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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zahnkette mit jeweils mittels eines Kettengelenks miteinander verbundenen Außenkettengliedern und Innenkettengliedern und einer Teilung, wobei jedes Außenkettenglied aus mindestens zwei Außenlaschen und diese miteinander verbindenden zylindrischen Kettenbolzen und jedes Innenkettenglied mindestens eine Innenlasche mit zwei im Abstand zueinander angeordneten Bolzenöffnungen umfasst und sich jeweils ein Kettenbolzen des Außenkettengliedes zum Bilden eines Kettengelenks durch die Bolzenöffnung des mindestens einen zugehörigen Innenkettengliedes erstreckt, wobei zumindest ein Teil der Innenlaschen und/oder ein Teil der Außenlaschen als Zahnlaschen mit einem Innenflankenwinkel und einem Außenflankenwinkel ausgestaltet sind.
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Eine solche Zahnkette ist z. B. aus der
EP 1281890 A2 bekannt. Diese Zahnkette umfasst sich abwechselnde Innen- und Außenkettenglieder, wobei sowohl die Innen- als auch die Außenkettenglieder Zahnlaschen umfassen. Ein Außenkettenglied umfasst in aller Regel jeweils außen angeordnete, nicht verzahnte Führungslaschen und dazwischen angeordnete Zahnlaschen. Die Zahnlaschen können paketweise oder einzeln, ausschließlich in der Mitte oder verteilt zwischen den Zahnlaschen der Innenkettenglieder angeordnet sein. Das Innenkettenglied umfasst entweder eine breite Zahnlasche oder mehrere Zahnlaschen, die entweder im Paket angeordnet oder einzeln zwischen den Laschen des Außenkettengliedes angeordnet sind. Die Kette weist einen zylindrischen Kettenbolzen auf, der in entsprechend zugehörigen im Querschnitt kreisförmigen Öffnungen der Kettenlaschen angeordnet ist. Bei der bekannten Kette kann der Außenflankenwinkel αf anders sein als der Innenflankenwinkel αc. Es ist keine Aussage darüber getroffen, welcher der beiden Winkel größer sein soll. Die Zahnlaschen der Innenkettenglieder sitzen lose auf den Kettenbolzen auf, so dass sie relativ zu diesem eine Schwenkbewegung ausführen können. Sofern das Außenkettenglied Zahnlaschen aufweist, können diese ebenfalls lose auf dem Bolzen aufsitzen, auch wenn sie sich nicht auf diesem drehen.
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Des Weiteren ist es bei Zahnketten mit Wiegegelenken, also einer anderen Gelenkart, bekannt, dass der Außenflankenwinkel kleiner ist, als der Innenflankenwinkel (siehe hierzu
US 2010/0311350 A1 ). Die in dieser Druckschrift vorgeschlagenen Bemessungsregeln sollen für einen leiseren Lauf der Zahnkette mit Wiegegelenken sorgen. Derartige Zahnketten werden z. B. als Steuerkette eines Verbrennungsmotors eingesetzt und koppeln die Kurbelwelle mit der mindestens einen Nockenwelle. Solche Ketten sind Hochleistungsketten, die am Rande ihrer Belastbarkeit arbeiten. Aufgrund ihres massenhaften Einsatzes stellen daher schon kleinste Verbesserungen, insbesondere hinsichtlich der Dauerfestigkeit und des Verschleißverhaltens eine sinnvolle Maßnahme dar.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine dauerfestigkeits- und verschleißoptimierte Zahnkette der eingangs genannten Art bereitzustellen.
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Hierzu ist bei einer Zahnkette mit zylindrischem Kettenbolzen vorgesehen, dass der Innenflankenwinkel größer ist als der Außenflankenwinkel und der Differenzbetrag einer Öffnungshöhe, die vom Mittelpunkt der Bolzenöffnung bis zum unteren Rand der Bolzenöffnung gemessen ist, und einer Zahngrundhöhe, die parallel zur Öffnungshöhe vom Mittelpunkt der Bolzenöffnung zum Zahngrund der Zahnlücke gemessen ist, kleiner ist als 0,1 × Teilung. Diese Bemessungsregel soll unabhängig davon gelten, ob kreisförmige oder nicht kreisförmige Bolzenöffnungen verwendet werden; allerdings soll der Kettenbolzen zylindrisch ausgestaltet sein. Die Teilung ist für eine Zahnkette eine charakteristische Größe, die meist genormt ist. Der Mittenabstand der beiden Kettenbolzen entspricht in aller Regel der Teilung. Die Zahngrundhöhe wird demnach von einer Verbindungslinie zwischen den Mittelpunkten der beiden Bolzenöffnungen einer Lasche aus senkrecht nach unten bis zum Scheitelpunkt der Zahnlücke, also dem Zahngrund, gemessen. Diese Zahngrundhöhe ist insbesondere auch kritisch, damit es nicht zu einer Kollision zwischen den Zähnen eines Kettenrads und der Zahnlasche im Bereich des Zahngrunds kommt. Als entscheidendes Kriterium ist bislang immer, der geringste Abstand der Innenflanke und der nächstliegenden Bolzenöffnung betrachtet worden, weil hierdurch der kleinste verbleibende Querschnitt zwischen diesen beiden Funktionsflächen vorliegt. Der Erfinder hat jedoch erkannt, dass es hierauf weit weniger ankommt. Vielmehr ist es für die Erhöhung der Dauerfestigkeit besser, eine andere Betrachtung vorzunehmen, nämlich dafür zu sorgen, dass die Zahngrundhöhe im Vergleich zur Öffnungshöhe der Bolzenöffnung möglichst gleich groß gewählt wird. Hierdurch ist insgesamt erreicht, dass die Zahngrundhöhe, ohne dass es zu einer Kollision mit dem Zahn eines Kettenrades kommt, relativ groß ausgestaltet ist. Aufgrund dieser Maßnahme lässt sich die Kerbwirkung im Bereich zwischen den Laschenzähnen reduzieren. Verstärkt wird diese Wirkung noch dadurch, dass der Innenflankenwinkel größer ist als der Außenflankenwinkel, wodurch es insgesamt zu eifern günstigeren Laufverhalten kommt, was sich wieder vorteilhaft auf die Dauerfestigkeit und den Verschleiß der Zahnkette auswirkt. Diese Winkelvorgabe sorgt auch dafür, dass der erste Kontakt mit einer Zahnlasche im unteren Bereich einer Innenflanke der Zahnlasche stattfindet. Bevorzugt beträgt der Differenzbetrag zwischen der Öffnungshöhe und der Zahngrundhöhe sogar weniger als 0,05 × Teilung. Eine weitere Einschränkung auf weniger als 0,006 × Teilung ist möglich.
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Die Flankenwinkel werden gemessen zwischen einer Senkrechten zur Verbindungslinie der Mittelpunkte der Bolzenöffnungen und einer Tangente an der Innen- bzw. Außenflanke. Sofern Innen- oder Außenflanken keinen geraden Verlauf aufweisen, so wird der Flankenwinkel anhand einer Tangente bestimmt, die an einem bestimmten Punkt der Innen- und Außenflanke anliegt. Zum Bestimmen dieser Punkte wird eine zur Verbindungslinie der Mittelpunkte der Bolzenöffnungen parallele Linie, die in einem Abstand von 0,5-mal dem Abstand der Mittelpunkte (entspricht der teilung) die Innenflanken schneidet, betrachtet. An den Schnittpunkten dieser Linie mit den Innenflanken wird die jeweils zugehörige Tangente angelegt. In Verlängerung schneidet diese Linie auch die beiden Außenflanken, so dass auch bei diesen Schnittpunkten an den Außenflanken die jeweils zuehörige Tangente angelegt wird.
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Eine weitere geometrische Optimierung kann auch dadurch erzielt werden, dass bei einer Variante sowohl der Innen- als auch der Außenflankenwinkel ausgehend von einer durch den Mittelpunkt der über einem Zahn der Zahnlasche liegenden Bolzenöffnung verlaufend lotrechten Geraden gemessen. Der Zahn liegt daher, abgesehen von den unterschiedlichen Flankenwinkeln, relativ zentral unterhalb der Bolzenöffnung.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Bolzenöffnung einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Hierbei handelt es sich um den generell üblichen Querschnitt bei der Verwendung von zylinderförmigen Kettenbolzen. Aufgrund der Zugbelastung der Kettenlaschen erfolgt der Hauptverschleiß jedoch an den Außenseiten der Bolzenöffnung.
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Eine Festigkeitsverbesserung kann dadurch erzielt werden, dass die Bolzenöffnungen der Zahnlaschen einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt aufweisen. Gemäß einer Variante kann dabei die Bolzenöffnung auf ihrer außen liegenden Seite zum größten Teil zylindermantelförmig und auf ihrer innen liegenden Seite eine von der Zylindermantelform abweichende Innenfläche derart aufweisen, dass im gestreckten Zustand der Zahnkette die innen liegend Seite einen Abstand zum Kettenbolzen aufweist.
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Bevorzugt orientiert sich die Ausgestaltung der unrunden Bolzenöffnungen an den Vorgaben, wie sie aus der
DE 10 2009 050 509 A1 bekannt sind.
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Versuche haben gezeigt, dass eine besonders günstige Ausführungsform einen Innenflankenwinkel aufweist, der 3,5° bis 8,5°, bevorzugt 6°, größer ist als der Außenflankenwinkel. Hierdurch wird auch ausreichend sichergestellt, dass der erste Kontaktpunkt zwischen Lasche und Kettenrad an der Innenflanke im unteren Bereich liegt, und somit das Laufverhalten der Zahnkette verbessert wird. Bevorzugt beträgt der Außenflankenwinkel 30° ± 1° und der Innenflankenwinkel ist entsprechend 3,5° bis 8,5° größer.
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Um die Festigkeit der Zahnkette nochmals zu erhöhen, kann ein Nachschneideübergang zwischen der Außenflanke des Zahns und der Seite einer Zahnlasche unterhalb des Mittelpunkts der Bolzenöffnung, bevorzugt auf Höhe des unteren Randes der Bolzenöffnung, liegen. Die Zahnlaschen werden durch einen Ausstanzvorgang hergestellt, wobei ein Nachschneidevorgang zur Erzielung besserer Oberflächengüte und Maßhaltigkeit erfolgt. Dieser Nachschneidevorgang findet üblicherweise bevorzugt im Zahnbereich statt, so dass die Außen- und Innenflanken der Zähne nachgeschnitten werden. Die Seiten der Laschen werden in aller Regel nicht nachgeschnitten. Deshalb stellt sich ein Nachschneideübergang ein zwischen dem nachgeschnittenen und dem nicht nachgeschnittenen Abschnitten. Die hier vorgegebene Lage des Nachschneideübergangs führt entsprechend zu einer höheren Festigkeit. Hierbei orientiert man sich auch an den Vorgaben der
EP 1956268 A2 .
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In ähnlicher Weise kann gemäß einer Ausführungsform ein Nachschneidebereich des Laschenrückens der Zahnlasche mindestens sich über eine Länge erstrecken, die dem Abstand der beiden Mittelpunkte der Bolzenöffnungen entspricht. Der Laschenrücken der Laschen liegt z. B. bei einem Steuerkettentrieb eines Verbrennungsmotors sowohl an einer Gleitschiene als auch an einer Spannschiene an und gleitet an dieser entlang. Günstige Festigkeitswerte werden erreicht, wenn dieser nachgeschnittene Bereich des Laschenrückens eine bestimmte Mindestlänge aufweist. Bevorzugt ist diese Länge auch exakt zu den Mittelpunkten der Bolzenöffnungen ausgerichtet, so dass diese Mindestlänge auch genau oberhalb der beiden Mittelpunkte der Bolzenöffnungen liegt. Auch hierzu enthält die
EP 1956268 A2 Vorgaben.
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Bevorzugt können sämtliche Innenlaschen als Zahnlaschen ausgestaltet sein. Bei einer Variante ist weiter vorgesehen, dass die Außenkettenglieder zwei jeweils außen liegende Führungslaschen und mindestens eine mittig angeordnete Zahnlasche aufweisen.
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Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf einen Zahnkettentrieb mit einer Zahnkette nach einem der Ansprüche 1 bis 10, einem Antriebskettenrad und mit mindestens einem Abtriebskettenrad, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnform der Kettenräder und der Zahnkette so aufeinander abgestimmt und der Innen- und Außenflankenwinkel der Zahnlaschen so gewählt sind, dass der erste Kontaktpunkt beim Auflaufen der Zahnkette auf eines der Kettenräder im Bereich zwischen der Zahnspitze und dem unteren Viertel der Höhe des Zahns an der Innenflanke liegt. Aufgrund des größeren Innenflankenwinkels kommt es an der Innenflanke zu einem früheren Auftreffen des Zahns auf die Innenflanke in dem hier vorgegebenen Bereich nahe der Spitze des Zahns. Dies ergibt insgesamt ein ruhigeres Laufverhalten.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Unteransicht eines Teilstücks einer erfindungsgemäßen Zahnkette,
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2 die Zahnkette aus 1 in einer Explosionsdarstellung,
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3 eine erste Ausführungsform einer Zahnlasche für eine Zahnkette gemäß 1 und
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4 eine zweite Ausführungsform einer Zahnlasche für eine Zahnkette gemäß 1.
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Bei der in 1 und 2 dargestellten Zahnkette 1 handelt es sich um eine Steuerkette für einen Steuerkettentrieb eines Verbrennungsmotors. Die Zahnkette 1 weist sich abwechselnde Außenkettenglieder 2 und Innenkettenglieder 3 auf. Die Außenkettenglieder 2 umfassen zwei jeweils außen angeordnete nicht verzahnte Führungslaschen 4, zwei diese miteinander verbindende Kettenbolzen 5 und zwei mittig auf den Kettenbolzen 5 angeordnete Zahnlaschen 6. Die Kettenbolzen 5 sind in entsprechende Öffnungen 7 der Führungslaschen 4 eingepresst, so dass sie etwas seitlich überstehen. Die Zahnlaschen 6 sitzen mit ihren Bolzenöffnungen 8 lose auf den Kettenbolzen 5 auf. Das Außenkettenglied 2 umfasst zwei mittig angeordnete Zahnlaschen 6.
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Die Innenkettenglieder 3 umfassen insgesamt vier Zahnlaschen 9, von denen jeweils zwei zwischen den Zahnlaschen 6 der Außenkettenglieder 2 und der jeweils zugeordneten Führungslasche 4 angeordnet sind. Die Zahnlaschen 9 der Innenkettenglieder 3 sitzen jeweils lose auf den Kettenbolzen 5 auf. Hierzu weisen sie entsprechende Bolzenöffnungen 10 auf. Die Außenkettenglieder 2 und die Innenkettenglieder 3 sind relativ zueinander schwenkbar. Hierzu bilden jeweils die Mantelflächen der Kettenbolzen 5 und die Innenflächen der Bolzenöffnungen 10 der Zahnlaschen 9 ein Kettengelenk. Die 1 und 2 zeigen nur einen Ausschnitt der Zahnkette 1. Viele dieser Kettenglieder bilden zusammen einen endlosen Strang, der um die zugehörigen Kettenräder herumgelegt ist.
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Anhand der 3 wird nunmehr eine erste Ausführungsform einer Zahnlasche 6 oder 9 dargestellt, die in die anhand der 1 und 2 beschriebenen Zahnkette 1 eingesetzt wird.
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Die dargestellte Zahnlasche kann sowohl als Zahnlasche 6 für das Außenkettenglied 2 als auch als Zahnlasche 9 für das Innenkettenglied 3 verwendet werden. Die Zahnlasche 6, 9 ist aus einem Blechstreifen herausgestanzt und umfasst im Querschnitt kreisförmige Bolzenöffnungen 8 bzw. 10 auf. Die Zahnlasche 6, 9 weist zwei nach unten weisende Zähne 11 und auf der gegenüberliegenden Seite einen Laschenrücken 12. Die Zähne 11 und der Laschenrücken 12 werden mittels der gebogenen Seitenflächen 13 miteinander verbunden. Die Teilung T entspricht dem Mittenabstand der beiden Bolzenöffnungen 8, 10 und beträgt im vorliegenden Fall 8 mm.
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Jeder Zahn 11 weist eine Innenflanke 14 und eine Außenflanke 15 auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Innen- und Außenflanke 14 bzw. 15 geradlinig ausgestaltet. Die Zahnspitze 16 ist abgerundet und verbindet die Innen- mit der Außenflanke 14, 15. Die Innenflanke 14 weist einen Innenflankenwinkel αI und die Außenflanke 15 einen Außenflankenwinkel αA auf. Der Innenflinkenwinkel αI wird gemessen zwischen einer an der Innenflanke 14 anliegenden Tangente, was bei einer geraden Ausgestaltung der Ausrichtung der gesamten Fläche entspricht und einer lotrechten Geraden L, die sich vom Mittelpunkt M der zugehörigen Bolzenöffnungen 8, 10 nach unten erstreckt und die Zahnspitze 16 etwa in der Mitte schneidet. Die Lotrechte L steht senkrecht auf einer die beiden Mittelpunkte M miteinander verbindenden Geraden G. Der Innenflankenwinkel αI ist etwas größer als der Außenflankenwinkel αA (3,5° bis 8,5° größer). Im vorliegenden Fall beträgt der Innenflankenwinkel αI = 36,7° und der Außenflanken αA = 30,4° und ist somit 6,3° größer.
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Die beiden Innenflanken 14 einer Zahnlasche 6, 9 sind mittels eines abgerundeten Zahngrundes 17 miteinander verbunden. Der Scheitel des Zahngrundes 17 weist zur Geraden G, die die beiden Mittelpunkte M miteinander verbindet, eine Zahngrundhöhe ZG auf. Im vorliegenden Fall beträgt die Zahngrundhöhe ZG = 1,61 mm. Die Bolzenöffnung 8, 10 weist ausgehend vom Mittelpunkt M zum unteren Rand eine Öffnungshöhe H auf, die bei einer kreisförmigen Bolzenöffnung 8, 10 dem halben Durchmesser entspricht. Im vorliegenden Fall 1,61 mm. Die Öffnungshöhe H und die Zahngrundhöhe 4 sind bei dieser Ausgestaltung in Beziehung zueinander gesetzt. Der Differenzbetrag der Zahngrundhöhe ZG und der Öffnungshöhe H ist kleiner als 0,1 × Teilung T. Das bedeutet, dass der Scheitel des Zahngrundes 17 und der untere Rand der Bolzenöffnung 8, 10 im wesentlichen auf gleicher Höhe liegen. Hierdurch ergibt sich in Verbindung mit dem gegenüber dem Außenflankenwinkel αA größer gewählten Innenflankenwinkel αI eine Verbesserung der Kerbwirkung. Der Differenzbetrag der Öffnungshöhe H und der Zahngrundhöhe ZG beträgt ihm vorliegenden Fall 0 (ist somit kleiner als 0,1 × Teilung, bevorzugt kleiner als 0,05 × Teilung).
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Die in 3 dargestellte Zahnlasche 6, 9 wird durch einen Stanzvorgang hergestellt, der einen Nachschneidevorgang beinhaltet. Die gesamte untere Zahnkontur, d. h. die beiden Außenflanken 15, die beiden Zahnspitzen 16, die beiden Innenflanken 14 und der Zahngrund 17 werden mit einem einzigen Werkzeug nachgeschnitten, so dass es zu einer guten Maßhaltigkeit und guten Oberflächenrauhigkeit kommt. Dieser gesamte Nachschneidebereich wird begrenzt durch die an den Seitenflächen 13 liegenden Nachschneideübergänge 18. Die Nachschneideübergänge 18 sind derart am oberen Ende der Außenflanken 15 angeordnet, dass sie etwa in Höhe der Unterkante der Bolzenöffnungen 8, 10 bzw. der Höhe dese Scheitels des Zahngrundes 17 liegen. Der Nachschneideübergang 18 darf nicht zu hoch liegen, weil sich sonst eine ungünstige Spannungskonzentration ergibt. Entsprechend erstreckt sich der Nachschneideübergang 18 zu seinem größten Teil unterhalb der Bolzenöffnungen 8, 10.
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Der Laschenrücken 12 ist ebenfalls durch Nachschneiden erzeugt, so dass eine bessere Oberflächenrauhigkeit und Formhaltigkeit gegeben ist. Der Laschenrücken 12 ist durch zwei Nachschneideübergänge 19 begrenzt. Die Nachschneideübergänge 19 sind konkav nach innen eingezogen und gehen in die Seitenflächen 13 hinüber. Der Laschenrücken 12 weist im vorliegenden Fall eine Länge auf, die größer ist als der Abstand der beiden Mittelpunkte M, der auch als Teilungsabstand bezeichnet wird.
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Der Durchmesser der Bolzenöffnungen 8, 10 ist so gewählt, dass sich die Zahnlaschen 6, 9 leicht auf die Kettenbolzen 5 aufschieben lassen.
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Die erfindungsgemäße Zahnkette wird als Steuerkette in einem Steuerkettentrieb eines Verbrennungsmotors verwendet, der das Kurbelwellenkettenrad mit dem mindestens einen Nockenwellenkettenrad verbindet. Im Einsatz führt der etwas größer gehaltene Innenflankenwinkel αI dazu, dass der Zahn eines Kettenrades zuerst im gestrichelt markierten Bereich 20 mit der Innenflanke 14 in Berührung kommt (entsprechend der Lauf- oder Einbaurichtung der Lasche). Der Auftreffbereich 20 liegt somit im unteren Abschnitt des Zahns 11 an der Innenflanke 14, wodurch sich das Laufverhalten der Kette verbessert.
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Eine unter Verwendung derartiger Zahnlaschen 6, 9 aufgebaute Zahnkette 1 weist eine verbesserte Dauerfestigkeit und Verschleißbeständigkeit auf. Als Material wird bevorzugt Stahl verwendet.
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Anhand der 4 wird nunmehr eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zahnlasche 1 mit der Teilung T = 8 mm beschrieben, die ebenfalls in der in 1 und 2 gezeigten Kette Anwendung finden kann. Im Folgenden soll nur auf die wesentlichen Unterschiede zum vorangegangenen Ausführungsbeispiel der 3 eingegangen werden. Deshalb wird unter Verwendung der gleichen Bezugsziffern ergänzend auf die obige Beschreibung verwiesen, die auch hier uneingeschränkt Gültigkeit hat. Der wesentliche Unterschied ist in der unrunden bzw. nicht kreisförmigen Bolzenöffnung 8, 10 zu sehen. Während der den Seitenflächen 13 nächstliegende Abschnitt der Bolzenöffnungen 8, 10 noch zum größten Teil zylindermantelförmig ausgestaltet ist, so dass es bei Zugbelastung der Kette zu einer satten Anlage des Kettenbolzens 5 kommt, ist der zur Mitte hin weisende Abschnitt der Bolzenöffnung vergrößert ausgestaltet, so dass der Kettenbolzen 5 keinen Kontakt zu dieser Seite aufweist. Hierdurch wird die Kerbwirkung nochmals vermindert. Der untere Rand der Bolzenöffnung 8, 10 weist eine größere Öffnungshöhe H = 1,65 mm auf als eine vergleichbare kreisförmige Öffnung. Die Abweichung von der Kreisform erfolgt also bereits vor der Lotrechten L (auf der linken Seite im unteren Sektor). Aber auch hier ist wieder der Differenzbetrag zwischen der Zahngrundhöhe ZG = 1,61 mm und der Öffnungshöhe H eingehalten, um die Kerbwirkung zu reduzieren. Die Ausgestaltung der Zähne 11 ist identisch zum vorangegangenen Ausführungsbeispiel. Der Differenzbetrag ergibt im vorliegenden Fall 0,04 mm (ist somit kleiner als 0,1 × Teilung, bevorzugt kleiner als 0,05 × Teilung).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1281890 A2 [0002]
- US 2010/0311350 A1 [0003]
- DE 102009050509 A1 [0010]
- EP 1956268 A2 [0012, 0013]
