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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine geräuscharme Kettenantriebsvorrichtung, bei welcher die geräuscharme Kette das Zusammengreifen mit den Kettenradzähnen an den inneren Flanken der Laschenzähne beginnt und während der Kraftübertragung mit denselben inneren Flanken auf den Kettenradzähnen sitzt.
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2. Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik
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Kettenantriebsvorrichtungen, die eine um mehrere Kettenräder geführte geräuscharme Kette verwenden, sind bekannt und in verschiedenen Anwendungen verbreitet in Gebrauch, beispielsweise bei der Übertragung einer Antriebskraft, der Synchronisierung von Rotationszeitpunkten, Umstellung von U/min oder Drehmoment und dergleichen.
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Eine geräuscharme Kette besteht üblicherweise aus einer großen Anzahl von Laschen, die jeweils zwei Zähne und zwei Stiftlöcher aufweisen. Diese Laschen sind durch Verbindungsstifte, welche in die Stiftlöcher eingesetzt sind, gelenkig miteinander verbunden.
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Geräuscharme Kettenantriebsvorrichtungen sind nach der Form der Laschenzähne in verschiedene Typen eingeteilt. Zum Beispiel ist ein Typ von geräuscharmen Kettenantriebsvorrichtungen, bei welchem die Laschen das Zusammengreifen mit den Kettenradzähnen an den Innenflanken der Zähne beginnen und auf diesen sitzen, als Innenflankenzusammengriff-/Innenflankenaufsitz-Typ bekannt (siehe beispielsweise die Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2000-065156).
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Die geräuscharme Kettenantriebsvorrichtung des Innenflankenzusammengriff-/Innenflankenaufsitz-Typs erzeugt weniger Geräusche, wenn die Laschen mit den Kettenradzähnen zusammengreifen und auf diesen sitzen, da kein Übergang von Zusammengriffspunkten der Laschenzähne an den Kettenradzähnen zwischen den Außenflanken und den Innenflanken gegeben ist.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
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Die herkömmliche geräuscharme Kettenantriebsvorrichtung vom Innenflankenzusammengriff-/Innenflankenaufsitz-Typ weist das Problem einer möglichen Verringerung der Festigkeit aufgrund der Belastungskonzentration an dem gebogenen Gabelungsbereich zwischen den beiden Laschenzähnen, welche auftreten kann, wenn der Sitzpunkt der Laschen auf den Kettenradzähnen dem distalen Ende zu nahe und von dem gebogenen Gabelungsbereich zu weit entfernt ist, der als Drehpunkt wirkt.
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Daher sind unter diesen Umständen herkömmliche geräuscharme Kettenantriebsvorrichtungen üblicherweise als Innenflankenzusammengriff-/Außenflankenanlage-Typ ausgelegt.
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Ein Problem der geräuscharmen Kettenantriebsvorrichtung vom Innenflankenzusammengriff-/Außenflankenanlage-Typ ist, dass diese mit kleineren Kettenrädern ausgelegt ist, um eine engere Umschlingung zu erzielen, wodurch bewirkt wird, dass die Kette sich hebt, was zu einer ungünstigen Lastverteilung auf die Zähne führt.
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Ein weiteres Problem mit geräuscharmen Kette ist, dass eine Vergrößerung des Artikulationswinkels bewirkt, dass sich die Laschenzähne in Bezug auf die Innenflanken anderer, in der Kettenbreitenrichtung benachbarter Laschen auswärts erstrecken. Dieses Problem erlegt den Kettenrädern der geräuscharmen Kettenantriebsvorrichtung des Innenflankenzusammengriff-/Außenflankenanlage-Typs strukturelle Beschränkungen auf, wie beispielsweise die Notwendigkeit fein ausgelegter Kettenradzähne.
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Die vorliegende Erfindung wurde unter den vorbeschriebenen Bedingungen gemacht, und es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine geräuscharme Kettenantriebsvorrichtung zu schaffen, die sowohl den Festigkeitsverlust und den Verschleiß von Laschen minimieren kann als auch ein Heben der Kette verhindern kann, um eine bessere Kraftübertragungseffizienz zu erreichen.
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Die vorliegende Erfindung löst die genannte Aufgabe durch das Bereitstellen einer geräuscharmen Kettenantriebsvorrichtung mit:
- einer geräuscharmen Kette, die aus mehreren, abwechselnden Laschen gebildet ist, welche in einer Breitenrichtung der Kette überlappen und durch Verbindungsstifte gelenkig miteinander verbunden sind, wobei die Laschen jeweils ein Paar aus einem vorderen und einem hinteren Zahn aufweisen; und
- einem Kettenrad mit mehreren Kettenradzähnen zum Zusammengreifen mit der geräuscharmen Kette, wobei
- die geräuscharme Kette das Zusammengreifen mit den Kettenradzähnen an einer Innenflanke eines der beiden Zähne auf einer in Bewegungsrichtung der Kette vorderen Seite beginnt und bei der Kraftübertragung an Innenflanken jedes Zahnpaars auf den Kettenradzähnen sitzt. Die mehreren Laschen sind dazu ausgebildet, die Kettenradzähne nur an Innenflanken jedes Zahnpaars zu berühren, wenn die geräuscharme Kette das Kettenrad umschlingt und mit sämtlichen Kettenradzähnen zusammengreift.
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Gemäß der in Anspruch 1 beschriebenen Erfindung, sind die mehreren Laschen dazu ausgebildet, die Kettenradzähne nur an Innenflanken jedes Zahnpaars zu berühren, wenn die geräuscharme Kette das Kettenrad umschlingt und mit sämtlichen Kettenradzähnen zusammengreift. Diese Ausbildung unterstützt das Zusammengreifen an der Innenflanke und das Aufsitzen mit der Innenflanke ohne das Heben der Kette.
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Diese Ausbildung ermöglicht auch eine gleichmäßigere Verteilung der Belastung der Zähne auf alle Laschen, und bewirkt eine lineare Verringerung der Last nach dem Setzen der Laschen auf die Kettenradzähne. Dies unterstützt dabei, einen Festigkeitsverlust der Laschen zu verhindern und den Verschleiß der Laschen zu minimieren. Die gleichmäßigere Verteilung der Belastung der Zähne kann eine bessere Kraftübertragungseffizienz bewirken.
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Die Ausbildung gemäß Anspruch 2 verhindert eine Belastungskonzentration an dem gebogenen Gabelungsbereich zwischen den beiden Zähnen, wodurch das Verhindern einer Verringerung der Festigkeit und eine Minimierung des Verschlei-ßes unterstützt werden. Ferner verringert diese Ausbildung die Kontaktkraft zwischen den Laschenzahnpaaren und den Kettenradzähnen, wodurch das Verhindern von Energieverlusten und einer Verringerung der Kraftübertragungseffizient unterstützt wird. Darüber hinaus minimiert diese Ausbildung die Verschiebung des Kontaktpunkts zwischen den Laschen und dem Kettenrad, welche durch Herstellungsfehler verursacht wird, wodurch Schwankungen hinsichtlich der Festigkeit zwischen den Laschen verringert werden und das NV-Verhalten (Geräusch- und Vibrationsverhalten) verbessert wird.
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Die in Anspruch 3 beschriebene Ausbildung gewährleistet, dass selbst wenn der Artikulationswinkel der geräuscharmen Kette zunimmt, die Zähne von Laschen, die einer Lasche in der Breitenrichtung der Kette benachbart sind, sich nicht über die Innenflanke dieser Lasche hinaus erstrecken. Dies ermöglicht das Zusammengreifen an der Innenflanke und das Aufsitzen mit der Innenflanke ungeachtet der Anzahl der verwendeten Kettenradzähne.
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Die Ausbildung der in Anspruch 4 beschriebenen Zähne verhindert zuverlässig den Kontakt zwischen den Laschen und den Kettenradzähnen an den Außenflanken der Zähne.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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- 1 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung der Ausbildung eines Beispiels für eine geräuscharme Kettenantriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 2 ist eine Draufsicht zur Darstellung der Ausbildung eines Beispiels für eine Lasche in der geräuscharmen Kette;
- 3A ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung des Zustands der geräuscharmen Kette zu Beginn des Zusammengreifens mit einem Kettenradzahn;
- 3B ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung des Zustands der geräuscharmen Kette bei fortschreitendem Zusammengreifen mit dem Kettenradzahn;
- 3C ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung des Zustands der auf dem Kettenradzahn sitzenden geräuscharmen Kette;
- 4 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung der um ein Kettenrad geschlungenen und mit sämtlichen Kettenradzähnen zusammengreifenden geräuscharmen Kette;
- 5A ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung des Zustands einer Reihe von Führungslaschen, welche mit den Kettenradzähnen zusammengreifen;
- 5B ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung des Zustands einer anderen Reihe von in Kettenbreitenrichtung benachbarten Führungslaschen, welche mit den Kettenradzähnen zusammengreifen;
- 6 ist eine Grafik, welche die Änderung der Belastung der Zähne einer einzelnen Lasche in der erfindungsgemäßen geräuscharmen Kette über die Zeit, vom Beginn des Zusammengreifens mit einem Kettenradzahn bis zum Lösen, darstellt;
- 7 ist eine Grafik, welche das Lastverteilungsverhältnis der Laschenzähne der erfindungsgemäßen geräuscharmen Kette zeigt;
- 8 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung der Ausbildung eines anderen Beispiels für eine geräuscharme Kettenantriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 9 ist eine Grafik, welche die Änderung der Belastung der Zähne einer einzelnen Lasche in der geräuscharmen Ketteantriebsvorrichtung von 8 über die Zeit, vom Beginn des Zusammengreifens mit einem Kettenradzahn bis zum Lösen, darstellt; und
- 10 ist eine Grafik, welche das Lastverteilungsverhältnis der Laschenzähne der in 8 dargestellten geräuscharmen Kettenantriebsvorrichtung zeigt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine geräuscharme Kettenantriebsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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1 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung der Ausbildung eines Beispiels für eine geräuscharme Kettenantriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Diese geräuscharme Kettenantriebsvorrichtung weist eine geräuscharme Kette 100 und ein großes Kettenrad 130 sowie ein kleines Kettenrad 140 mit unterschiedlicher Anzahl von Kettenradzähnen und Durchmessern auf, mit welchen die geräuscharme Kette 100 zusammengreift.
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Die geräuscharme Kette 100 besteht aus mehreren abwechselnden Laschen 110, die in Breitenrichtung der Kette überlappen und durch Verbindungsstifte 125 gelenkig miteinander verbunden sind.
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Das Bezugszeichen 120 in 1 bezeichnet eine Führungsplatte, die in Breitenrichtung der Kette auf der äußersten Seite angeordnet ist. Die Führungsplatte ist fest an beiden Enden der lose in die Laschen 110 passenden Verbindungsstifte 125 angebracht, um die Stifte zu halten.
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Die Lasche 110 weist Schultern 111, welche gebogene Flächen auf sowohl der Vorder- als auch der Rückseite, bezogen auf die Bewegungsrichtung der Kette, sind, ein Paar aus einem vorderen und einem hinteren Zahn 112a und 112b, die eine Gabelung zwischen einander bilden, und eine Paar aus einem vorderen und einem hinteren Stiftloch 118 auf, wie in 2 dargestellt. Die beiden Zähne 112a und 112b weisen jeweils eine ebene Innenflanke 113 und eine ebene Außenflanke 114 auf.
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Zwar sind die Verbindungsstifte 125, welche bei der geräuscharmen Kette 100 gemäß dieser Ausführungsform Verwendung finden, Kippgelenkstifte, die jeweils aus einem Kippstift 126 und einem Gelenkstift 127 bestehen, jedoch können die Verbindungstifte stattdessen beispielsweise runde Stifte sein.
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Diese geräuscharme Kette 100 greift mit dem großen Kettenrad 130 und dem kleinen Kettenrad 140 auf eine als Innenflankenzusammengriff und Innenflankenaufsitz bekannte Weise zusammen. Das heißt, dass die geräuscharme Kette 100 mit dem großen Kettenrad 130 wie folgt zusammengreift: in 3A beginnt die geräuscharme Kette 100 mit dem Zusammengreifen mit einem Kettenradzahn 131 des großen Kettenrads 130 an der Innenflanke 113 des Zahns 112a, der sich in der Bewegungsrichtung der Kette auf der Vorderseite befindet. Mit dem Fortschreiten des Zusammengreifens bewegt sich der Angriffspunkt entlang der Innenflanke 113 in Richtung des gebogenen Gabelungsbereichs 115 zwischen den beiden Zähnen 112a und 112b, wie in 3B dargestellt. Schließlich sitzt, wie in 3C gezeigt, die Lasche mit der Innenflanke 113 jedes der beiden Zähne 112a und 112b auf dem Kettenradzahn. Die Außenflanke 114 jedes der beiden Zähne 112a und 112b trägt zu dem Zusammengriff nicht bei. Die geräuscharme Kette 100 greift auf ähnliche Weise mit dem kleinen Kettenrad 140 zusammen.
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Wie in 4 dargestellt, kann diese geräuscharme Kette 100 ein Kettenrad S umschlingen und mit sämtlichen Kettenradzähnen St zusammengreifen, ungeachtet der Anzahl der Zähne des Kettenrads. Anders ausgedrückt ist die geräuscharme Kette 100 in der Lage, ein Zusammengreifen mittels der Innenflanken und ein Aufsitzen der Innenflanken bei sowohl den Kettenradzähnen 131 des großen Kettenrads 130 als auch den Ketteradzähnen 141 des kleinen Kettenrads 140 zu erreichen, welches eine geräuscharme Kette 100 mit einem großen Artikulationswinkel θ erfordert.
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Genauer gesagt weist die Lasche 110 dieser geräuscharmen Kette 100 einen Ausweichbereich 116 in der Außenflanke 114 jedes der beiden Zähne 112a und 112b auf, wie in 2 gezeigt, um einen Kontakt mit den Kettenradzähnen 131 und 141 zu vermeiden.
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In dem Zustand, in welchem die Laschen 110 der geräuscharmen Kette 100 sowohl auf den Kettenradzähnen 131 des großen Kettenrads 130 als auch den Kettenradzähnen 141 des kleinen Kettenrads 140 sitzen, ist der Ausweichbereich 116 gegenüber einer Tangente T, welche die Schulter 111 und den Zahn 112a oder 112b berührt, einwärts gebogen, so dass der Ausweichbereich in der von vorn nach hinten verlaufenden Richtung weiter innen liegt als die Innenflanke 113 der Zähne 112a und 112b einer in der Breitenrichtung der Kette benachbarten Lasche 110.
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Wenn die geräuscharme Kette 100 um das große Kettenrad 130 geschlungen ist und mit sämtlichen Kettenradzähnen 131 zusammengreift, ist daher ein Spalt zwischen der Außenflanke 114a jedes der beiden Zähne 112a und 112b und den Kettenradzähnen 131 gebildet. Jede der mehreren Laschen 110a einer Reihe von Führungsplatten, welche in der Bewegungsrichtung der Kette ausgerichtet sind, kommt nur an der Innenflanke 113a jedes der zwei Zähne 112a und 112b in Kontakt mit den Kettenradzähnen 131, wie in 5A dargestellt.
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Gleichermaßen kommt jede der mehreren Laschen 110b einer Reihe von Führungsplatten, welche in der Bewegungsrichtung der Kette ausgerichtet sind und in Breitenrichtung der Kette benachbart sind, nur an der Innenflanke 113b jedes der zwei Zähne 112a und 112b in Kontakt mit den Kettenradzähnen 131, wobei eine Lücke zwischen der Außenflanke 114b jedes der beiden Zähne 112a und 112b und den Kettenradzähnen 131 gebildet ist, wie in 5B dargestellt.
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Dasselbe gilt, wenn die geräuscharme Kette 100 um das kleine Kettenrad 140 geschlungen ist und mit sämtlichen der Kettenradzähne 141 zusammengreift.
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Die geräuscharme Kette 100 ist vorzugsweise mit einem D2/D1-Verhältnis im Bereich von beispielsweise 0,9 oder mehr, jedoch weniger als 1 ausgelegt. Hierbei gibt D1 den Durchmesser (Ketten-PCD) des Kreises PC 1 an, welcher die Teilungslinien der um das Kettenzahnrad geschlungenen geräuscharmen Kette 100 umschreibt, und D2 gibt den Durchmesser (Aufsitzpunkt-PCD) des Kreises PC 2 an, welcher die Aufsitzpunkte der Laschen 110 der geräuscharmen Kette 100 auf den Kettenradzähnen 131 (siehe beispielsweise 5A) umschreibt.
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Wenn die Kette mit einem D2/D1-Verhältnis kleiner als 0,9 ausgelegt ist, wird die Entfernung von dem als Drehpunkt wirkenden gebogenen Gabelungsbereich 115 zu dem Aufsitzpunkt groß, was zu einer Belastungskonzentration in dem gebogenen Gabelungsbereich 115 führt und die Festigkeit der Laschen 110 beeinträchtigt. Infolgedessen können die Innenflanken 113 der Laschen 110 und die Kettenradzähne 131 und 141 leichter Verschleiß ausgesetzt sein, und die Kraftübertragungseffizienz kann abnehmen.
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Gemäß der zuvor beschriebenen geräuscharmen Kettenantriebsvorrichtung kann die beim Zusammengreifen mit den Kettenradzähnen 131 und 141 auf die Zähne 112a und 112b der Laschen 110 aufgebrachte Last (Kontaktkraft) verringert werden, und die Änderung der Belastung der Zähne über die Zeit vom Beginn des Zusammengreifens bis zum Lösen kann allmählicher erfolgen, wie durch die durchgezogene Linie in 6 dargestellt.
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Die gestrichelte Linie in 6 zeigt eine Schwankung α der Belastung, welche angibt, dass bei der herkömmlichen geräuscharmen Kettenantriebsvorrichtung, bei welcher die Laschen an den Innenflanken mit dem Zusammengreifen mit dem Kettenrad beginnen und mit den Außenflanken auf dem Kettenrad sitzen, die Kette sich hebt, während sie sich um das Kettenrad legt. Bei der geräuscharmen Kettenantriebsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform hebt sich die Kette nicht, während sie das Kettenrad umschlingt, und daher nimmt die Belastung der Zähne nach dem Aufsitzen der Laschen 110 auf den Kettenradzähnen 131 (141) linear ab.
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Selbst wenn die sich die geräuscharme Kette 100 mit einem größeren Artikulationswinkel um das Kettenrad 140 legt, kann die Belastung der Zähne gleichmäßig auf sämtliche Laschen 110, die mit den Kettenradzähnen 141 zusammengreifen, verteilt werden, wie durch die in durchgezogener Linie dargestellte Linie in 7 gezeigt.
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Die horizontale Achse in 7 gibt die Indexnummern der Kettenradzähne an, beginnend bei Kettenradzahn t1 zu Beginn des Zusammengreifens. Die vertikale Achse gibt das Lastverteilungsverhältnis der Kettenradzähne t1 bis t10 an.
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Obwohl eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorangehend detailliert beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorangehende Ausführungsform beschränkt und kann mit verschiedenen Designänderungen ausgeführt werden, ohne vom in den Ansprüchen dargelegten Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Zwar wurde in der vorangehenden Ausführungsform eine geräuscharme Kettenantriebsvorrichtung mit einem Drehzahlverhältnis beschrieben, jedoch ist die Erfindung auch auf eine Kettenantriebsvorrichtung ohne Drehzahlverhältnis anwendbar, bei welcher die geräuscharme Kette 100 um Kettenräder 150 geschlungen ist, welche dieselbe Anzahl von Kettenradzähnen und denselben Außendurchmesser aufweisen, wie in 8 dargestellt.
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Auch bei der geräuscharmen Kettenantriebsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform kann die beim Zusammengreifen mit den Kettenradzähnen auf die Zähne der Laschen 110 aufgebrachte Last verringert werden, wie durch die in durchgezogener Linie dargestellte Kurve in 9 gezeigt. Die Änderung der Belastung der Zähne über die Zeit vom Beginn des Zusammengreifens bis zum Lösen kann ebenfalls allmählicher erfolgen. Die Kette hebt sich nicht, während sie das Kettenrad umschlingt, wodurch eine lineare Verringerung der Belastung der Zähne nach dem Aufsitzen der Laschen 110 auf den Kettenradzähnen unterstützt. Wie durch die in durchgezogener Linie dargestellte Kurve in 10 gezeigt, kann die Last gleichmäßig auf sämtliche Laschen 110 verteilt werden, die mit den Kettenradzähnen zusammengreifen.
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Die in gestrichelten Linien dargestellten Kurven in 9 und 10 zeigen die Ergebnisse, welche mit einer herkömmlichen geräuscharmen Kettenantriebsvorrichtung erzielt wurden, bei welcher ein Zusammengreifen über die Innenflanken und ein Anliegen der Außenflanken verwendet wurde. Die Schwankung α der Belastung der Zähne in 9 ist durch ein Heben der Kette bedingt. Die horizontale Achse in 10 gibt die Indexnummern der Kettenradzähne an, beginnend bei Kettenradzahn t1 zu Beginn des Zusammengreifens. Die vertikale Achse stellt das Lastverteilungsverhältnis der Kettenradzähne t1 bis t23 dar.
