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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft Endlos-Gleisketten, wie sie dazu verwendet werden,
Gleiskettenfahrzeuge [d.h. Fahrzeuge, die Endlos-Gleisketten statt
Reifen dazu verwenden, mit dem Gelände, über das sie gefahren werden,
in Kontakt zu treten, z.B. Traktoren, Panzer, Planierraupen usw.]
anzutreiben, und spezieller betrifft sie ein verbessertes Design
für Gleisketten
aus Kautschuk, das es ermöglicht,
die Endlos-Gleiskette bei Autostraßengeschwindigkeiten effizienter
anzutreiben.
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2. Allgemeine Erörterung
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In
Gelände,
in dem Luftreifen nur schwierig arbeiten können, werden häufig zahlreiche
Fahrzeugtypen verwendet. Sowohl Militärfahrzeuge, wie Panzer und
Amphibienfahrzeuge, als auch Zivilfahrzeuge wie Traktoren und Freizeitfahrzeuge,
werden manchmal auf sehr weichem Gelände, z.B. Sandflächen, genutzt.
Luftreifen können
auf derartigen weichen Flächen
nicht effizient betrieben werden, da sie die Tendenz zeigen, sich
in die Fläche
einzugraben, statt auf ihr zu fahren. Gleiskettenfahrzeuge wurden zur
Verwendung in Gelände
entwickelt, bei dem mit Luftreifen bereifte Fahrzeuge unpraktisch
sind. Siehe z.B. die US-Patente 3,361,488 (OHm et al.), 3,688,858
(Jespersen), 3,734,577 (Snellman) und 3,955,855 (Massieon et al.).
Bei vielen Geländetypen sorgen
diese Fahrzeuge für
verbessertes Funktionsvermögen
in Bezug auf dasjenige von mit Luftreifen bereiften Fahrzeugen;
jedoch ergeben sich bei vorhandenen Gleiskettenfahrzeugen immer
noch Schwierigkeiten.
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Ursprünglich wurden
derartige Gleisketten aus mehreren Metallgliedern oder -schuhen
hergestellt, die schwenkbar aneinander angebracht wurden, um eine
Gleiskette zu bilden, die sehr schwer sind, zu einer schwerwiegenden
Beschädigung
an Straßen
und anderen Flächen,
auf denen sie fahren, führen,
und die zu einer unbequemen Fahrt der Fahrgäste führen. Siehe z.B. die US- Patente
2,823,082 (Bauer) und 4,530,546 (Meisel, Jr.). Schwerere Fahrzeuge
verwenden immer noch Metall-Gleisketten.
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Die
oben genannten herkömmlichen
Gleisketten zeigen die Nachteile, dass sie laut und schwingungsanfällig sind,
nicht ausreichend beständig
sind und/oder nicht auf Straßenflächen verwendbar
sind. Dies wegen der herkömmlichen
Konfigurationen und der Verwendung von Metallteilen. Demgemäß erfolgten
erhebliche Anstrengungen dazu, leisere, gleichmäßiger arbeitende und besser
beständige
Gleisketten für
Gleiskettenfahrzeuge zu schaffen.
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Es
entwickelte sich Bedarf zum Herstellen eines Fahrzeugs, das für sowohl
normalen Autostraßengebrauch
als auch Geländegebrauch
in schneebedecktem, sehr unebenem oder schlammigem Gelände geeignet
ist. Es besteht erheblicher Bedarf an einem derartigen Fahrzeug
nicht nur während
bewaffneter Konflikte sondern auch folgend auf Naturkatastrophen
(Schnee- und Windstürme, Überschwemmungen
usw.), und derartige Fahrzeuge werden derzeit besonders in Entwicklungsländern benötigt. Unglücklicherweise
benötigen
fast alle verfügbaren
selbstfahrenden Fahrzeuge eine Infrastruktur (geteerte Straßen, Brücken usw.)
für ihren
praktischen Betrieb, und die Entwicklungsländer sind Jahrzehnte entfernt
davon, um über
die erforderliche Infrastruktur für derartige herkömmliche
Fahrzeuge zu verfügen.
Ferner verfügen
die meisten derzeit in Gebrauch befindlichen Lastbeförderungs-Geländefahrzeuge über entweder
sehr große
Räder oder
sehr schwerfällige
Gleisketten, die schwer, sich langsam bewegend und zur Verwendung
auf geteerten Straßen
bei normalen Autostraßengeschwindigkeiten
ungeeignet sind.
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Endlos-Gleisketten
aus Kautschuk wurden aufgrund der Zunahme von Bauvorhaben in städtischen
Gebieten verbreitet, wo Fahrzeuge mit Gleisketten auf geteertem
Gelände
fahren müssen,
und da Bedarf an einer Landwirtschaft mit geringer Bodenverdichtung
besteht. Durch die Kombination der Kautschuktechnologie und einem
enormen Umfang an empirischen Versuchen sind nun in der Industrie
verschiedene Typen von Kautschuk-Gleisketten verfügbar. Diese
werden bei Aushubmaschinen, Aushubtransportern, Bohranlagen, Mähdreschern,
Traktoren und dergleichen verwendet, sh. z.B. die US-Patente 5,279,378
(Graiwey et al.) und 6,267,458 (Hansen et al.). Die meisten derselben
arbeiten nur am Arbeitsort, und sie werden durch Lastfahrzeuge oder
Anhänger
zwischen den Orten transportiert. Um die Unbequemlichkeit des Transportierens
des Fahrzeugs zwischen Ar beitsorten zu beseitigen, wird ein Fahrzeug
benötigt,
das sowohl auf öffentlichen
Straßen mit
normalen Geschwindigkeiten als auch in Gelände-Baustellenumgebungen betrieben werden
kann. Jedoch muss ein derartiges Fahrzeug so konstruiert werden,
dass es die Fahrbahn wenig beschädigt,
wenig Schwingungen und Geräusche
zeigt und mit weniger Wartung und Schmierung arbeitet. Ferner werden
an die Fahrgäste übertragene
Schwingungen gelindert, und geteerte Straßen werden nicht wesentlich
beschädigt.
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Es
wurde eine Anzahl von Hybrid-Lastfahrzeugen vorgeschlagen, bei denen
die Glieder oder Schuhe aus Metall bestehen, das mit einem Kautschuküberzug oder
-einsatz versehen ist. Sh. z.B. die US-Patente 2,359,586 (Sayler),
2,369,130 (Benson), 2,409,502 (Leguillon et al.), 3,148,921 (Batur
et al.), 4,109,971 (Klack et al.), 4,359,248 (Kortering) und 4,588,233
(DenBesten).
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3. Beschreibung der einschlägigen Technik
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[Hinweis:
So wie hier verwendet, betrifft der Begriff "Kautschuk" alle elastischen und primär unmetallischen
Materialien wie Kautschuk, Elastomere oder Kombinationen hiervon,
wie sie bei der Herstellung von Endlos-Gleisketten verwendet werden].
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Die
meisten Kautschuk-Gleisketten werden um eine Grundkarkasse oder
ein Band herum aufgebaut. Die Karkasse verfügt über ein bandförmiges, kautschukartiges,
elastisches Endloselement, eine Anzahl von darin eingebetteten Kernstäben (im
Allgemeinen aus Metall), die in der zugehörigen Längsrichtung ausgerichtet sind
und sich in den zugehörigen
Querrichtungen erstrecken, und Stahlseile (zugbeständige Elemente),
die in das elastische Endloselement so eingebettet sind, dass sie
die Kernstäbe
in Umfangsrichtung außen
umgeben. Sh. z.B. die US-Patente 4,904,030 (Ono), 5,295,741 (Togashi
et al.), 5,511,869 (Edwards et al.) und 6,241,327 (Gleasman).
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Verschiedene
haben die Konstruktion von Endlos-Gleisketten aus Kautschuk unter
Verwendung mehrerer miteinander verbundener Polymermodule vorgeschlagen.
Sh. z.B. die US-Patente 4,861,120 (Edwards et al.) und 5,005,922
(Edwards et al.).
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Einstückig mit
der Außenfläche dieses Grund-Bandelements
sind Nasen für
Bodenkontakt ausgebildet. Bekannte Kautschuk-Gleisketten verfügen über große Nasen
mit einer Anzahl gut bekannter Ausrichtungen, die z.B. im Wesentlichen
orthogonal zur Gleiskettenachse oder unter einem Winkel zu dieser
oder mit einem Zickzack- oder modifizierten Zickzack-Design ausgebildet
sind. Diese letzteren Spezial-Gleisketten verfügen auch über innere Nasen oder Hörner zum
ausgerichteten Halten der Gleiskette, wenn sie über die Umfänge der mit Gummireifen versehenen
Räder läuft, wobei
derartige Nasen entweder im Zentrum der Innenfläche der Gleiskette (für Konstruktionen,
die zum Einsetzen zwischen die Reifen von Doppelrädern geeignet
sind) oder in zwei ausgerichteten Reihen nahe den Außenrändern der
Gleiskette liegen (um dazwischen einen einzelnen Reifen aufzunehmen).
Sh. z.B. die US-Patente 5,447,365 (Muramatsu & al.) und 5,540,489 (Muramatsu & al.).
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Die
Gleisketten werden durch mehrere rotierende Elemente (Räder, Kettenräder usw.)
gehalten, die am Gleiskettenfahrzeug montiert sind, wobei sie mit
diesen rotierenden Elementen in Umfangskontakt gehalten werden und
dadurch angetrieben werden (oder sie sind, im Fall anhängerartiger,
nicht angetriebener Fahrzeuge, für
Drehung darauf gelagert).
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Zu
Problemen, wie sie beim tatsächlichen Überführen einer
derartigen Endlos-Gleiskette
aus Kautschuk in die Praxis angetroffen werden, gehört es, wie
ein angemessener Zug in einem derartigen Band aufrechterhalten werden
soll, wie derartige Gleisketten angetrieben werden sollen und wie
das Band in Querausrichtung zu den Rädern gehalten werden soll,
wenn diese großen
Querlasten unterliegen. Andere Probleme bestehen im Aufrechterhalten der
Unversehrtheit der Konstruktion und im Bereitstellen einer langen
Lebensdauer für
das Band, die Mittelrollen, die Antriebsräder und die mitlaufenden Räder.
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Während kleinere
Kautschuk-Gleiskettenfahrzeuge kommerziell verfügbar sind, transportieren diese
keine angemessenen Lasten für
Militärfahrzeuge
(einschließlich
Panzern), normalen Mehrpassagiertransport oder Produkttransport,
und ihre Antriebsräder
können
in schwerem Schlamm oder Schnee leicht steckenbleiben.
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Wie
es im US-Patent 5,295,741 (Togashi et al.) angegeben ist, besteht,
wenn sich ein mit Kautschuk-Gleisketten versehenes Fahrzeug auf
sandigem Gelände
oder in Steinbrüchen
bewegt, die Wahrscheinlichkeit, dass sich die Kautschuk-Gleisketten aufgrund
von Dehnungen oder Kontraktionen des kautschukartigen Materials
in vertikaler und horizontaler sowie anderen Richtungen gegenüber den Fahrtrichtungen
des Fahrzeugs verschieben. Im Ergebnis springen die Kau tschuk-Gleisketten
in unvermeidlicher Weise von den Kettenrädern oder Gleiskettenwalzen
des Fahrzeugs ab. Es erfolgten verschiedene Versuche, um das Verschieben
der Kautschuk-Gleisketten gegenüber
dem Fahrzeug zu verhindern, jedoch hatten diese keinen Erfolg.
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Bekannte
Kautschuk-Gleisketten üben, wenn
sie auf den sich drehenden Rädern
von Fahrzeugen montiert sind, deutliche Widerstandskräfte aus,
die zum Bewegen des Fahrzeugs überwunden werden
müssen,
d.h. Widerstandskräfte
zusätzlich zu
denjenigen Kräften,
die durch die transportierte Last geschaffen sind und/oder durch
das Gelände
erzeugt werden. Diese weiteren Widerstandskräfte stehen mit den zusätzlichen
Zugspannungen in Zusammenhang, die dazu erforderlich sind, die schweren Nasen
der Gleisketten um die Räder
zu strecken, auf denen sie montiert sind, sowie der zusätzlichen
Reibung, wie sie zwischen den Gleisketten und dem Gelände erzeugt
wird. Während
die letzteren Reibungs-Widerstandskräfte bei
nassen oder Schneebedingungen einen wertvollen Beitrag leisten,
tragen sie in unerwünschter
Weise zu Energiekosten bei, wenn das Fahrzeug auf ebenen, harten
Flächen
gefahren wird.
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Die
o.g. Patente repräsentieren
eine große Anzahl
von Patenten, die vorgeben, eines oder mehrere der Probleme zu lösen, wie
sie bei der Realisierung eines Kautschuk-Gleiskettensystems auftreten. Eine
derartige Anzahl von Patenten bildet die dokumentierte Augenscheinlichkeit,
dass Anstrengungen zum Erreichen dieser Mischung von Gleisketten-
und Radantriebssystemen für über ein
halbes Jahrhundert erfolgten, ohne dass in der Praxis irgendein
Maß für Erfolg
zu erkennen wäre.
Lösungen
betreffend die Probleme einer tatsächlichen Realisierung eines Kautschuk-Gleiskette-Antriebssystems
für Schwerlastfahrzeuge
haben sich als schwer fassbar erwiesen, und wissenschaftliche Skalierungstechniken
haben sich, bisher, nicht erfolgreich an Leichtlastfahrzeugen anwenden
lassen, um ein Kautschuk-Gleisketten-Schwerlastsystem zu entwickeln.
So ist, trotz des lange empfundenen Bedarfs an einem Schwerlast-Nutzfahrzeug
unter Verwendung eines derartigen Kautschuk-Gleiskettensystems,
und der Vorteile eines solchen, bis heute kein derartiges Fahrzeug kommerziell
verfügbar.
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Aus
diesem Grund sind die meisten Militär-Gleiskettenfahrzeuge immer
noch mit Metall-Gleisketten ausgerüstet. Bei der Bemühung, die Mängel in
Zusammenhang mit derartigen Metall-Gleiskettensystemen zu verringern,
wurden einige Gleis ketten auf der Bodenkontaktseite der Metall-Gleiskette
mit Kautschukkissen versehen.
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Jedoch
leiden diese Metall-Gleisketten immer noch unter deutlichen Mängeln im
Vergleich zu Fahrzeugen mit Rädern.
Einige dieser Probleme können
wie folgt zusammengefasst werden:
- – Geräusche. Eine
Metall-Gleiskette erzeugt einen übermäßig hohen
Geräuschpegel.
Diese Tatsache kann zu einem deutlichen strategischen Nachteil führen, wenn
eine Verwendung in Zusammenhang mit Militärfahrzeugen erfolgt, da der Feind
das Vorhandensein derselben über
viele Meilen hinweg erkennen kann. Schäden. Hinsichtlich Zivilfahrzeugen,
die mit derartigen Gleisketten versehen sind, oder Militärfahrzeugen,
die in Friedenserhaltungsmissionen verwendet werden, können Metall-Gleisketten
zu deutlichen Schäden
der Bodenfläche
führen,
unabhängig
davon, ob sie befestigt ist oder nicht.
- – Gewicht.
Viele Metall-Gleisketten sind schwer. Z.B. beträgt das typische Gewicht einer
bei einem M113-Panzer verwendeten Metall-Gleiskette 544 kg (1200
Pfund), während
die an einem Bradley-Panzer verwendete Metall-Gleiskette 1134 kg (2500 Pfund) wiegt.
Ein derartiges Gewicht bildet sowohl einen Mangel hinsichtlich der
Beweglichkeit der Fahrzeuge als auch hinsichtlich ihres Kraftstoffverbrauchs.
- – Kurze
Lebensdauer. Metall-Gleisketten zeigen eine kurze Lebensdauer. Selbst
mit Kautschukkissen versehene Metall-Gleisketten nutzen extrem schnell
ab, so dass die Kissen an einem Militärpanzer alle 800 bis 1600 km
(500 bis 1000 Meilen) ausgetauscht werden müssen.
- – Wartung.
Metall-Gleisketten benötigen
auch viel Wartung. Der Austausch der Kautschukkissen, der Metallglieder
oder- schuhe usw. erfordert eine andauernde Wartung der Gleisketten.
- – Kosten.
Schließlich
sind die Kosten der Herstellung, Wartung und Renovierung extrem
hoch.
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Wie
oben gesehen, waren Anstrengungen zum Entwickeln einer Kautschukalternativ
zu Metall-Gleisketten hinsichtlich "leichter" Fahrzeuge relativ erfolgreich. Jedoch
zeigen derartige Kautschuk-Gleisketten, obwohl sie in vieler Hinsicht
eine Verbesserung gegenüber
den bekannten Metall-Gleisketten darstellen, immer noch die folgenden Mängel im
Hinblick auf schwere Ausrüstung
wie Panzer:
- – Abspringen der Gleiskette.
Das Abspringen der Gleiskette ist ein Effekt, gemäß dem eine
Gleiskette den Kontakt mit dem Führungssystem
verliert, so dass sie sich selbst vollständig vom Fahrzeug löst und so
dessen Stopp verursacht. Um diesen Effekt einzuschränken, werden
entlang dem Innenteil der Gleiskette mehr oder weniger stabile Vorsprünge oder
Führungshörner angebracht,
um einen Schutzwall zu bilden, der zwischen Führungsräder passt. Diese Räder sind
im Allgemeinen in Paaren gruppiert, und der Raum zwischen ihnen
ermöglicht
es, dass sich die Führungshörner frei
zwischen ihnen bewegen. Ein anderes Element, das wesentlich ist,
um ein Abspringen der Gleiskette zu vermeiden, bildet die Verwendung
eines geeigneten Spannrads.
- – Springen
von Zähnen.
Gleisketten werden durch einen Motor angetrieben, der mechanisch
mit einem Kettenrad verbunden ist, das in Vorsprünge oder Antriebsnasen auf
der Innenfläche
der Gleiskette eingreift. Wenn diese Antriebsnasen über die
Zähne des
Kettenrads springen können,
treten Schäden
und eine vorzeitige Abnutzung der Gleiskette auf. Die plötzlichen
Bewegungen, wie sie sich ergeben, sorgen auch für eine deutliche Unbequemlichkeit
der Fahrgäste
des Fahrzeugs. Um einen derartigen Effekt springender Zähne zu verringern,
müssen
die Antriebsnasen an der Gleiskette eine möglichst kleine Reibung am Kettenrad
erzeugen, während
sie es ermöglichen, dass
das Kettenrad in festen Eingriff mit der Gleiskette tritt. Erneut
bildet die Spannung der Gleiskette ein kritisches Element.
- – Abnutzung
und Reißen.
Gleisketten können
aufgrund einer Anzahl anderer interner und externer Elemente vorzeitig
zerstört
werden, wie: Zerstörung
von Verstärkungsstäben, Zerreißen des
Verstärkungsgewebes,
von Kabeln und Fasern sowie Abrieb, Durchstoßen, Reißen und Delaminieren der Kautschukkomponenten.
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Betreffend
den Stand der Technik zeigt FR-A-2683201 eine Gleiskette gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 zur Verwendung bei einem Kettenfahrzeug, bei der
zwischen Antriebsrädern
Hörner angeordnet
sind.
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Die
bekannten Lösungen,
wie sie für
Industrie- und landwirtschaftliche Fahrzeuge ausgebildet sind, sind
unangemessen, wenn sie sich den schwerwiegenden Problemen bei Militärfahrzeugen
gegenübersehen.
Tatsächlich
werden durch das hohe Gewicht von Militärfahrzeugen in Kombination
mit den hohen Geschwindigkeiten und starken Beschleunigungen (sowohl
lateral als auch longitudinal) hohe Belastungen in der Gleiskette
erzeugt, die die o.g. Probleme beträchtlich verstärken.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Demgemäß ist es
die Aufgabe der Erfindung, eine funktionierende Lösung für diese
Probleme unter Berücksichtigung
der Tatsache zu schaffen, dass das Fahrgestell des Fahrzeugs, um
wirklich benutzbar zu sein, straßenfahrfähig sein sollte, für hohe Zugkraft
und geringe Bodenverdichtung sorgen sollte und das betreffende Gelände minimal
stören
sollte, und das in einem Schwerlastarbeitsmodus arbeiten sollte
und bei den meisten Bodenbedingungen und Topografien von ebenem
Land bis zu steilen Hängen für eine gleichmäßige Fahrt
des Bedieners sorgen sollte, während
die Nutzarbeit ohne Reißen
der Riemen, ohne Verlieren des Antriebsvermögens zwischen Rädern und
Riemen, die in Eingriff stehen, und ohne Ablösen der Bänder von den Rädern ausgeführt werden.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein derartiges Abspringen der Gleiskette,
das Springen von Zähnen
sowie das Abnutzen und Reißen
an allen Fahrzeugtypen (militärisch,
industriell, landwirtschaftlich und anderes) zu verringern.
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Es
ist eine andere Aufgabe der Erfindung, Metall-Gleisketten durch
eine verstärkte
Kautschuk-Gleiskette zu ersetzen, die die Vorteile von Metall- Gleisketten
liefert (einschließlich
guter Traktion, Abstützung
und Anpassbarkeit an alle Geländetypen),
während
die Mängel
deutlich verringert sind (Geräusche,
Schäden
an der Bodenfläche,
Gewicht, kurze Lebensdauer, Wartung und hohe Kosten).
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Daher
ist Folgendes geschaffen: eine Gleiskette zur Verwendung an einem
Gleiskettenfahrzeug, aus einem Polymer und mit solcher Ausbildung,
dass sie über
ein Antriebskettenrad, mehrere Führungsräder und
ein Spannrad läuft,
wobei diese Gleiskette über
eine erste, äußere Bodenkontaktfläche und
eine zweite, innere Antriebskettenrad-Kontaktfläche verfügt und sie Folgendes aufweist:
- – einen
Karkassenteil, bei dem Verstärkungseinrichtungen
in das Polymer eingebettet sind; mehrere Laufflächennasen, die an der ersten
Kontaktfläche
angeordnet sind;
- – mehrere
Antriebsnasen, die auch als Traktionsnasen bezeichnet werden, die
an der zweiten Kontaktfläche
angeordnet sind;
- – mehrere
Antriebshörner,
die auch als Führungshörner bezeichnet
werden, die an der zweiten Kontaktfläche angeordnet sind, wobei
jedes Antriebshorn über eine
Vorderseite, eine Rückseite und
zwei Querseiten verfügt;
wobei der obere, vordere Teil jeder Querfläche abgeschrägt ist.
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Es
ist auch Folgendes geschaffen: Eine Gleiskette zur Verwendung an
einem Gleiskettenfahrzeug, aus einem Polymer und mit solcher Ausbildung,
dass sie über
ein Antriebskettenrad, mehrere Führungsräder und
ein Spannrad läuft,
wobei diese Gleiskette über
eine erste, äußere Bodenkontaktfläche und
eine zweite, innere Antriebskettenrad-Kontaktfläche verfügt und sie Folgendes aufweist:
- – einen
Karkassenteil, bei dem Verstärkungseinrichtungen
in das Polymer eingebettet sind;
- – mehrere
Laufflächennasen,
die an der ersten Kontaktfläche
angeordnet sind;
- – mehrere
Antriebsnasen, die auch als Traktionsnasen bezeichnet werden, die
an der zweiten Kontaktfläche
angeordnet sind; wobei der Kettenradantrieb aus einem Polymer besteht,
das für hohe
Abriebfestigkeit und niedrige Reibung sorgt.
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Es
ist auch Folgendes geschaffen: Eine Gleiskette zur Verwendung an
einem Gleiskettenfahrzeug, aus einem Polymer und mit solcher Ausbildung,
dass sie über
ein Antriebskettenrad, mehrere Führungsräder und
ein Spannrad läuft,
wobei diese Gleiskette über
eine erste, äußere Bodenkontaktfläche und
eine zweite, innere Antriebskettenrad-Kontaktfläche verfügt und sie Folgendes aufweist:
- – einen
Karkassenteil, bei dem Verstärkungseinrichtungen
in das Polymer eingebettet sind;
- – mehrere
Laufflächennasen,
die an der ersten Kontaktfläche
angeordnet sind;
- – mehrere
Antriebsnasen, die auch als Traktionsnasen bezeichnet werden, die
an der zweiten Kontaktfläche
angeordnet sind; wobei das Kettenrad über mehrere Aufnahmen verfügt, die
entlang dem Umfang angeordnet sind, wobei jedes Kettenrad so ausgebildet
ist, dass es in Antriebseingriff mit einer der Antriebsnasen tritt,
und wobei der Umfang, von einer seiner Querseiten her gesehen, über Vieleckkonfiguration
verfügt.
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Es
ist auch Folgendes geschaffen: Eine Gleiskette zur Verwendung an
einem Gleiskettenfahrzeug, aus einem Polymer und mit solcher Ausbildung,
dass sie über
ein Antriebskettenrad, mehrere Führungsräder und
ein Spannrad läuft,
wobei diese Gleiskette über
eine erste, äußere Bodenkontaktfläche und
eine zweite, innere Antriebskettenrad-Kontaktfläche verfügt und sie Folgendes aufweist:
- – einen
Karkassenteil, bei dem Verstärkungseinrichtungen
in das Polymer eingebettet sind;
- – mehrere
Laufflächennasen,
die an der ersten Kontaktfläche
angeordnet sind;
- – mehrere
Antriebsnasen, die auch als Traktionsnasen bezeichnet werden, die
an der zweiten Kontaktfläche
angeordnet sind, wobei jedes Führungshorn über eine
Vorderseite, eine Rückseite und
zwei Querseiten verfügt;
wobei die Führungsräder über zwei
Gleiskettenhalte-Außenflächen verfügen, zwischen
denen die Führungshörner gemäß ihrer
Ausgestaltung durchlaufen können, wobei
jede Außenfläche zwischen
ihr und den Führungshörnern einen
ersten Zwischenraum sowie zwischen ihr und den Antriebsnasen einen zweiten
Zwischenraum bildet, wobei der zweite Zwischenraum größer als
der erste ist.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
ist das Kettenrad mit Folgendem versehen:
- – einem
Außenumfang
mit Vieleckkonfiguration, von einem seiner Querseiten her gesehen;
- – mehrere
Hohlräume,
die entlang diesem Umfang angeordnet sind, wobei jeder so ausgebildet ist,
dass er eingreifend zu einer der Antriebsnasen passt; und
- – einer
Gleisketten-Kontaktfläche,
die entlang dem Umfang liegt.
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Während die
Erfindung bei Endlos-Gleisketten für alle Gleiskettenfahrzeuge
anwendbar ist, besteht ihr spezieller Zweck darin, die Effizienz
von Schwerlast-Gelände-Gleiskettenfahrzeugen
wie Militärpanzern
zu erhöhen,
die speziell für
Fahrt mit normaler Geschwindigkeit über befestigte Autostraßen und
auch für
geeignete Anwendung auf unbefestigten Straßen und unebenem Offroad-Gelände konzipiert
sind.
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Andere
Gesichtspunkte und viele der zugehörigen Vorteile werden besser
ersichtlich sein, wenn dies unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung
besser verständlich
wird und in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen berücksichtigt
wird, in denen gleiche Bezugszeichen in allen Figuren gleiche Elemente
kennzeichnen.
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Die
Merkmale der Erfindung, von denen davon ausgegangen wird, dass sie
neuartig sind, sind speziell in den beigefügten Ansprüchen dargelegt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Demgemäß sollen
die vorstehende Offenbarung und die Darstellungen gemäß den Zeichnungen nur
als Veranschaulichung des Prinzips der Erfindung angesehen werden.
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1 ist
eine Gesamtseitenansicht eines erfindungsgemäßen Gleiskettensystems.
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2 ist
eine perspektivische Draufsicht eines Teils einer Gleiskette gemäß der Erfindung.
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3 ist
eine perspektivische Unteransicht der in der 2 dargestellten
Gleiskette.
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4 ist
eine Seitenansicht der in der 2 dargestellten
Gleiskette im Wesentlichen entlang einer in der 2 dargestellten
Linie B-B.
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5 ist
ein Schnitt der in den 2 und 3 dargestellten
Gleiskette im Wesentlichen entlang einer in der 3 dargestellten
Linie A-A.
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6 ist
eine perspektivische Ansicht des Gebrauchs eines Kettenrads zum
Antreiben einer Gleiskette gemäß der Erfindung.
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7 ist
eine Schnittansicht des in der 6 dargestellten
Kettenrads im Wesentlichen entlang einer in der 1 dargestellten
Linie C-C.
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8 ist absichtlich ausgelassen.
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9 ist
eine Schnittansicht eines in der 8 dargestellten
Führungsrads
im Wesentlichen entlang der in der 1 dargestellten
Linie D-D.
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10 ist
eine perspektivische Ansicht eines Spannrads zur Verwendung bei
einer Gleiskette gemäß der Erfindung.
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11 ist
eine Schnittansicht des in der 10 dargestellten
Spannrads im Wesentlichen entlang der in der 1 dargestellten
Linie E-E.
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Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten
Ausführungsform
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Die 1 zeigt
eine allgemeine Seitenansicht eines Systems mit einer Kautschuk-Gleiskette gemäß der Erfindung,
das an einem Militärfahrzeug 10 installiert
ist. Das Gleiskettesystem verfügt über eine
verstärkte
Kautschuk-Endlos-Gleiskette 100,
einen Kettenradantrieb 20, ein Spannrad 30 und
mehrere Führungsräder 40,
die das Fahrzeug abstützen und
die Gleiskette 100 führen.
Dieses System ist über
ein geeignetes Aufhängungssystem
(nicht dargestellt) mit einer geeigneten Antriebseinrichtung (nicht
dargestellt) verbunden. Ein ähnliches
System ist an der anderen Seite des Fahrzeugs 10 angebracht.
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Wie
es in der 2 dargestellt ist, ist eine Gleiskette 100 typischerweise
um eine bandartige Karkasse 150 aus verstärktem Kautschuk
herum aufgebaut. Wie oben angegeben, betrifft der Begriff "Kautschuk" jedes geeignete
elastische Polymer. Das Band 100 verfügt über eine Außenfläche 200 und eine Innenfläche 300.
Wie es in der 2 dargestellt ist, sind an der
Außenfläche 200 mehrere
Traktionsnasen 210, 220 und 230 angebracht.
Diese Traktionsnasen oder Laufflächennasen
stehen in Wechselwirkung mit der Fläche, auf der das Fahrzeug 10 bewegt
wird, um für
eine geeignete Traktion des Fahrzeugs zu sorgen. Die Traktionsnasen
bestehen aus Kautschuk ausreichender Qualität, um die normale Abnutzung
der Fahrfläche
durch Abrieb zu unterstützen.
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Wie
es in der 3 dargestellt ist, ist die Innenfläche 300 der
Gleiskette 100 mit Folgendem versehen:
- i.
mehreren Führungshörnern oder
-nasen 320, die sich fortlaufend entlang der Längs-Mittellinie der
Innenfläche 300 befinden.
Diese Führungsnasen
oder -hörner
bilden einen quasi kontinuierlichen Wall, der in die im Kettenrad 20 ausgebildete Hohlkehle 29,
eine im Spannrad 30 ausgebildete Hohlkehle 39 und
die Öffnung 49 der
das Führungsrad 40 bildenden
Räder 41 und 42 passt. Die
Passung der Führungshörner zu
den Hohlkehlen und/oder Öffnungen 29, 39 und 49 ermöglicht es,
die Gleiskette während
der Bewegung des Fahrzeugs zu führen;
- ii. mehreren Vorsprüngen 330,
die als Traktionsnasen bezeichnet werden und entlang jeder Seite der
Gleiskette 100 vorhanden sind. Diese Traktionsnasen sind
so konzipiert, dass sie passend in die entsprechenden Hohlräume 23 im
Kettenrad 20 passen. Sie gewährleisten so die Übertragung von
Kraft vom Motor (nicht dargestellt) auf die Gleiskette 100;
und
- iii. ebenen Laufflächen 310 und 315,
die an jeder Seite der Führungshörner 320 vorhanden
sind. Die Abstützräder 40 laufen
auf diesen Laufflächen und
stützen
das Gewicht des Fahrzeugs 10 ab.
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Wie
es in den 3 und 4 dargestellt ist,
sind die Führungsnasen 320,
die Traktionsnasen 330 und die äußeren Laufflächennasen 210, 220 und 230 auf
solche Weise an der Gleiskette platziert, dass sie fortlaufende
Segmente mit jeweils gleicher Schrittweite 130 bilden.
Die verschiedenen Sektionen sind durch Sektionen 110 der
Karkasse 150 unterteilt, an denen sich keine Nase, Horn
oder ein anderer Vorsprung befindet, um so ein Scharnier zu bilden,
das es der Gleiskette ermöglicht,
sich selbst um die verschiedenen Räder zu winden, die das erfindungsgemäße Gleiskettensystem
bilden. Wenn eine Verwendung bei einem Militärpanzer wie einem M113-Panzer
erfolgt, liegt die Schrittweite 130 vorzugsweise zwischen
50,8 mm (2 Zoll) und 152,4 mm (6 Zoll). Jedoch ist es bei einem
vorgegebenen Kettenraddurchmesser bevorzugt, die Schrittweite zu verringern,
um die Anzahl der Antriebsnasen zu erhöhen, die zu einem jeweiligen
Zeitpunkt in die Kettenradhohlräume 23 eingreifen.
Die Minimalanzahl der Antriebsnasen 330, die mit den Hohlräumen 23 zu
einem bestimmten Zeitpunkt in Kontakt stehen, beträgt vier.
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Um
die Wechselwirkung zwischen der Gleiskette und den anderen Komponenten
des Gleiskettensystems zu optimieren, um ein Abspringen der Gleiskette,
ein Überspringen
von Zähnen
sowie Abnutzung und Reißen
zu verringern, ist es bevorzugt, dass jede Komponente so optimiert
wird, wie es nachfolgend beschrieben ist.
- 1.
Wie es in der 1 dargestellt ist, ist, wenn
das Gleiskettensystem korrekt am Fahrzeug 10 installiert
ist, die Gleiskette 100 so um das Kettenrad 20 herum
angebracht, dass der Umschlingungswinkel von einem Fahrzeug zum
anderen variieren kann, er jedoch im Allgemeinen zwischen 30 Grad und
180 Grad liegt.
- 2. Das Kettenrad 20 ist über eine geeignete Übertragungseinrichtung
(nicht dargestellt) starr mit dem Motor (ebenfalls nicht dargestellt)
gekoppelt. Da der Hauptzweck dieses Kettenrads darin besteht, Kraft
vom Motor an die Gleiskette zu übertragen,
ist es wesentlich, einen sicheren Eingriff zwischen den Traktionsnasen
der Gleiskette und den entsprechenden Hohlräumen 23 im Kettenrad 20 zu
sorgen. Geeigneter Eingriff ist dann erzielt, wenn die Gleiskette
weder zur Seite wegrutscht noch Zähne auf diesem Kettenrad 20 übersprungen
werden. Der korrekte Eingriff selbst hängt von einer bestimmten Anzahl
von Hauptfaktoren ab, die wie folgt zusammengefasst werden können:
- a. Querverschiebungen der Gleiskette 100 auf dem *p+10XRad 21 werden
durch das Vorliegen der Führungshörner 320 verhindert,
die mit der Hohlkehle 29 (die das Kettenrad in zwei Teile
unterteilt) in Eingriff steht. Jedoch ist es bevorzugt, dass die
Breite der Hohlkehle geringfügig
größer (jedoch
nicht zu viel) als die Breite der Führungshörner ist. Der empfohlene Abstand 28 (in
der 7) für
einen M113-Panzer liegt 1,9 mm (1/16'') und
2,38 mm (3/32'').
- b. Querverschiebungen und Längsverschiebungen
(die zu einem Überspringen
von Zähnen
führen)
der Gleiskette 100 werden ferner dadurch verhindert, dass
die Traktionsnasen 330 in die entsprechenden Hohlräume 23 im
Kettenrad 20 passen. Die Qualität der Passung selbst hängt von
den folgenden Faktoren ab:
i. der Längszug in der Gleiskette 100 muss
ausreichend groß dafür sein,
dass die Vertikalkomponente der Zugkräfte diejenigen Kräfte kompensiert,
die sich radial zwischen den Wänden
der Hohlräume 23 und
denen der Traktionsnasen 330 erstrecken;
ii. diese
Kontaktkräfte
hängen
vom verwendeten Material und den diesen Flächen verliehenen geometrischen
Formen ab;
iii. die Dauerhaftigkeit der Qualität dieser
Flächen hängt von
den Betriebsbedingungen, der elastischen Verformung und der Abnutzung
ab.
- c. Der durch das Band gebildete Winkel, wenn es um das Kettenrad 20 gelegt
ist, und auch die Anzahl der Antriebsnasen 330 in Eingriff
mit dem Kettenrad 20 haben deutlichen Einfluss auf Quer-, Tangential-
und Vertikalverschiebungen der Gleiskette 100;
- d. empirisch wurde ermittelt, dass:
- i. das Kettenrad 20 über minimal zwölf (12)
und vorzugsweise fünfzehn
(15) Hohlräume 23 verfügen sollte;
- ii. die Anzahl der Traktionsnasen 330 in Eingriff mit
den Hohlräumen 23 vorzugsweise
vier oder mehr entsprechen muss, um einen festen Eingriff zu gewährleisten
und die Möglichkeiten überspringender
Zähne zu
verringern;
- iii. die Form und die Abmessungen der Hohlräume 23 in direkter
Beziehung zu denen der Antriebsnasen 330 stehen. Es hat
sich herausgestellt, dass es bevorzugt ist, dass die Schrittweite 130 der Gleiskette 100 geringfügig kleiner
als die Schrittweite 26 des Kettenrads 20 ist.
Der Unterschied beträgt
vorzugsweise zwischen 0% und 1%, um eine Dehnung während hoher
Belastungen sowie Abnutzung während
der Nutzungsdauer der Gleiskette zu kompensieren;
- iv. die Verwendung eines Polymermaterials mit hoher mechanischer
Beständigkeit
und hoher Abriebfestigkeit bevorzugt ist. Diesbezüglich ist UHMW-Polyethylen eines
der bevorzugten Materialien;
- v. die Hohlkehle 29 in diesem Kettenrad 20 vorzugsweise
V-förmig
sein sollte, um die Installation der Gleiskette 100 am
Fahrzeug 10 zu vereinfachen; und
- vi. die Traktionsnasen 330, wie es in den 3 und 4 dargestellt
ist, über
eine vordere Fläche 323 und
eine hintere Fläche 324 verfügen, die eine
im Wesentlichen prismenförmige
Kontur zeigen. Der tatsächliche
Querschnitt dieser Traktionsnasen ist vorzugsweise vom im US-Patent 4,605,389
(Westhoff) beschriebenen Typ. Die Länge der in der Traktionsgleichung
x2(1+y2) = t2 verwendeten Tangente t ist eine Funktion
der Dicke 120 der Gleiskette 100, der Position
der neutralen Achse 140 sowie der Höhe 335 jeder Traktionsnase 330.
Ein derartiges Profil sorgt während des
Betriebs des Fahrzeugs für
eine optimale Grenzfläche.
- e. Durch Versuch wurde ermittelt, dass die Traktionsnasen 330 vorzugsweise
die folgenden Eigenschaften zeigen sollten:
- i. die Innenfläche 336 sollte
um einen Winkel a geringfügig
geneigt sein, der vorzugsweise mehr als 3 Grad beträgt, um eine
Wechselwirkung mit den Rädern 40 zu
verhindern;
- ii. der Abstand 47 zwischen den Rädern 40 und den Traktionsnasen 330 sollte
ausreichend groß dafür sein (größer als
der Abstand 45 zwischen den Rädern 40 und den Führungsnasen 320), dass
die Räder
die Gleiskette 100 durch die Führungshörner 320, statt unter
Verwendung der Traktionsnasen 330, effektiv führen;
- iii. der obere Teil der Traktionsnasen 330 sollte vorzugsweise
kegelstumpfförmig
und abgerundet sein;
- iv. die Basis der Traktionsnasen 330 sollte so breit wie
möglich
sein;
- v. die Außenfläche 328 jeder
Traktionsnase kann mehr als die Innenfläche 336 abgewinkelt
sein, wie es bei c in der 5 dargestellt
ist.
- 3. Wie es in der 1 dargestellt ist, laufen, wenn das
erfindungsgemäße Gleiskettensystem
an einem Fahrzeug 10 installiert ist, die das Fahrzeug abstützenden
Führungsräder 40 auf
der Gleiskette 100, die selbst auf der Bodenfläche platziert
ist. Die Anzahl der Führungsräder 40 sollte
für das Fahrzeuggewicht
geeignet sein. Tatsächlich
stützen
die Führungsräder 40 das
gesamte Fahrzeuggewicht ab, und sie widerstehen Querkräften, die
sich beim Wen den des Fahrzeugs ergeben können, oder dann, wenn während der
Bewegung des Fahrzeugs ein Zusammenstoß mit verschiedenen Objekten
erfolgt.
-
Wie
es in der 4 dargestellt ist, besteht jedes
Führungsrad 40 aus
zwei Rädern 43 und 44,
von denen jedes über
ein Kautschukband (41 bzw. 42) verfügt, die
am Außenumfang
angebracht sind. Jedes dieser Kautschukbänder 41 und 42 steht
mit den ebenen Flächen 310 und 315 an
der Innenseite 300 des Bands 100 in Kontakt. Die
Räder 43 und 44 sind voneinander
getrennt, um zwischen sich eine Hohlkehle 49 zu bilden.
Diese Hohlkehle ist so konzipiert, dass sie geringfügig größer als
die Breite der Führungshörner 320 ist,
um auf jeder Seite eines Führungshorns 320 einen
kleinen Zwischenraum 45 zu belassen. Zwischen dem äußeren Teil
der Kautschukbänder 41 und 42 und
dem inneren Teil der Führungsnasen 330 ist
ebenfalls ein Zwischenraum 47 gebildet. Es ist bevorzugt,
dass der Zwischenraum im Fall eines M113-Panzers auf zwischen 1,59
mm (1/16 Zoll) und 4,76 mm (3/16 Zoll) eingeschränkt ist. Dieser Abstand ist
kritisch, wenn er so klein ist, dass er zu hoher Reibung führt, mit
den sich ergebenden schwerwiegenden Schwierigkeiten. Andererseits
fördert
er, wenn er zu groß ist,
das Abspringen der Gleiskette 100, und er macht es viel
schwieriger, das Fahrzeug in einer geraden Linie zu fahren.
-
Die
Antriebshörner 320 sind
so konzipiert, dass sie die Führung
der Gleiskette 100 maximieren. Dazu müssen die Seitenflächen 322 und 324 eine möglichst
große
Fläche
bedecken, damit ihre Wechselwirkung mit den Führungsrädern 40 dergestalt
ist, dass so gut wie möglich
ein kontinuierlicher Wall zwischen ihnen geschaffen ist.
- 4. Jedoch sollte ihre Länge nicht dergestalt sein, dass
dies die Drehung der Gleiskette 100 um das Kettenrad 20 und
das Spannrad 30 behindert. Daher ist es bevorzugt, dass
die Führungshörner zu ihrer
Außenseite
hin verjüngt
sind. Es ist auch bevorzugt, dass die Oberseite jeder Seite 322 und 324 der
Führungshörner in
der Längsrichtung, entsprechend
der Bewegung der Gleiskette 100, wenn sich das Fahrzeug
nach vorne bewegt, verjüngt
ist. Im Ergebnis bildet das Führungshorn, von
der Oberseite her gesehen (wie in der 3 dargestellt),
eine Dreiecksfläche 329,
die an der Seite des Führungshorns,
die der normalen Bewegung der Gleiskette 100 entspricht,
eine Ecke 325 bildet. Ohne die Abschrägungen 326 und 328 hätte die
Gleiskette 100 die Tendenz, abzuspringen, wenn Querkräfte auf
die Räder 40 wirken. Tatsächlich besteht,
wegen der Art, mit der die Räder 40 im
Allgemeinen am Fahrzeug 10 angebracht sind, dann, wenn
Querkräfte
auf diese Räder 40 einwirken,
die Tendenz, dass sie zur allgemeinen Richtung des Fahrzeugs fehlausgerichtet werden,
wodurch eine größere Möglichkeit
dafür geschaffen
ist, dass die Gleiskette selbst vom Fahrzeug abspringt. Die Verwendung
von Abschrägungen 326 und 328 senkt
diese Gefahr wesentlich, ohne dass die Fläche der Oberflächen 322 und 324 deutlich
verringert würde.
- 5. Die Höhe
und die Länge
der Führungshörner 320 hängt von
der Konfiguration des Fahrzeugs 10 ab. Jedoch hat es sich
herausgestellt, dass es bevorzugt ist, dass das Verhältnis zwischen
der Höhe
und der Breite ungefähr
zwei beträgt.
Auf diese Weise ist die Drehung um das Kettenrad und das Spannrad
angemessen, ohne dass der Schutz gegen ein Abspringen der Gleiskette
beeinträchtigt
wäre.
Es
ist auch extrem wichtig, dass die Führungshörner 320 stabil sind.
Falls erforderlich, sollten sie mit bekannten Maßnahmen verstärkt werden,
zu denen Fasern und stabile Einsätze
gehören.
- 6. Wie es in der 1 dargestellt ist, ist die Gleiskette 100,
wenn sie am Fahrzeug 10 installiert ist, um das Spannrad 30 gewunden,
um einen Umschlingungswinkel zu bilden, der vorzugsweise zwischen
30 Grad und 180 Grad liegen sollte. Das Spannrad 30 befindet
sich im Allgemeinen an der Hinterseite des Fahrzeugs, und es ermöglicht es, die
erforderliche Zugkraft in der Gleiskette 100 aufrechtzuerhalten,
um zu gewährleisten,
dass die Traktionsnasen 330 in einer angemessenen Fassungsbeziehung
zu den Hohlräumen 23 im Kettenrad 20 verbleiben.
-
Das
Spannrad sollte so konzipiert sein, dass es die Abnutzung und den
Abrieb der Gleiskette verringert. Daher sollte zumindest sein äußerer Teil
aus einem relativ weichen Material wie Kautschuk bestehen. Damit
das Spannrad die Gleiskette 100 nicht beschädigt, ist
es erforderlich, dass die Gleiskette mit Verstärkungsmitteln wie Kabeln, Fasern
oder Gewebe versehen ist.
-
Um
die Beständigkeit
des Fahrzeugs gegen ein Abspringen der Gleiskette zu erhöhen, ist
es erforderlich, dass der in der 9 dargestellte
Zwischenraum 47 größer als
der in derselben Figur dargestellte Zwischenraum 45 ist.
-
Während hier
eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung beschrieben wurde, ist es für den Fachmann ersichtlich,
dass Variationen und Modifizierungen möglich sind, ohne vom Grundgedanken der
durch den beigefügten
Anspruch definierten Erfindung abzuweichen.