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Die vorliegende Entwicklung betrifft Kettenspanner, die in Kettenantriebssystemen verwendet werden.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Zusatzkomponenten eines Motorsystems durch eine Kette oder einen Riemen anzutreiben, die von einer Kurbelwelle oder einem anderen Antriebskettenrad abgetrieben werden. Um ein Spiel in der Kette aufgrund vorübergehender Änderungen der Drehmomentforderungen der verschiedenen Komponenten und Änderungen der Systemspannung aufgrund Dehnens der Kette mit Alterung zu bewältigen, ist es bekannt, einen Kettenspanner vorzusehen, um Spiel aufzunehmen. Folglich wird unabhängig von Betriebsbedingung und/oder Verschleißzustand der Kette eine relativ konstante Spannung der Kette beibehalten.
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In
1 ist eine Art von Kettenspannerkassette
1 gezeigt, die einen Kassettenkörper
2 mit einem Hohlzylinder darin und einen Kolben
3 aufweist, der sich axial in dem Zylinder bewegen kann. Ein entsprechender Kettenspanner ist beispielsweise in der
US 2003/0008738 A1 offenbart. Die Kassette
1 ist zur Anbringung nahe einem Riemenantriebssystem an einem Verbrennungsmotor oder einer anderen Energieumwandlungseinrichtung gedacht. Um mit einer solchen Energieumwandlungseinrichtung zu greifen, sind an der Außenfläche der Kassette
1 Außengewinde
4 vorgesehen, die mit einem mit Gewinde versehenen Gehäuse greifen, das auf der (nicht gezeigten) Energieumwandlungseinrichtung angebracht ist. Der Kassettenkörper
2 bleibt bezüglich der Energieumwandlungseinrichtung fest.
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Die. Länge des Kettenspanners 1 wird durch die Position des Kolbens 3 zu dem Kassettenkörper 2 bestimmt. Eine Feder 5 übt auf den Kolben 3 eine Kraft aus. Ferner wirkt Hydraulikdruck auf den Kolben 3, wenn ein Ölkanal 6 mit einer druckbeaufschlagten Fluidzufuhr, typischerweise aus einer Schmiermittelversorgung des Motors, versorgt wird. Der Ölkanal 6 ist mittels eines Rückschlagventils 8 mit einem Hohlraum 7 zwischen dem Kassettenkörper 2 und dem Kolben 3 verbunden. Die mechanische Federkraft und die Hydraulikkraft werden von einer Kette 9, die gegen den Kolben 3 gleitet, ausgeglichen. Liegt Spiel vor, schieben die Kräfte den Kolben 3 nach oben, was eine Wölbung in der auf dem Kolben 3 gleitenden Kette 9 bewirkt, und somit wird das Spiel aufgenommen. Liegt zum Beispiel aufgrund einer sich schnell ändernden Motordrehzahl eine vermehrte Spannung in der Kette 9 vor, bewirkt die Kraft, die die Kette 9 auf den Kolben 3 ausübt, dass sich der Kolben 3 in den Kassettenkörper 2 zurückzieht, um ein neues Kräftegleichgewicht herzustellen, d.h. die Kraft der Kette gleicht Feder- und Hydraulikkräfte aus. In 1 gleitet die Kette 9 direkt auf dem Kolben 3. Dies ist eine Alternative. In vielen Anwendungen drückt der Kolben 3 direkt gegen einen Spannarm, der in die Kette drückt. Oder in anderen Anwendungen wird ein Schuh an dem Kolben 3 angelegt, wobei die Kette auf dem Schuh gleitet.
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Die Kassette 2 sitzt in einem mit Gewinde versehenen Gehäuse an einer Energieumwandlungseinrichtung durch Greifen mit Gewinden 4. Bei manchen Anwendungen stellt das Platzfinden zum Unterbringen der Gegengewindeeinheit ein Problem dar. Bei einer solchen Ausgestaltung muss ferner Raum zum Drehen der Kassette 2 bezüglich der Energieumwandlungseinrichtung sowohl während einer ersten Konstruktion als auch während Reparatur- und Ersatzvorgängen vorhanden sein. Mit dem maschinellen Herstellen von Gewinden an der Außenfläche der Kassette 2 und der Gegeninnengewinde an der Leistungsumwandlungseinrichtung sind Kosten verbunden. Ein alternatives Montagesystem, das die Notwendigkeit einer Schraubverbindung umgeht, ist erwünscht.
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Aus der Schrift
DE 197 40 481 A1 ist ein Kettenspanner für eine Nockenwellenkette bekannt, die endlos um zwei Nockenwellenritzel umläuft, wobei der Kettenspanner zwischen Ober- und Untertrumm der Nockenwellenkette gespannt ist und diese auseinanderdrückt. Der Kettenspanner umfasst hierzu zwei Gleitschuhe, die auf gegenüberliegenden Seiten aus dem Kettenspannergehäuse ausfahrbar sind, wobei die Ausfahrbewegungen der beiden Gleitschuhe zueinander mittels einer hydraulischen Rastvorrichtung gesteuert werden können, um die Steuerzeiten der Nockenwellen verstellen zu können.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Kettenspanner zu schaffen, der in einfacher Weise mit verringertem Platzbedarf montierbar ist.
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Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe durch einen Kettenspanner gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Der Kettenspanner weist also ein an beiden Enden offenes Gehäuse auf. In das Gehäuse wird eine Kassette, die an einem ersten Ende einen sich nach außen erstreckenden Anschlag und an einem zweiten Ende eine Nut aufweist, eingeführt. Der Anschlag dient als axialer Anschlag, um zu verhindern, dass sich die Kassette über den Anschlag hinaus in eine erste Richtung bewegt. In die Nut an dem zweiten Ende der Kassette ist eine Klammer in Eingriff gebracht. Mit eingesetzter Klammer ist die Kassette in dem Gehäuse fixiert, so dass sie im Wesentlichen daran gehindert wird, sich bezüglich des Gehäuses axial zu bewegen oder sich nur um einen Betrag eines Abstands in dem System zu bewegen.
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Die Kassette umfasst einen Körper mit einem Zylinder im Inneren und einen Kolben in dem Zylinder. Der Körperabschnitt der Kassette weist den Anschlag und die Nut für die Klammer auf. Der Körper bewegt sich bezüglich des Gehäuses nicht. Der Kolben kann sich aber frei in dem Zylinder in dem Körper bewegen.
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Der Kolben wird unter einer Federkraft und/oder einem Hydraulikdruck teilweise aus dem Zylinder gepresst, d.h. verlängert die Kassette. In einer Ausführungsform ist eine Feder in der Kassette eingebaut, die den Kolben in einer Richtung zum Verlängern der Kassette zwingt. In einer anderen Ausführungsform verbindet ein Öldurchlass durch das Gehäuse ein Motorölsystem fluidisch mit einem Hohlraum benachbart zu dem Kolben. Wenn der Kettenspanner an einem Motor eingebaut ist und wenn ihm von dem Motor druckbeaufschlagtes Öl zugeführt wird, wird der Kolben ein eine Richtung gedrückt, die die Kassette verlängert. Wenn sich die Kassette verlängert, stößt der Kolben oder ein mit dem Kolben verbundener Schuh an eine Kette eines Antriebssystems, um die Spannung in dem Kettenantrieb zu erhöhen. Wenn sich die Kassette verkürzt, wird die Spannung in dem Kettenantrieb verringert.
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In einer Ausführungsform ist ein Schuh zum Gleiten auf der Kette an dem Kolben nahe dem ersten Ende befestigt. In einer anderen Ausführungsform weist der Körper des Kettenspanners Laschen nahe dem zweiten Ende zum Greifen mit einem Schuh auf, wobei der Schuh Arme zum Eingreifen mit Laschen aufweist, die sich von dem Gehäuse nach außen erstrecken. In einer noch anderen Ausführungsform ist ein erster Schuh an dem Kolben befestigt und ein zweiter Schuh greift mit Laschen an dem Gehäuse. In einer solchen Ausführungsform weist der Kettenspanner Schuhe an beiden Enden auf.
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Ferner wird ein Verfahren zum Zusammenbauen eines Kettenspanners offenbart, das das Einsetzen einer Kettenspannerkassette in ein Gehäuse umfasst. Die Kassette weist einen Anschlag, der sich an einem ersten Ende der Kassette nach außen erstreckt, und eine Nut in der Kassette an einem zweiten Ende der Kassette auf. Das Verfahren umfasst auch das Schieben einer Klammer in die Nut, um die Kassette in dem Gehäuse zu sichern. In einer Ausführungsform weist ein Gehäuse des Kettenspanners Laschen auf, die sich nahe dem zweiten Ende nach außen erstrecken. Ein Außenumfang einer Klammer greift mit einer Nut in einem Schuh vor dem Zusammenbauen mit dem Gehäuse und der Kassette. Ein Innenabschnitt der Klammer greift mit der Nut an der Kassette und Arme an dem Schuh treten während des Zusammenbauens des Schuhs und der Klammer im Wesentlichen gleichzeitig mit den Laschen an dem Gehäuse in Eingriff.
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Bei dem Kettenspanner, der ein einen Zylinder festlegendes Gehäuse und eine in den Zylinder eingesetzte Kettenspannerkassette besitzt, ist ein Rückhaltesystem vorgesehen, das mit einem Körper der Kettenspannerkassette verbunden ist und im Wesentlichen eine Bewegung des Körpers der Kassette bezüglich des Gehäuses verhindert, wobei das Rückhaltesystem den genannten Anschlag an einem Ende des Körpers, die Nut in dem anderen Ende des Körpers und die mit der Nut greifende Klammer umfasst.
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Ein Vorteil des offenbarten Kettenspanners ist, dass durch Festhalten des Kassettenkörpers durch den Anschlag an einem Ende und eine Klammer an dem anderen Ende keine Gewinde an dem Kassettenkörper erforderlich sind, wodurch maschinelle Bearbeitungsschritte verringert werden, Kosten reduziert werden und der Einbau der Kassette in das Gehäuse vereinfacht wird.
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Da die Kassette durch den Anschlag in einer Richtung und durch eine Klammer in der anderen Richtung festgehalten wird, wird verhindert, dass sich der Kassettenkörper in einer axialen Richtung bewegt. Ein solches Festhalten ist durch Vorsehen eines Kassettenkörpers möglich, der an beiden Enden offen ist. Aufgrund dynamischer Bedingungen während des Betriebs kann sich die Spannung in der Kette schneller ändern als der Kolben bewältigen kann, in welchem Fall sich der Kassettenkörper bezüglich des Gehäuses nach oben bewegt, wenn die Spannung gering ist, und nach unten, wenn die Spannung hoch ist. Solche vertikale Schwankungen können eine Beschädigung des Gehäuses und des Kassettenkörpers hervorrufen, wodurch die Nutzungsdauer der Kette und des Kettenspanners verringert wird, und können Geräusch und Vibration hervorrufen. Da das offenbarte Kassettenrückhaltesystem die Kassette gegen Bewegen in eine axiale Richtung sichert, werden solche vertikale Schwankungen verhindert, wodurch ein vorzeitiger Defekt des Kettenspannersystems verhindert wird.
- 1 ist eine Querschnittansicht eines Kettenspanners nach dem Stand der Technik;
- 2 ist eine Vorderansicht eines Teils eines teilweise zusammengebauten Verbrennungsmotors, die einen Kettenspanner gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
- 3 ist eine Detailzeichnung eines Kettenspanners, wie er in 2 gezeigt ist, ohne Gehäuse;
- 4 ist eine Querschnittansicht eines Kettenspanners, wie er in 2 gezeigt ist;
- 5 ist eine Vorderansicht eines Teils eines teilweise zusammengebauten Verbrennungsmotors, der in einem weiter zusammengebauten Zustand als in 2 gezeigt ist;
- 6 ist ein Querschnitt eines Details eines Kettenspanners mit einem Schuh, der an dem Klammerende des Kettenspanners angebracht ist, wie in 2 gezeigt ist;
- 7 ist eine Querschnitt-Draufsicht eines Schuhs mit einer ergriffenen Klammer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; und
- 8 ist eine Vorderansicht von Schuh und Klammer von 7.
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Eine Ansicht eines teilweise zusammengebauten Verbrennungsmotors 10 ist in 2 gezeigt. Ein erstes Nockenwellenrad 12 und ein zweites Nockenwellenrad 14 sind durch eine Kette 16 miteinander verbunden. Die Kette 16 gleitet auf einem ersten Schuh 18. Ein Kettenspanner 20 weist einen zweiten Schuh 22 auf, auf dem die Kette 16 ebenfalls gleitet. Wie nachstehend näher beschrieben wird, bewegt sich der erste Schuh 18 nicht gegen die Kette 16 und passt somit die Kettenspannung nicht an. Stattdessen wirkt der Schuh 18 als Kettenführung. Der Schuh 18 bewirkt, dass sich die Kette 16 um einen kleinen Betrag nach außen wölbt, so dass die Kette 16 auf dem Schuh 18 gleiten muss. Dies verhindert, dass in der Kette Resonanzfrequenzen aufgebaut werden. In dem Kettenspanner 20 befindet sich eine Kolben-Zylinder-Anordnung (hier nicht gezeigt, aber nachstehend bezüglich 4 erläutert), die mit dem druckbeaufschlagten Schmiersystem des Motors verbunden ist. Dank des auf den Kolben wirkenden druckbeaufschlagten Öls übt der zweite Schuh 22 eine aufwärts gerichtete Kraft auf die Kette 16 aus. Es ist die Wirkung des zweiten Schuhs 22, die die Kettenspannung in dem System abwandelt.
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In 3 ist eine Kettenspannerkassette 24, die ein Teil des Kettenspanners 20 ist, gezeigt. Ein Körper 26 bildet einen Hydraulikzylinder aus, in dem der Kolben 28 gleiten kann. An einem Ende des Kolbens 28 ist ein Schuh 30 befestigt. Der Schuh 30 kann mit dem Kolben 28 in beliebiger Weise, die einem Fachmann bekannt ist, einstückig ausgebildet oder an diesem angebracht sein. Ein Teil der Kette 16 befindet sich nahe dem Schuh 30. Der Schuh 30 sieht eine Gleitfläche für die Kette 16 vor, auf der sie bei Betrieb gleitet. In einer nachstehend erläuterten alternativen Ausführungsform ist der Kolben 28 nicht mit einem Schuh verbunden, in welchem Fall die Kette 16 auf dem Kolben 28 gleitet. Die Kassette 24 ist in ein Gehäuse (als Element 42 in 2 gezeigt) geschoben, um den Kettenspanner 20 zu bilden. Damit sich die Kassette 24 bezüglich des Gehäuses minimal oder gar nicht bewegt, ist ein Anschlag 32 an einem Ende des Körpers 26 der Kassette 24 vorgesehen. Die Außenmaße des Anschlags 32 und die Innenmaße des Gehäuses sind solcher Art, dass der Anschlag 32 nicht in das Gehäuse eindringen kann. Der Anschlag 32 dient als Anschlag in einer ersten axialen Richtung für eine relative Bewegung zwischen dem Gehäuse und dem Körper 26 (eine solche Anschlagfunktion ist in 4 offensichtlich). Um eine relative Bewegung in einer zweiten axialen Richtung bezüglich des Gehäuses zu verhindern, ist in Körper 26 der Kassette 24 eine Nut 34 ausgebildet, in die eine Klammer 36 eingesetzt ist. Zum Erleichtern des Einbaus der Kassette in das Gehäuse wird die Klammer 36 ausgebaut, damit die Kassette 24 in das Gehäuse gleiten kann. Dann wird die Klammer 36 in die Nut 34 eingerückt. Die Außenmaße der Klammer 36 sind solcher Art, dass die Klammer 36 als Anschlag zum Verhindern einer Bewegung der Kassette 24 bezüglich des Gehäuses in der zweiten axialen Richtung dient (in 4 gezeigt).
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In 4 ist ein Querschnitt des Kettenspanners 20 mit einem Gehäuse 42 gezeigt, in dem die Kassette 24 eingebaut ist. Der Körper 26 der Kassette 24 wird durch den Anschlag 32 und die in die Nut 34 passende Klammer 36 festgehalten. Dem Kettenspanner 20 wird mittels eines Ölkanals 44 durch das Gehäuse 42 Öl zugeführt. In einer Ausführungsform ist das Gehäuse 42 mit einer Komponente des Motors 10 integral gegossen, wodurch sichergestellt wird, dass das Gehäuse 42 in einer erwünschten Ausrichtung an dem Motor befestigt ist. Alternativ ist das Gehäuse 42 durch Schrauben, einen Bügel oder eine andere Weise, die dem Fachmann bekannt ist, an dem Motor 10 befestigt. Der Ölkanal 44 ist mit der Zufuhr für druckbeaufschlagtes Öl in dem Motor 10 verbunden. Dabei kann dem Kettenspanner 20 von anderen Quellen ein beliebiges anderes druckbeaufschlagtes Fluid zugeführt werden. Der Ölkanal 44 führt zu einem ringförmigen Ölhohlraum 46 zwischen dem Gehäuse 42 und der Kassette 24. Der Druck in dem ringförmigen Ölhohlraum 46 wird zwischen dem Gehäuse 42 und dem Körper 26 der Kassette 24 durch O-Ringe 38 und 40, die in Nute in der Außenfläche des Körpers 26 eingepasst sind, aufrechterhalten. Der Körper 26 bildet einen Hydraulikzylinder 48, in dem ein Kolben 28 gleiten kann. Auf den Kolben 28 wirkt eine Feder 52 und ein Hydraulikdruck: Öl von dem Hohlraum 46, das durch die radialen Durchlässe 54 und dann an einer Absperrkugel 56 vorbei in den Innenhohlraum 58 strömt. Druckbeaufschlagtes Öl in dem Innenhohlraum 58 wirkt auf ein nachgiebiges Element 60, das an dem Kolben 28 befestigt ist. Der Kolben 28 kann sich bezüglich des Körpers 26 mit dem O-Ring (oder einer anderen Art von Dichtung) 61 bewegen, um ein Austreten von Öl zwischen dem Kolben 28 und dem Körper 26 zu verhindern. In der in 4 gezeigten Ausführungsform tritt ein Ölkanal 62 durch den oberen Teil des Kolbens 28 und durch den Schuh 30. (Die in 4 gezeigte Ansicht ist bezüglich der in 3 gezeigten Ansicht um 90 Grad gedreht; somit sind die Arme des Schuhs in dieser Querschnittansicht nicht sichtbar.) Das Öl durch den Kanal 62 sieht Schmierung für die Grenzfläche zwischen dem Schuh 30 und der (nicht gezeigten) Kette vor.
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Wie in 2 gezeigt umfasst der Kettenspanner 20 einen zweiten Schuh 22 und ist mit dem ersten Schuh 18 verriegelt und zwischen zwei Abschnitten der Kette 16 angeordnet. Eine alternative Kettenkonfiguration ist in 5 gezeigt, in der der V-konfigurierte Motor 10, teilweise zusammengebaut, in einer anderen Phase des Zusammenbaus als in 2 gezeigt ist. Beide 2 und 5 zeigen den Motor ohne eingebaute vordere Abdeckung. Die Kette 16 folgt einem gewundenen Weg und tritt in Eingriff mit: Nockenwellenrädern 72 und 74; einem mit der Kurbelwelle des Motors gekoppelten Antriebskettenrad 75; Kettenführungen 76, 78 und 80; und einem Spannerarm 82. Ein Gehäuse des Kettenspanners 84 ist an dem Motor 10 befestigt. Ein Kolben 86 des Kettenspanners 84 drückt während Motorbetrieb (unter Schmieröldruck) gegen den Spannerarm 82. Der Spannerarm ist an einer Stelle 88, einem Schwenkpunkt, an dem Motor 10 befestigt. Wenn somit der Kolben 86 des Kettenspanners 84 den Spannerarm 82 um den Schwenkpunkt 88 drehen lässt, übt der Spannerarm 82 in der Kette 16 eine geeignete Spannung aus. Die Kette 16, die in 2 näher gezeigt ist, ist in 5 teilweise gezeigt. 5 zeigt zwei Ketten 16; wobei eine Kette an jeder Reihe eines V-konfigurierten Motors 10 vorgesehen ist.
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In 6 ist ein Detail des unteren Abschnitts der Kassette 24 in Querschnitt gezeigt. Die Kassette 24 ist in dem Gehäuse 42 enthalten und durch O-Ring 40 abgedichtet. Die in die Nut 34 eingesetzte Klammer 36 ist breiter als die zylindrische Öffnung in dem Gehäuse 42, was eine Aufwärtsbewegung der Kassette 24 bezüglich des Gehäuses 42 verhindert. Die Arme 90 und 92 des Schuhs 18 greifen mit Laschen 94 und 96 des Gehäuses 42. In der in 6 gezeigten Ausführungsform sind die ineinander greifenden Laschen/Arme einander diametral gegenüberliegend gezeigt. In einer anderen Ausführungsform ist eine einzige Lasche, die sich um etwa die Hälfte des Umfangs erstreckt, vorgesehen. Dies sind nicht einschränkende Beispiele; es kann jedes bekannte Verfahren zum Verriegeln des Schuhs 18 mit dem Körper 42 eingesetzt werden. In 6 ist eine Klammer 36 ein von dem Schuh 18 getrenntes Teil. Die Klammer 36 kann gemäß einer Alternative mit dem Schuh 18 integral ausgebildet sein.
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In 7 ist eine Draufsicht auf den Schuh 18 im Querschnitt mit Klammer 36 gezeigt. Der Schuh 18 weist Laschen 98 und 100 auf. Die Klammer 36 wird durch die Laschen 98 und 100, die Teil des Schuhs 18 sind, teilweise festgehalten. Dies ist auch in 8 in einer anderen Ansicht gezeigt, bei der die Klammer 36 unter den Laschen 98 und 100 gleitet, die sich von Innenwänden des Schuhs 18 erstrecken. Da sich aber die Laschen 98 und 100 nicht nach unten erstrecken, um auf die horizontale Fläche des Schuhs 18 zu treffen, sieht dies eine Nut vor, in die die Klammer 36 geschoben werden kann. In einer Ausführungsform greifen die Laschen 98 und 100 mit (nicht gezeigten) Gegenrasten in der Außenfläche des Gehäuses 42 (zumindest in 4 und 6 gezeigt). In 7 und 8 kann die Klammer 36 von dem Schuh 18 abgenommen werden. In einer anderen Ausführungsform kann die Klammer 36 durch Klebstoffe oder mechanische Verbindungsmittel in beliebiger bekannter Weise an dem Schuh 18 befestigt sein.
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Die vorliegende Offenbarung kann, auch wenn sie auf einen Verbrennungsmotor angewendet beschrieben wurde, bei jedem bekannten Kettenantriebsystem verwendet werden, bei dem Kettenspannung erwünscht ist. Die vorliegende Offenbarung betrifft Systeme, die nur durch Federkraft, nur durch Hydraulikkraft, Feder/Hydraulik kombiniert und eine andere dem Fachmann bekannte Weise auf den Kolben wirken. Abhängig von der Anwendung wirkt der Kolben auf einen Kettenspannerarm, wirkt der Kolben auf die Kette direkt und ist der Kolben an einem Schuh befestigt, der auf die Kette wirkt. Abhängig auch von der Anwendung wirkt das feststehende Ende des Kettenspanners als Kettenführung und kann mit einem Schuh versehen sein. In anderen Anwendungen berührt das feststehende Ende die Kette nicht.
