kette C ist.
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Wie aus der 1 entnommen werden kann, sind bei dem diskutierten Ausführungsbeispiel sämtliche Kettenlaschen 100a, 100b, 100c identisch ausgestaltet. Folglich sind die jeweiligen Abstände zwischen den inneren Zahnflächen 1, 1 einer Kettenlasche und den korrespondierenden inneren Zahnflächen 1, 1 einer angrenzenden Kettenlasche gleich einer Teilung P, die einem Abstand zwischen zwei angrenzenden Verbindungsstiften 200 entspricht. In ähnlicher Weise sind die jeweiligen Abstände zwischen den äußeren Zahnflächen 2, 2 einer Kettenlasche und entsprechenden äußeren Zahnflächen 2, 2 einer angrenzenden Kettenlasche gleich der Teilung P.
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Jede Kettenlasche 100, 100a, 100b, 100c weist eine konkave Grundfläche 3 auf, die an die gegenüberliegenden inneren Zahnflächen 1, 1 anschließt und zwischen den gegenüberliegenden inneren Zahnflächen 1, 1 definiert ist. Zur Vermeidung ihres störenden Eingriffs mit Zahnkanten eines Zahnrads S - siehe 3 -, welcher aufgrund der Amplitude Hs der polygonalen Bewegung der Kette auftreten kann, wenn die äußeren Zahnflächen 2, 2 der Kettenlasche 100, 100a, 100b, 100c mit dem Zahnrad S eingreifen und die Kettenlasche 100, 100a, 100b, 100c in ihre sitzende Position auf dem Zahnrad S gelangt, wird die konkave Grundfläche 3, um die Amplitude Hs zu dehnen, näher zu den Verbindungsstiften 200, 200a, 200b ausgehöhlt als eine herkömmliche bogenförmige Grundfläche und tiefer nach innen und rückwärts.
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Zahnkanten 4 der V-förmigen Laschen-Zähne 10 sind vorgesehen, die von den inneren und äußeren Zahnflächen 1, 2 weiterführen. Jede Zahnkante 4 weist eine bogenförmige Ausgestaltung auf und ist an einer Position profiliert, wo ihr störender Eingriff, der sich aus der Amplitude Hs der polygonalen Bewegung der Kette nach dem kämmenden Eingriff der äußeren Zahnfläche 2 der Kettenlasche 100 mit einer gegenüberliegenden Fläche eines korrespondierenden Evolventen-Zahns des Zahnrads S ergibt, mit einem Fußgrund vermieden werden kann, der zwischen diesem Evolventen-Zahn und einem nachfolgenden Evolventen-Zahn des Zahnrads S definiert ist.
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Wie in 3 gezeigt, weist das Zahnrad S Evolventen-Zähne zum Eingriff mit den V-förmigen Zähnen 10 der Kettenlaschen 100 der endlose Zahnkette C auf, um Antriebskraft zu übertragen. Diese Evolventen-Zähne werden mittels eines gewöhnlichen Abwälzfräsverfahrens hergestellt, bei dem ein Wälzfräser mit Zähnen verwendet wird, die entsprechend den äußeren Ausgestaltungen der Laschen-Zähne profiliert sind, um einen Umfangsabschnitt des Zahnrads im Umfang einer Profilverschiebung Hf zwischen einer Fräsmittellinie - tangential zu einem Teilkreisradius des Zahnrads - und einer Fräsermittellinie - tangential zu einem Eingriffsradius des Zahnrads - auszuschneiden.
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Wenn die endlose Zahnkette C linear gestreckt ist, stimmen folglich die inneren Zahnflächen 1 der V-förmigen Laschen-Zähne 10, mit welchen der beabsichtigte Eingriff begonnen wird, in ihrer Ausgestaltung mit den Profilen der axial und linear angeordneten Zähne des Wälzfräsers zur Bildung der Evolventen-Zähne des Zahnrads S überein. Dies ermöglicht den Beginn eines gleichmäßigen kämmenden Eingriffs der inneren Zahnflächen 1 mit dem Zahnrad S und hält die Höhe von einem Spannweitenteil der Kette C zu der Mitte des Zahnrads S konstant. Im Ergebnis können Vibrationsgeräusche des Spannweitenteils der Zahnkette C und Veränderungen in der Spannung der Kette reduziert werden.
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Als nächstes wird der Betrieb der derart aufgebauten Zahnketten-Kraftübertragungsvorrichtung unter Bezugnahme auf die 4 bis 6 diskutiert.
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In 4 ist ein Kette-Zahnrad-Eingriffszustand dargestellt, in dem die Mitte des Zahnrads S, der Verbindungsstift 200a und die frei gespannte Kette zur Bildung eines rechten Winkels angeordnet sind.
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Wie bei dem herkömmlichen Eingriffszustand, der in 8 dargestellt ist, ist die Kettenlasche 100a in einen Eingriffszustand mit dem Zahnrad S versetzt, wobei ihre beiden äußeren Zahnflächen 2, 2 in Kontakt mit dem entsprechenden Evolventen-Zahn des Zahnrads S gehalten sind. Daher ist der Abstand von der Mitte des Zahnrads S zu dem Verbindungsstift 200a an dem Spannweitenteil der Kette C durch die Gleichung U = P/2sin(α/2) ausgedrückt. Jedoch kann der Abstand von der Mitte des Zahnrads S zu der Stiftmittellinie Lp über die Kettenlasche 100b in dem Spannweitenteil der Kette nicht fixiert werden, da die innere Zahnfläche 1, die auf einer Vorderseite einer Bewegungsrichtung der Kette angeordnet ist, in kämmenden Eingriff mit dem entsprechenden Evolventen-Zahn des Zahnrads S gebracht wird.
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Der Spannweitenteil der Kette, der der Kettenlasche 100b folgt, ist mittels einer Kettenspannung linear festgezogen. Dieser Zustand kann als ein Zustand eines Wälzfräsers angesehen werden, der Zähne mit trapezförmigem Querschnitt aufweist, die durch eine Vielzahl von inneren Zahnflächen 1 gebildet sind, die axial zu dem Wälzfräser angeordnet sind und über imaginäre Profile hinaus ausgebeult sind, die symmetrisch zu den Profilen der äußeren Zahnflächen 2 sind. Daher sind der Spannweitenteil der Kette und die Evolventen-Zähne des Zahnrads S in einen Zustand plaziert, der mit einem wohlbekannten Wälzfräszustand unter Verwendung eines Wälzfräsers identisch ist.
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Die Kettenlasche 100b befindet sich in kämmendem Eingriff mit dem Zahnrad S, wobei ihre innere Zahnfläche 1 auf der Vorderseite der Bewegungsrichtung der Kette gegen den entsprechenden Evolventen-Zahn des Zahnrads S gehalten ist. Die Teillinie Li für die innere Zahnfläche 1 ist um den Abstand Hs weiter weg von der Stiftmittellinie Lp positioniert als die Teillinie Lo für die äußere Zahnfläche 2. Folglich kann der Abstand von der Mitte des Zahnrads S zu der Stiftmittellinie Lp über die Kettenlasche 100b des Spannweitenteils der Kette C durch die Gleichung V + Hs = U ausgedrückt werden.
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5 zeigt einen Kette-Zahnrad-Eingriffszustand, bei dem das Zahnrad S aus dem in 4 gezeigten Eingriffszustand um einen halben Teilungswinkel α/2 gedreht ist, um die Kettenlasche um eine halbe Teilung vorzurücken.
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Wie bei dem herkömmlichen in 9 gezeigten Eingriffszustand gelangt die Kettenlasche 100a jetzt in eine sitzende Position auf dem Zahnrad S, wobei ihre beiden äußeren Zahnflächen 2, 2 in kämmendem Kontakt mit den korrespondierenden Evolventen-Zähnen des Zahnrads S gehalten werden. Daher kann die Höhe von der Zahnradmitte zu dem Verbindungsstift 200a durch die Gleichung V = P/2tan(α/2) ausgedrückt werden.
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Im Gegensatz hierzu befindet sich die Kettenlasche 100c mit dem Zahnrad S in Eingriff, wobei ihre innere Zahnfläche 1 auf der Vorderseite der Bewegungsrichtung der Kette gegen den zusammenpassenden Evolventen-Zahn des Zahnrads S gehalten wird. Die Teillinie Li für die innere Zahnfläche 1 liegt bei Hi = Ho + Hs. Daher wird die Eingriffshöhe V um den Abstand Hs größer als bei der in 9 gezeigten herkömmlichen Zahnkette. Daher beträgt der Abstand von der Zahnradmitte zu dem Verbindungsstift 200b U = P/2sin(α/2).
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Folglich ist die Kettenlasche 100c während ihrer Bewegung von dem Beginn des kämmenden Eingriffs der inneren Zahnfläche 1 der Kettenlasche 100c mit dem Zahnrad S - siehe 4 - bis zur Ankunft des Verbindungsstifts 200b an einer Position, wo der Verbindungsstift 200a war, konstant auf der Höhe U gehalten.
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Zu diesem Zeitpunkt bewegt sich die innere Zahnfläche 1 der Kettenlasche 100b als Ergebnis einer Biegebewegung der Kette um den Verbindungsstift 200a von dem Zahnrad S weg, während sich die Kettenlasche 100b, die durch die Verbindungsstifte 200a und 200b gestützt wird, um das Zahnrad S windet und gleichmäßig mit dem Zahnrad S eingreift. Im Gegensatz hierzu und unter Berücksichtigung der Beziehung Hi = Ho + Hs ist die äußere Zahnfläche 2 der Kettenlasche 100b noch von den Evolventen-Zähnen und daher dem Zahnrad S weggehalten.
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6 zeigt vergrößert eine Eingriffsweise der Kettenlasche 100 mit dem Zahnrad S.
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Wie in 6 gezeigt ist, ist die konkave Grundfläche 3 der Kettenlasche 100 an einer Position vorgesehen, wo ihr störender Eingriff mit der korrespondierenden Zahnkante des Zahnrads S, welcher aus der Amplitude Hs der polygonalen Bewegung der Kette folgt, vermieden werden kann. Dies ermöglicht, dass sich die Kettenlaschen 100a, 100b, 100c, die aus der tangentialen Richtung des Zahnrads S ankommen, um die Zahnkanten des Zahnrads S winden, ohne dass die konkaven Grundflächen 3 berührt werden, die zwischen den Zähnen 10 der Kettenlaschen 100a, 100b, 100c definiert sind. Des Weiteren senkt sich die konkave Grundfläche 3 der Kettenlasche 100a an der Sitzposition, wenn sie um einen halben Teilungswinkel gedreht ist, um die Amplitude Hs der polygonalen Bewegung der Kette zu der Mitte des Zahnrads S. Als Ergebnis kann die äußere Zahnfläche 2 der Kettenlasche 100 sicher in eine Sitzposition auf dem Zahnrad S gebracht werden. Die strichpunktierte Linie S1 in 6 stellt eine Position des Zahnrads S nach dem Beginn seines Eingriffs mit der Kettenlasche 100 dar. Die durchgezogene Linie S2 zeigt eine Position des Zahnrads S nach dem Setzen der Kettenlasche 100 darauf.
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Wie in 6 gesehen werden kann, hat die Zahnkante 4 des V-förmigen Laschen-Zahns 10 ihr Profil derart positioniert, dass ihr störender Eingriff mit dem gegenüberliegenden Fußgrund des Zahnrads S vermieden werden kann, welcher aus der Amplitude Hs der polygonalen Bewegung der Kette folgt. Im Ergebnis windet sich die Kettenlasche 100, die aus einer tangentialen Richtung des Zahnrads S ankommt, um das Zahnrad S, wobei ihre Zahnkante 4 von dem Fußgrund weggehalten wird. Nach dem Setzen der Kettenlasche 100 auf das Zahnrad S sinkt die Zahnkante 4 der Kettenlasche 100 als Ergebnis ihrer Vorwärtsbewegung um einen halben Teilungswinkel zu der Mitte des Zahnrads S um einen Abstand, der der Amplitude der polygonalen Bewegung der Kette entspricht, wodurch bewirkt wird, dass die äußeren Zahnflächen 2, 2 der Kettenlasche 100 sicher auf das Zahnrad S gesetzt werden.
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Wie soweit erklärt, wird bei der Zahnketten-Kraftübertragungsvorrichtung eine endlose Zahnkette C verwendet, die aus einer Vielzahl von sich überlappenden Kettenlaschen aufgebaut ist, die jeweils innere Zahnflächen aufweisen, die derart profiliert sind, dass der Abstand Hi von der Stiftmittellinie Lp zu der Teillinie Li der inneren Zahnfläche um die Amplitude Hs der polygonalen Bewegung größer wird als der Abstand Ho von der Stiftmittellinie Lp zu der Teillinie Lo der äußeren Zahnfläche. Da die derart aufgebaute Zahnkette mit den Evolventen-Zähnen des Zahnrads S in Eingriff gelangt, wird die polygonale Bewegung der Kette im Wesentlichen zu Null. Da Auf- und Abbewegungen des Spannweitenteils der Kette aufgrund der polygonalen Bewegung der Kette verhindert sind, ist des Weiteren der Spannweitenteil der Kette während des Ablaufs des kämmenden Eingriffs der Zahnkette C mit den Evolventen-Zähnen des Zahnrads S konstant auf der Höhe U gehalten.
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Folglich wird es während des Ablaufs von dem Beginn des Kette-Zahnrad-Eingriffs bis zu dem vollständigen Kette-Zahnrad-Eingriff möglich, vertikale Vibrationen der Kette aufgrund der polygonalen Bewegung der Kette zu vermeiden, um dadurch unerwünschte Vibrations- und Stoßgeräusche zu vermindern, die nach dem Eingriff der Kette mit dem Zahnrad erzeugt werden, da der Abstand von der Zahnradmitte zu der Kette auf dem konstanten Wert U gehalten wird. Dies kann nicht durch die in 7 gezeigte herkömmliche Zahnketten-Kraftübertragungsvorrichtung erreicht werden, die aus Kettenlaschen mit der Beziehung Hi ≤ Ho zusammengesetzt ist.
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Bei der Kettenlasche gemäß dem oben beschriebenen, bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die konkave Grundfläche 3 tiefer ausgehöhlt als die bogenförmige Grundfläche 3 der herkömmlichen Kettenlasche 100. Daher wird die Kettenlasche 100 entsprechend dem ausgehöhlten Abschnitt leichter. Des Weiteren wird es aufgrund des konkaven Profils der Grundfläche 3 möglich, Spannungen gleichmäßig zu verteilen, die auf die Kraftübertragung hin auf die konkave Grundfläche 3 ausgeübt werden, wodurch ein Abnehmen der Festigkeit der Kettenlasche 100 vermieden wird. Darüberhinaus wird es möglich, einen teilweisen Verschleiß oder ein Splittern der Zahnkanten 4 der V-förmigen Laschen-Zähne 10 und/oder des Fußgrunds des Zahnrads S zu vermeiden, wodurch die Haltbarkeit der Zahnkette und folglich der Kraftübertragungsvorrichtung, die dieselbe verwendet, erhöht wird.
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Die Zahnketten-Kraftübertragungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist verschiedene Vorteile auf, die unten aufgezählt sind.
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- (1) Aufgrund der Profile, die identisch mit axial angeordneten Zahnprofilen eines Wälzfräsers zum Bilden der Zähne des Zahnrads sind, können die inneren Zahnflächen gleichmäßig beginnen, mit den Zahnradzähnen einzugreifen, um dadurch sicherzustellen, dass der Abstand von dem Spannweitenteil der Kette zu der Zahnradmitte immer konstant gehalten werden kann. Dies kann das Geräusch reduzieren, das von dem Spannweitenteil der Kette erzeugt wird, und auch Fluktuationen der Kettenspannung vermindern.
- (2) Aufgrund der Beziehung Hi = Ho + Hs, die zwischen den inneren und äußeren Zahnflächen festgelegt ist, berühren selbst dann, wenn sich das Zahnrad um einen halben Teilungswinkel dreht, um eine polygonale Bewegung der Kette mit einer Amplitude während des Ablaufs von dem Beginn des Eingriffs der inneren Zahnflächen bis zu dem Setzen der äußeren Zahnflächen bezüglich desselben Zahnradzahns zu erzeugen, die inneren Zahnflächen, die von den äußeren Zahnflächen nach außen ragen, vorzugsweise den Zahnradzahn. Es wird möglich, vertikale Vibrationen der Kette aufgrund der polygonalen Bewegung der Kette zu vermeiden, um dadurch unerwünschte Vibrations- und Stoßgeräusche zu vermindern, die auf einen Eingriff der Kette mit dem Zahnrad hin erzeugt werden, da der Abstand von der Zahnradmitte zu den Mitten von Stiftlöchern in den Kettenlaschen der Kette auf dem konstanten Wert gehalten wird. Dies kann nicht durch die herkömmliche Zahnketten-Kraftübertragungsvorrichtung erreicht werden, die Kettenlaschen aufweist, die die Beziehung Hi ≤ Ho aufweisen.
- (3) Die konkave Grundfläche der Kettenlasche ist an einer Position vorgesehen, wo ihr störender Eingriff mit der entsprechenden Zahnkante des Zahnrads, welcher sich aus der Amplitude der polygonalen Bewegung der Kette ergibt, vermieden werden kann. Bei der Sitzposition ist sie um einen halben Teilungswinkel gedreht, wobei die konkave Grundfläche der Kettenlasche zu der Mitte des Zahnrads um die Amplitude der polygonalen Bewegung der Kette absinkt. Im Ergebnis kann die äußere Zahnfläche der Kettenlasche sicher in eine Sitzposition auf dem Zahnrad gebracht werden, und zwar ungeachtet des Auftretens der polygonalen Bewegung der Kette. Da die konkave Grundfläche tiefer ausgehöhlt ist als die bogenförmige Grundfläche der herkömmlichen Kettenlasche, wird die Kettenlasche zusätzlich - entsprechend dem ausgehöhlten Abschnitt - leichter. Aufgrund des konkaven, gekrümmten Profils der Grundfläche wird es des Weiteren möglich, Spannungen gleichmäßig zu verteilen, welche auf eine Kraftübertragung hin auf die konkave Grundfläche ausgeübt werden, wodurch ein Abnehmen der Festigkeit der Kettenlasche vermieden wird.
- (4) Die Zahnkante des V-förmigen Laschen-Zahns weist ein derart positioniertes Profil auf, dass ihr störender Eingriff mit dem gegenüberliegenden Fußgrund des Zahnrads vermieden werden kann, welcher sich aus der Amplitude der polygonalen Bewegung der Kette ergibt. Im Ergebnis windet sich die Kettenlasche, die aus einer tangentialen Richtung des Zahnrads ankommt, um das Zahnrad, wobei ihre Zahnkante von dem Fußgrund weggehalten wird. Es ist daher möglich, einen teilweisen Verschleiß oder ein Splittern der Zahnkanten der V-förmigen Laschen-Zähne und/oder des Fußgrunds des Zahnrads zu vermeiden, wodurch die Haltbarkeit der Zahnkette und daher der Kraftübertragungsvorrichtung, die dieselbe verwendet, erhöht wird. Nach dem Setzen der Kettenlasche auf das Zahnrad sinkt die Zahnkante der Kettenlasche als Ergebnis ihrer Vorwärtsbewegung um einen halben Teilungswinkel zusätzlich um eine Distanz, die der Amplitude der polygonalen Bewegung der Kette entspricht, zu der Mitte des Zahnrads, wodurch bewirkt wird, dass die äußeren Zahnflächen der Kettenlasche sicher auf das Zahnrad gesetzt werden.
