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Die Erfindung bezieht sich auf eine
Antriebskette, insbesondere für
einen Steuertrieb für
Verbrennungskraftmaschinen, bestehend aus Innenkettengliedern und
Außenkettengliedern,
die einander abwechselnd über
Kettengelenke miteinander verbunden sind, wobei die Innenkettenglieder
mindestens zwei, durch Gelenkhülsen
miteinander verbundene Innenlaschen und die Außenkettenglieder mindestens
zwei mit Gelenkbolzen verbundene Außenlaschen umfassen.
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Solche gattungsgemäßen Antriebsketten sind
als Hülsen-
oder Rollenketten in Übereinstimmung
mit den einschlägigen
Normen, z.B. DIN 8187, DIN 8188 oder ISO 606, ausgebildet. Antriebsketten werden
nach ihrer Bauform, ob sie als Hülsen-
oder Rollenkette und als Einfach-, Zweifach- oder Dreifachketten
ausgeführt
sind, in verschiedene Gruppen eingeteilt. In diesen Gruppen werden
die Ketten durch die Angabe der Nennteilung und der inneren Breite
eindeutig bezeichnet. Die Nennteilung ist durch den Abstand der
Zähne der
Kettenräder
vorgegeben und beschreibt den Abstand zwischen den Gelenkachsen
der Kettenglieder, sowohl der Innenkettenglieder als auch der Außenkettenglieder,
der Antriebskette. Die innere Breite ist der Innenabstand zwischen
zwei durch Gelenkhülsen
miteinander verbundenen Innenlaschen eines Innenkettenglieds der Antriebskette.
Die Länge
einer Antriebskette ergibt sich aus dem Produkt der Nennteilung
mit der Anzahl der Kettenglieder. Typische normgemäße Nennteilungen
von Antriebsketten sind 6 oder 8 mm, sowie 3/8, 1/2, 5/8 oder 3/4
Zoll. Die innere Breite hingegen wird fast ausschließlich in
Zollmaßen
angegeben, wobei bis zu einem 1/2 Zoll Abstufungen bis zu 1/32 Zoll üblich sind.
Die bei der Produktion solcher Antriebsketten üblichen Toleranzen liegen bei
wenigen hundertsteln Millimetern.
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Solche Antriebsketten werden neben
ihrer Anwendung in Produktions-, Förder- und Verpackungsmaschinen
in unterschiedlichen Branchen, insbesondere auch für den Steuertrieb
von Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt. Im Automobilbereich werden
solche Steuertriebe mit sehr hohen Laufgeschwindigkeiten betrieben.
Bei üblichen Kfz-Motoren
treten bei einem Kurbelwellen-Kettenrad mit 20 Zähnen und einer Drehzahl von
6500 U/min 130.000 Eingriffe zwischen den Zähnen der Kurbelwellen- und Nockenwellen-Kettenräder mit den
einzelnen Kettengliedern der Antriebskette auf. Diese bei einer
hohen Geschwindigkeit stattfindende Eingriffe zwischen den einzelnen
Kettengliedern und den Kettenrädern
führt bei
normalen Gelenkketten zum einen zu einer geringen Lebensdauer, zum
anderen zu einer erheblichen Geräuschentwicklung (Kettenheulen),
die einen deutlichen Einfluss auf die gesamte Geräuschentwicklung
bei Verbrennungskraftmaschinen hat.
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Die Geräuschentwicklung von Steuerkettentrieben
war in der Vergangenheit einer der Gründe, aus denen viele Automobilhersteller
die Steuertriebe ihrer Verbrennungskraftmaschinen mit Zahnriemen realisiert
haben. Auch solche Zahnriemen unterliegen in Steuertrieben, ebenso
wie herkömmliche
Gelenkketten, einer großen
mechanischen Belastung und damit einem erheblichen Verschleiß, so dass
bereits nach 1000 bis 1500 Betriebsstunden ein Austausch notwendig
ist, um einen Motorschaden zu vermeiden. Moderne Verbrennungsmotoren
weisen häufig
zwei Nockenwellen auf, was bei Steuertrieben mit Zahnriemen eine
aufwändige
Konstruktion mit Umlenkrollen oder mehreren getrennten Trieben erfordert.
Moderne Verbrennungsmotoren vertilgen weiter über eine große Anzahl
zusätzlicher
Aggregate und Motorelemente, die zunehmend eine kompakte Bauweise
der Verbrennungsmotoren erfordern. Eine solche kompakte Bauweise
ist jedoch für
den Austausch der Zahnriemen von Steuertrieben sehr hinderlich,
weshalb ein solcher Austausch mit einem großen Montageaufwand und erheblichen
Kosten für den
Nutzer verbunden ist.
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Moderne Antriebsketten für Steuertriebe
von Verbrennungskraftmaschinen weisen durch ihre Werkstoffauswahl
und die abgestimmte Kombination von Werkstoffen heutzutage eine
gute Beständigkeit gegen
mechanische Belastungen auf. Mit solchen modernen Antriebsketten
werden trotz der hohen mechanischen Belastung durch die hohen Drehzahlen
von Steuertrieben Betriebszeiten erreicht, die die Lebensdauer von
Kraftfahrzeugen, insbesondere von Pkws, übertreffen, so dass ein Austausch
der Ketten nicht mehr nötig
ist. Durch diese Entwicklung und durch die oben genannten Nachteile
von Zahnriemen sind viele Automobilhersteller wieder dazu übergegangen,
Steuertriebe mit Antriebsketten zu realisieren. Durch Maßnahmen
im Bereich der Schallisolation des Steuertriebs konnte in den zurückliegenden
Jahren auch die Geräuschemission
von Kettentrieben reduziert werden. Da bei modernen Verbrennungskraftmaschinen
durch eine Reihe von Maßnahmen
insgesamt die Geräuschentwick lung
reduziert werden konnte, wird trotz solcher Isolationsmaßnahmen
weiterhin ein merklicher Anteil der Motorgeräusche durch den Steuerkettentrieb
verursacht.
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Insbesondere im Automobilbereich
erfordert die fortschreitende technische Entwicklung ständige Verbesserungen
und Optimierungen aller eingesetzten Komponenten, Entwicklung neuer
Konzepte sowie eine Anpassung an die Anforderungen des Marktes.
Besonders im lukrativen Segment der Oberklasse und der gehobenen
Mittelklasse steht der Fahrkomfort in allen seinen Aspekten sowie
die Wünsche der
Kunden im Mittelpunkt der Entwicklung.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, eine Antriebskette, insbesondere für den Steuertrieb
einer Verbrennungskraftmaschine, bereitzustellen, die auch bei schnell
laufenden Antrieben eine verminderte Geräuschentwicklung aufweist.
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Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Antriebskette
gelöst
durch eine Teilung des Innenkettengliedes und eine Teilung des Außenkettengliedes
derart, dass die Länge
der Antriebskette größer als
das Produkt aus der Anzahl der Kettenglieder und der Nennteilung
der Antriebskette ist.
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Zwar ist es bekannt, die Länge von
Gelenkketten in einem geringen Maß zu verkürzen, um bei Antrieben mit
einer maximal zulässigen
Verschleißlängung die
Betriebszeit zu erhöhen.
Durch das geringe Untermaß der
Kettenlänge
wird die Spanne bis zur zulässigen
Verschleißlängung insbesondere
bei Hochleistungs- und Positionierungstrieben erhöht und damit
die Laufzeit bis zum notwendigen Austausch der Gelenkkette vergrößert. Eine
solche Längenreduzierung
wird üblicherweise
durch geringfügig kürzere Außenlaschen
erreicht, wobei sich die Teilung der Innenkettenglieder und der
Außenkettenglieder
nur geringfügig, üblicherweise
innerhalb des Toleranzbereichs der Nennteilung voneinander unterscheidet.
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Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird erstmals
eine Antriebskette bereitgestellt, deren Länge im verkaufsfertigen Neuzustand
größer als
das Produkt aus Anzahl der Kettenglieder und der Nennteilung der
Antriebskette ist. Dabei bezieht sich die Nennteilung auf die, durch
den Abstand der Zähne der
Kettenräder
vorgegebene, (Soll-)Teilung der Antriebskette aus Innenkettengliedern
und Außenkettengliedern.
Sofern es sich um genormte Ketten handelt, kann man auch von Normteilung
spre chen, z.B. bei Teilungen von 6 mm oder 8 mm, sowie 3/8 Zoll, 1/2
Zoll, 5/8 Zoll oder 3/4 Zoll. Die Nenn- oder Normteilung von Antriebsketten
beschreibt die für
die Innenkettenglieder und Außenkettenglieder
angestrebte Teilung dieser Antriebsketten in einem neuen, unbenutzten
und verkaufsfertigen Zustand, wobei übliche Toleranzen für Schwankungen
im Teilungsmaß der
Kettenglieder bei ca. 0,1 % des Nennteilungsmaßes liegen. Die Nennteilung
wird, zusammen mit der inneren Breite des Innenkettenglieds, bei
der Bezeichnung von Gelenkketten verwendet, womit die angestrebte
(Soll-)Teilung ohne Abweichungen aus anderen Gründen, bereits aus der Bezeichnung
der Kette ablesbar ist. Dieses System wird nicht nur bei Einfachketten,
sondern auch bei Duplex- und Triplexketten angewandt. Bei der erfindungsgemäßen Antriebskette
ist die Teilung der Kettenglieder derart ausgestaltet, dass diese
Antriebskette eine größere Länge als
eine herkömmliche
Antriebskette aufweist, bei der die Länge durch das Produkt der Kettengliederanzahl
und der Nennteilung bestimmt ist, wodurch diese erfindungsgemäße Antriebskette
mit einer geringeren Geräuschentwicklung
in Antrieben, im Besonderen auch in schnell laufende Antriebe wie
Steuertriebe für
Verbrennungskraftmaschinen, einsetzbar ist.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht
vor, dass die Teilung der Außenkettenglieder
größer als die
Teilung der Innenkettenglieder ist. Bei Außenkettengliedern mit einer
vergrößerten Teilung
lassen sich trotz einer größeren Länge der
Antriebskette Innenkettenglieder einsetzen, die auch bei der Herstellung
herkömmlicher
Gelenkketten mit Nennteilung eingesetzt werden. Durch diese Synergie
lassen sich sowohl Produktions- als auch Lagerhaltungskosten reduzieren.
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Ein im Hinblick auf die Geräuschentwicklung gleicher
Effekt kann erzielt werden, indem die Teilung der Innenkettenglieder
größer als
die Teilung der Außenkettenglieder
sein kann. Bei dieser Modifikation können für die Herstellung der erfindungsgemäßen Antriebskette
Außenkettenglieder
in Nennteilung genutzt werden, wodurch neben der Kostenersparnis durch
die Verwendung von Außenlaschen
herkömmlicher
Ketten auch keine zusätzlichen
Rüstkosten
für die
Anpassung der Endmontagevorrichtung zur Herstellung der erfindungsgemäßen Antriebskette
anfallen.
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Eine günstige Ausführungsform der Antriebskette
sieht vor, dass die Länge
der Antriebskette 0,25 % bis 0,75 %, bevorzugt, 0,5 %, größer als das
Produkt aus der Anzahl der Kettenglieder und der Nennteilung der
Antriebskette ist. In einer Reihe von Versuchen wurde festgestellt,
dass in diesem Bereich eine deutliche Geräuschreduzierung bei schnell laufenden
Antriebsketten erreichbar ist, wobei bei einer Vergrößerung der
Kettenlänge
von 0,5 % eine besonders geringe Geräuschentwicklung beobachtet werden
kann.
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Im Hinblick auf die mögliche Verwendung von
Innenkettengliedern oder Außenlaschen
herkömmlicher
Gelenkketten in Nennteilung kann die Differenz zwischen der Teilung
der Außenkettenglieder
und der Teilung der Innenkettenglieder 0,5 % bis 1,5 %, bevorzugt
1 %, der Nennteilung der Antriebskette betragen. Diese Modifikation
ermöglicht
trotz des Einsatzes von Kettenbauteilen und Montagevorrichtungen
herkömmlicher
Gelenkketten in Nennteilung eine deutliche Verringerung der Geräuschentwicklung,
insbesondere für
schnell laufende Steuertriebe von Verbrennungskraftmaschinen. Bei
einer Differenz von 1 % zur Nennteilung der Antriebskette ist in
Laborversuchen eine besonders gute Geräuschreduzierung messbar gewesen.
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Unabhängig von der Verwendung von
Kettenelementen herkömmlicher
Gelenkketten mit Nennteilung, kann die Differenz aus Teilung der
Außenkettenglieder
und Teilung der Innenkettenglieder 0,5 % bis 1,5 %, bevorzugt 1
%, der Teilung der Innenkettenglieder betragen. Neben einer ebenfalls deutlichen
Geräuschreduktion
ermöglicht
diese Modifikation trotz der unterschiedlichen Teilung der Innenkettenglieder
und Außenkettenglieder
einen ruhigen und gleichmäßigen Lauf
der Antriebskette, welcher besonders bei Anwendungen in Synchronlauf- und
Positionierungsantrieben wichtig ist.
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Ebenso lässt sich auch bei einer weiteren Ausbildung
der Erfindung, bei der die Differenz aus Teilung der Innenkettenglieder
und Teilung der Außenkettenglieder 0,5 % bis 1,5 %, bevorzugt 1 %,
der Teilung der Außenkettenglieder
betragen kann, ein gutes Gleichlaufverhalten und eine geringe Geräuschentwicklung
realisieren.
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In einer Ausführung der Erfindung kann ein Steuerkettentrieb
für eine
Verbrennungskraftmaschine mit mindestens einem Kurbelwellenrad und
mindestens einem Nockenwellenrad, sowie einer erfindungsgemäßen Antriebskette
ausgebildet sein. Ein solcher Steuerkettentrieb ermöglicht eine
merkliche Reduzierung der Geräuschentwicklung
von Verbrennungskraftmaschinen, was insbesondere bei der Verwendung
der Verbrennungskraftmaschine im Automobilbereich von Vorteil ist.
Entweder können sonst benötigte Schallisolationsmaßnahmen
eingespart werden oder die mit der geringeren Geräuschentwicklung
verbundene Komfortsteigerung kann für die Vermarktung des Automobils
genutzt werden. Auch bei solchen Steuerkettentrieben wird die Nennteilung der
Antriebskette durch den Abstand der Zähne der Kettenräder, insbesondere
des Kurbelwellenkettenrads, bestimmt, wobei die Länge einer
herkömmlichen
Gelenkkette sich aus dem Produkt aus der Anzahl der Kettenglieder
und dieser Nennteilung ergibt. Für
die erfindungsgemäße Ausgestaltung
dieses Steuerkettentriebs ist die Länge der eingesetzten Antriebskette
jedoch größer als
die Länge
einer herkömmlichen
Gelenkkette. Die gleiche erfindungsgemäße Lösung entsteht auch, wenn man
ausgehend von einer vorgegebenen Antriebskette die Zähne auf den
Kettenrädern
geeignet anordnet, da die die Länge
der Antriebskette bestimmende Nennteilung sich aus dem Abstand,
also der gewählten
Anordnung der Zähne
auf dem Kettenrad ergibt.
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Die erfindungsgemäße Antriebskette kann für alle herkömmlichen
Antriebe verwendet werden. Dazu sind keine oder nur sehr geringe
Modifikationen der Spannvorrichtung notwendig. Insbesondere bei schnell
laufenden Antrieben wie Hochleistungsantriebe oder Steuertriebe
für Verbrennungskraftmaschinen
ermöglicht
die Verwendung der erfindungsgemäßen Antriebskette
eine deutliche Reduktion der durch den Eingriff der Kettenglieder
in das Kettenrad entstehenden Geräusche.
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Im Folgenden werden eine Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
Draufsicht mit einem bereichsweisen Schnitt einer erfindungsgemäßen Antriebskette;
und
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2 eine
Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Steuerkettentrieb.
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Die in 1 dargestellte
erfindungsgemäße, als
Hülsenkette
ausgeführte
Antriebskette 1 besteht aus Innenkettengliedern 2 und
Außenkettengliedern 3,
die einander abwechselnd über
Kettengelenke 4 miteinander verbunden sind. Die Innenkettenglieder 2 bestehen
jeweils aus zwei, durch Gelenkhülsen 5, miteinander
verbundenen Innenlaschen 6. Die Innenlaschen 6 verlaufen
parallel zueinander, während
die Gelenkhülsen 5 senkrecht
zu den Innenlaschen 6 stehen, wobei die Gelenkhülsen 5 fest
mit den Innenlaschen 6 verbunden sind, insbesondere durch
Pressen oder Kleben. Die Außenkettenglieder 3 umfassen
zwei, mit Gelenkbolzen 7 verbundene Außenlaschen 8, wobei
die Außenlaschen 8 parallel
zueinander verlaufen. Die Gelenkbolzen 7 der Außenkettenglieder 3 sind
in den Gelenkhülsen 5 der
Innenkettenglieder 2 drehbar gelagert, wodurch jeweils
ein Kettengelenk 4 der Antriebskette 1 gebildet
ist. Die Außenkettenglieder 3 verbinden
durch die Außenlaschen 8 jeweils
ein Innenkettenglied 2 mit einem zweiten Innenkettenglied 2,
wobei die Außenlaschen 8 parallel
zu den Innenlaschen 6 verlaufen. Die Achsen der ineinander
verlaufenden Gelenkbolzen 7 und Gelenkhülsen 5 fluchten zueinander
und bilden gemeinsam auch die Achse A des Kettengelenks 4.
Die Teilung PA des Außenkettengelenks 3 bestimmt
sich durch den Abstand zwischen den Achsen A der beiden Kettengelenke 4 der
Außenkettenglieder 3. Ebenso
wird die Teilung PI der Innenkettenglieder 2 durch
den Abstand der Achsen A der Kettengelenke 4 der Innenkettenglieder 2 definiert.
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Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform der Antriebskette 1 als
Hülsenkette
berühren
die Zahnflanken eines eingreifenden Kettenrades die feststehenden
Gelenkhülsen 5 stets
an der gleichen Stelle der äußeren Oberfläche und
führen
dort zu einem einseitigen Verschleiß. Hülsenketten weisen aber auch
durch den großen
Durchmesser der Gelenkbolzen 7 eine verhältnismäßig große Gelenkfläche auf,
die durch eine geringe Gelenkflächenpressung
einem Verschleiß im
Kettengelenk 4 entgegenwirkt. Hülsenketten werden im Automobilbereich,
insbesondere bei hochbeanspruchten Nockenwellenantrieben sowie in
schnell laufenden Dieselmotoren eingesetzt. Durch den Eingriff des
Kettenrades mit den Kettengelenken 4 der Antriebskette 1 entsteht ein
Geräusch,
das bei größerer Geschwindigkeit
der Antriebskette 1 sich zu einer starken Geräuschemission,
dem sogenannten Kettenheulen, entwickelt.
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Als Rollenketten ausgeführte Antriebsketten 1 weisen über den
Gelenkhülsen
5 drehbar angeordnete Laufrollen auf. Diese Laufrollen rollen mit
wenig Reibung an den Zahnflanken des mit einer Rollenkette in Eingriff
stehenden Kettenrades ab, so dass immer wieder eine andere Stelle
des Umfangs der Laufrollen zum Tragen kommt und somit ein einseitiger Verschleiß vermieden
wird. Die Kettengelenke von Rollenketten weisen im Vergleich zu
Hülsenketten geringere
Durchmesser der Gelenkbolzen und damit eine kleinere Gelenkfläche sowie
eine größere Gelenkflächenpressung
auf.
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Bei herkömmlichen Gelenkketten, die
als Einfach-, Duplex- und Triplexketten auch durch ihre Nennteilung
beschrieben werden, weisen die Teilungen PA,
PI der Innen- und Außenkettenglieder 3,4 dasselbe,
durch die Nennteilung vorgegebene Teilungsmaß auf. Bei Ketten mit einer
Nennteilung von 8 mm betragen die Teilungen der Innenkettenglieder 2 und
Außenkettenglieder 3 im
Neuzustand 8,00 mm bei einer Toleranz von ± 0,01 mm. Bei einer erfindungsgemäßen Antriebskette 1 der
gleichen Nennteilung beträgt
beispielsweise im neuen, verkaufsfertigen Zustand, d.h. nach Abschluss
aller, auch der Montage nachgeschalteter Herstellungsschritte, wie Vorrecken
der Kette, die Teilung PI des Innenkettenglieds 2 8,00±0,01 mm
und die Teilung PA der Außenkettenglieder 3 8,08±0,01 mm,
wodurch die Länge
dieser Antriebskette 1 größer als das Produkt aus Anzahl
der Kettenglieder und der Nennteilung ist.
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Bei der Verwendung der in 1 dargestellten Antriebskette 1 in
einem Kettentrieb, insbesondere in einem Steuertrieb für Verbrennungskraftmaschinen,
müssen
trotz der größeren Teilung
PA des Außenkettenglieds 3 im
Vergleich zur Teilung PI des Innenkettenglieds 2 keine
Ausgleichsmaßnahmen
an dem Kettentrieb vorgenommen werden. Die Abweichung der Länge der
erfindungsgemäßen Antriebskette 1 von
der sich aus dem Sollmaß der
Teilung, bestimmt durch die Abstände
der Zähne
der Kettenräder,
und der Anzahl der Kettenglieder 2,3 ergebende Solllänge der
Kette im unteren Bereich der maximal zulässigen Verschleißlängung von
Antrieben liegt. So kann durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Antriebskette 1 ohne
zusätzliche
Maßnahmen
eine deutliche Geräuschreduzierung
bei Antrieben, insbesondere bei schnell laufenden Steuertrieben
erreicht werden. Die Antriebskette 1 kann ebenso unmittelbar bei
schon bestehenden Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt werden,
da die Längenabweichung der
neuen, unbenutzten Antriebskette 1 gegenüber herkömmlicher
Gelenkketten in aller Regel im üblichen
Spannungsbereich der Spannvorrichtungen von Steuertrieben liegt.
Gegebenenfalls können durch
kleine Variationen der Spannvorrichtung deren maximal mögliche Verschleißlängung auf
die im Neuzustand größere Länge der
erfindungsgemäßen Antriebskette 1 angepasst
werden.
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2 zeigt
einen Steuerkettentrieb 10 mit einem Kurbelwellenrad 11,
zwei Nockenwellenrädern 12 sowie
einer erfindungsgemäßen Antriebskette 1. Zwischen
einem Nockenwellenrad 12 und dem Kurbelwellenrad 11 ist
zur Führung
der Antriebskette 1 eine Gleitschiene 13 angeordnet,
während
sich zwischen dem anderen Nockenwellenrad 12 und dem Kurbelwellenrad 11 eine
Spannschiene 14 befindet, auf die ein Kettenspanner 15 wirkt.
Das Kurbelwellenrad 11 treibt durch die Antriebskette 1 zwei
Nockenwellenräder 12 an.
Dabei bewirkt der Kettenspanner 15 über die Spannschiene 14 eine
gleichmäßige und
gleichbleibende Spannung in der Antriebskette 1. Zusätzlich kompensiert
der Kettenspanner 15 die mit fortschreitender Betriebszeit
auftretende Verschleißlängung der
Antriebskette 1. Diese Funktion des Kettenspanners 15 ermöglicht auch
die Verwendung der erfindungsgemäßen Antriebskette 1 in Steuerkettentrieben 10,
die für
herkömmliche
Gelenkketten mit Teilungen PA, PI der Kettenglieder 2,3 in
Nennteilung ausgelegt, bzw. bisher mit solchen Ketten betrieben
worden sind. Dabei sind keine konstruktiven Änderungen an dem Steuerkettentrieb 10 notwendig,
da die größere Länge der
Antriebskette 1 üblicherweise
im Bereich der Verschleißlängung liegt.