DE202006020978U1

DE202006020978U1 - PVD hard coating of chain link parts

Info

Publication number: DE202006020978U1
Application number: DE200620020978
Authority: DE
Original assignee: Joh Winklhofer and Soehne GmbH and Co KG
Current assignee: Joh Winklhofer Beteiligungs GmbH and Co KG
Priority date: 2006-11-09
Filing date: 2006-11-09
Publication date: 2011-05-19
Anticipated expiration: 2016-11-10

Abstract

Gelenkkette aus einander abwechselnden Kettengliedern, die in einem Kettengelenk miteinander verbunden sind, das Kettengelenk umfasst eine Gelenkhülse und einen Gelenkbolzen, der schwenkbar in der Gelenkhülse gelagert ist, wobei die Lagerfläche des Gelenkbolzens und/oder der Gelenkhülse mit einer PVD-Hartstoffschicht versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die PVD-Hartstoffschicht als Schicht auf Basis von Chromnitrid (CrN-Basis) ausgebildet ist und der mit einer PVD-Hartstoffschicht versehene Gelenkbolzen und/oder die mit einer PVD-Hartstoffschicht versehene Gelenkhülse aus einem Basismaterial aus hochkohlenstoffhaltigen Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen 0,4 Gew.-% und 1,2 Gew.-% besteht, das die PVD-Hartstoffschicht trägt.Articulated chain of alternating chain links that are connected to each other in a chain link, the chain link comprises a link sleeve and a link pin which is pivotally mounted in the link sleeve, the bearing surface of the link pin and / or the link sleeve being provided with a PVD hard material layer, thereby characterized in that the PVD hard material layer is designed as a layer based on chromium nitride (CrN base) and the joint pin provided with a PVD hard material layer and / or the joint sleeve provided with a PVD hard material layer made of a base material made of high-carbon steel with a carbon content between 0.4 wt .-% and 1.2 wt .-%, which carries the PVD hard material layer.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gelenkkette aus einander abwechselnden Kettengliedern, die in einem Kettengelenk miteinander verbunden sind, das Kettengelenk umfasst eine Gelenkhülse und einen Gelenkbolzen, der schwenkbar in der Gelenkhülse gelagert ist, wobei die Gelenkfläche des Gelenkbolzens und/oder der Gelenkhülse mit einer PVD-Hartstoffschicht versehen ist.The present invention relates to an articulated chain of alternating chain links, which are interconnected in a chain link, the chain link comprises a joint sleeve and a hinge pin which is pivotally mounted in the joint sleeve, wherein the articular surface of the hinge pin and / or the joint sleeve with a PVD Hard material layer is provided.

Gelenkketten mit jeweils über ein Kettengelenk miteinander verbundenen Kettengliedern sind in vielfältiger Form im Stand der Technik im Einsatz. Im überwiegenden Umfang handelt es sich dabei um Laschenketten, bei denen jeweils ein Innenkettenglied aus zwei parallelen mittels zwei Gelenkhülsen verbundenen Innenlaschen mit einem aus zwei mittels zwei Gelenkbolzen miteinander verbundenen Außenlaschen bestehenden Außenkettenglied einander abwechselt. Eine Gelenkhülse eines Innenkettenglieds und ein Gelenkbolzen eines angrenzenden Außenkettenglieds bilden dabei jeweils ein Kettengelenk. Im Einsatz als Antriebs- oder Förderketten wird insbesondere der Bereich der Kettengelenke stark beansprucht, so dass hier ein starker Bedarf bezüglich einer verschleißbeständigen Lagerfläche besteht. Neben dem Einsatz als Antriebs- oder Förderketten werden Gelenkketten wieder in zunehmenden Maße in der Automobilindustrie zur Steuerung des Verbrennungsmotors eingesetzt. In diesem Einsatzgebiet sind die Anforderungen an die Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit besonders hoch, da eine regelmäßige Wartung und die damit verbundene Schmierung der Kette nicht bzw. nur in langen Zeitabständen vorausgesetzt werden kann, aber bei einer möglichst kleinen Dimensionierung der Kette gleichzeitig die Belastungen verhältnismäßig hoch und das Belastungsprofil stark schwankend ist.Link chains, each with a chain link interconnected chain links are in various forms in the art in use. To a large extent, these are link chains, in each of which an inner chain link of two parallel inner links connected by two joint sleeves with one another consists of two outer links connected by two hinge pins outer links alternated. A joint sleeve of an inner chain link and a hinge pin of an adjacent outer chain link each form a chain joint. In use as a drive or conveyor chains, in particular the area of the chain links is heavily stressed, so that there is a strong demand for a wear-resistant bearing surface. In addition to the use as a drive or conveyor chains, articulated chains are increasingly used in the automotive industry to control the internal combustion engine. In this application, the requirements for wear and corrosion resistance are particularly high, as a regular maintenance and the associated lubrication of the chain can not or only at long intervals can be assumed, but at the smallest possible dimensioning of the chain at the same time the loads relatively high and the load profile is highly variable.

Um die notwendige Verschleißbeständigkeit zu erreichen und eine verschleißbedingte Längung zu vermeiden, werden die Gelenkbolzen und/oder Gelenkhülsen herkömmlicher Gelenkketten einer Wärmebehandlung unterzogen, z. B. vergüten, karborieren, karbonitrieren, etc., oder einer Karbidschicht versehen. Trotz einer Wärmebehandlung der Gelenkbauteile und/oder der Ausbildung einer Karbidschicht auf den Gelenkflächen treten insbesondere beim Einsatz als Steuerketten in einem Verbrennungsmotor Verschleißprobleme und eine verschleißbedingte Längung auf, die die Zuverlässigkeit des Motors verringern.In order to achieve the necessary wear resistance and to avoid wear-related elongation, the hinge pins and / or joint sleeves of conventional link chains are subjected to a heat treatment, for. As reward, carburizing, carbonitriding, etc., or provided a carbide layer. Despite a heat treatment of the joint components and / or the formation of a carbide layer on the joint surfaces, wear problems and wear-related elongation occur, in particular when used as timing chains in an internal combustion engine, which reduce the reliability of the engine.

Eine gattungsgemäße Gelenkkette ist aus der DE 103 26 710 A1 bekannt. Bei dieser Rollenkette wird der Gelenkbolzen aus einem legierten Stahl zunächst einem Karborierungshärten unterworfen, bevor mittels Pulverbeschichtung eine Vanadium-Karbidschicht auf der Oberfläche des Bolzens abgelagert wird. Alternativ kann die Vanadium-Karbidschicht auch durch ein chemisches oder physikalisches Abscheideverfahren aufgetragen werden. Zwar ermöglicht ein derart behandelter Gelenkbolzen eine Verbesserung der Verschleißfestigkeit der Gelenkkette, jedoch müssen mehrere zeitaufwändige Verfahrensschritte hintereinander geschaltet werden, wobei die benötigten hohen Temperaturen und Beschichtungszeiten zu einem Anlassen des Grundwerkstoffs führen. Durch den kostenintensiven Beschichtungsaufbau und die Rückwirkungen des Prozesses auf die Eigenschaften des Ausgangsmaterials sind diese Rollenketten nur in einem beschränkten Einsatzbereich nutzbar.A generic articulated chain is from the DE 103 26 710 A1 known. In this roller chain, the alloyed steel hinge pin is first subjected to carburization before a vanadium carbide layer is deposited on the surface of the bolt by powder coating. Alternatively, the vanadium carbide layer may also be applied by a chemical or physical deposition process. Although such a treated hinge pin allows an improvement in the wear resistance of the joint chain, but several time-consuming process steps must be connected in series, the required high temperatures and coating times lead to a tempering of the base material. Due to the cost-intensive coating structure and the effects of the process on the properties of the starting material, these roller chains can only be used in a limited field of application.

Mit der fortschreitenden technischen Entwicklung steigen insgesamt auch die Anforderungen an die Verschleißbeständigkeit von Gelenkketten. Insbesondere im Automobilbereich führen die fortschreitende Innovation und der Konkurrenzdruck zu einem ständigen Verbesserungsbedarf und damit zu einer notwendigen Anpassung der Verschleißfestigkeit. Auch besteht insbesondere im Hinblick auf die im Bereich der Automobilindustrie üblichen hohen Stückzahlen die Notwendigkeit aufwändige Lösungen zur Verschleißproblematik durch kostengünstige Konzepte zu ersetzen.With the advancing technical development, the demands on the wear resistance of joint chains are increasing overall. Especially in the automotive sector, the ongoing innovation and the competitive pressure lead to a constant need for improvement and thus to a necessary adjustment of the wear resistance. Also, in particular with regard to the usual in the field of the automotive industry high volumes, the need to replace costly solutions to wear problems by cost-effective concepts.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Gelenkkette mit guten Verschleißeigenschaften bei möglichst geringen Herstellkosten bereitzustellen.The present invention is therefore based on the object to provide a joint chain with good wear properties at the lowest possible manufacturing costs.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Gelenkkette dadurch gelöst, dass der mit einer PVD-Hartstoffschicht versehene Gelenkbolzen und/oder die mit einer PVD-Hartstoffschicht versehene Gelenkhülse aus einem Basismaterial aus hochkohlenstoffhaltigen Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen 0,4 Gew.-% und 1,2 Gew.-% besteht, das die PVD-Hartstoffschicht trägt.In a generic articulated chain, this object is achieved in that the hinge pin provided with a PVD hard material layer and / or the joint sleeve provided with a PVD hard material layer comprises a base material of high-carbon steel with a carbon content of between 0.4% by weight and 1, 2 wt .-%, which carries the PVD hard material layer.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird erstmals eine Gelenkkette bereitgestellt, bei der eine in einem PVD-Verfahren aufgebrachte Hartstoffschicht direkt auf den Kern des Gelenkbolzens bzw. die unvergütete Oberfläche des Bolzens und/oder der Gelenkhülse aus hochkohlenstoffhaltigen Stahl aufgetragen wird. Da die PVD-Hartstoffschicht ohne ein vorheriges Vergüten oder Beschichten direkt auf das Basismaterial des Gelenkbolzens bzw. der Gelenkhülse aufgetragen wird, ist die Herstellung der erfindungsgemäßen Gelenkkette mit vergleichbar verschleißbeständigen Ketten kostengünstiger bei einer gleichzeitig verbesserten Verschleißbeständigkeit. Hochkohlenstoffhaltige Stähle mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen 0,4 Gew.-% und 1,2 Gew.-% weisen eine gute Anlassbeständigkeit auf, so dass trotz Beschichtungstemperaturen von 350° bis 450°C und einer Beschichtungsdauer von bis zu 4 Stunden für das Auftragen der Hartstoffschicht in einem PVD-Verfahren der Gelenkbolzen oder die Gelenkhülse weiterhin eine relativ hohe Kernhärte aufweisen, weshalb vor der PVD-Beschichtung keine zusätzliche Oberflächenhärtung des Bolzens/Gelenkhülse notwendig ist. Neben dem hohen Kohlenstoffgehalt kann der als Basismaterial eingesetzte Stahl weitere Legierungselemente enthalten, insbesondere Karbidbildner, wie beispielsweise Chrom, Vanadium oder Molybden, wobei das Hinzufügen von Karbidbildnern die Anlassbeständigkeit des Stahls nochmals erhöht.With the solution according to the invention, a joint chain is provided for the first time, in which a layer of hard material applied in a PVD process is applied directly to the core of the hinge pin or to the unglued surface of the bolt and / or the joint sleeve made of high-carbon steel. Since the PVD hard material layer is applied directly to the base material of the hinge pin or the joint sleeve without prior quenching or coating, the production of the hinge chain according to the invention with comparable wear-resistant chains is more cost-effective with simultaneously improved wear resistance. High carbon steels having a carbon content between 0.4% by weight and 1.2% by weight have a good tempering resistance, so that, despite coating temperatures of 350 ° to 450 ° C. and a coating time of up to 4 Hours for the application of the hard material layer in a PVD method of the hinge pin or the joint sleeve continue to have a relatively high core hardness, which is why no additional surface hardening of the bolt / joint sleeve is necessary before the PVD coating. In addition to the high carbon content, the steel used as the base material may contain other alloying elements, especially carbide formers such as chromium, vanadium or molybdenum, with the addition of carbide formers further increasing the tempering resistance of the steel.

Durch die PVD-Beschichtung (Physical Vapur Deposition) wird eine harte, dünne metallische oder keramische Schicht auf dem Gelenkbolzen und/oder der Gelenkhülse aus hochkohlenstoffhaltigem Stahl abgeschieden, die eine große Abriebs- und Verschleißfestigkeit, eine große Härte und Temperaturbeständigkeit, eine geringe Reibung sowie gute chemische Eigenschaften und eine geringe Haftneigung aufweist. Neben der Verbesserung der Verschleißbeständigkeit erhöht die PVD-Hartstoffschicht auch die Korrosionsbeständigkeit, was insbesondere beim Einsatz in einem Verbrennungsmotor gegenüber den korrosiven Bestandteilen des Motoröls von Vorteil ist.PVD (Physical Vapor Deposition) coating deposits a hard, thin metallic or ceramic layer on the hinge pin and / or the high carbon steel sleeve, which has high abrasion and wear resistance, high hardness and temperature resistance, low friction, and low carbon content good chemical properties and low adhesion tendency. In addition to improving the wear resistance, the PVD hard material layer also increases the corrosion resistance, which is particularly advantageous when used in an internal combustion engine over the corrosive constituents of the engine oil.

Dabei können kohlenstoffhaltige Stähle mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen 0,5 Gew.-% und 1,0 Gew.-%, beispielsweise ein 100 Cr6-, 59 CrV4-, oder C60-Stahl, besonders gut als Basiswerkstoff für den Gelenkbolzen und/oder die Gelenkhülse geeignet sein, da diese Stähle eine ausreichende Festigkeit und Anlassbeständigkeit aufweisen, um für eine Beschichtung mit einer PVD-Hartstoffschicht besonders geeignet zu sein, und gleichzeitig nicht zu spröde sind, um in einem Kettengelenk eingesetzt zu werden.In this case, carbon-containing steels having a carbon content between 0.5 wt .-% and 1.0 wt .-%, for example, a 100 Cr6, 59 CrV4, or C60 steel, particularly well as a base material for the hinge pin and / or the Joint sleeve be suitable because these steels have sufficient strength and tempering resistance to be particularly suitable for a coating with a PVD hard material layer, and at the same time are not too brittle to be used in a chain link.

Die PVD-Hartstoffschicht des Gelenkbolzens und/oder der Gelenkhülse kann sowohl aus metallischen Hartstoffen als auch aus nichtmetallischen Hartstoffen bestehen. Als metallische Hartstoffe kommen alle Karbide, Nitride, Karbonitride, Boride und Silzide der Übergangsmetalle, z. B. Titan, Chrom, Wolfram, Zirkonium, etc., in Frage. Dabei lagern sich die relativ kleinen Atome des Kohlenstoffs, Stickstoffs oder Bors auf den Zwischengitterplätzen des Metalls ab, so dass trotz der dichten Atompackung die typisch metallischen Eigenschaften bestehen bleiben. Als nichtmetallische Hartstoffe kommen beispielsweise Diamant und DLC (Diamond Like Carbon) sowie Korund, Borkabid, kubisches Bornitrid, Siliziumcarbid oder Aluminiumnitrid in Frage.The PVD hard material layer of the hinge pin and / or the joint sleeve can consist of both metallic hard materials and non-metallic hard materials. As metallic hard materials are all carbides, nitrides, carbonitrides, borides and silicides of the transition metals, eg. As titanium, chromium, tungsten, zirconium, etc., in question. Here, the relatively small atoms of carbon, nitrogen or boron deposit on the interstitial sites of the metal, so that despite the dense atomic packing, the typical metallic properties remain. Nonmetallic hard materials include, for example, diamond and DLC (Diamond Like Carbon) as well as corundum, boron carbide, cubic boron nitride, silicon carbide or aluminum nitride.

Für die direkte Beschichtung der Oberflächen von Gelenkbolzen und/oder Gelenkhülse aus hochkohlenstoffhaltigem Stahl haben sich im Besonderen metallische Nitridbildner als positiv herausgestellt, insbesondere Chromnitrid (CrN). Daher ist es von Vorteil wenn die PVD-Hartstoffschicht als Schicht auf Basis von Chromnitrid, wobei die stöchiometrische Zusammensetzung variabel ausgebildet sein kann. Chrom sorgt für einen fließenden Übergang vom Stahl über eine dünne Haftvermittlerschicht zur eigentlichen verschleißschützenden Oberflächenschicht der PVD-Hartstoffschicht, wodurch die notwendige Schichtdicke gering und damit auch die Beschichtungszeiten kurz gehalten werden können. Gegenüber anderen metallischen und nichtmetallischen Hartstoffen ist Chromnitrid bei unterschiedlichen Lieferanten gut verfügbar und daher relativ preiswert zu beschaffen. Außerdem lässt sich Chromnitrid verhältnismäßig einfach in einer PVD-Beschichtungsanlage verarbeiten und erzeugt bei einer guten Haftung auf dem Substrat eine dünne PVD-Hartstoffschicht mit hoher Verschleißbeständigkeit. Dabei wird das Chromnitrid bei Prozesstemperaturen zwischen 380° und 420°C auf die Oberfläche der Gelenkbolzen und/oder Gelenkhülsen aufgetragen.For the direct coating of the surfaces of hinge pin and / or joint sleeve made of high-carbon steel, in particular metallic nitride formers have been found to be positive, in particular chromium nitride (CrN). Therefore, it is advantageous if the PVD hard material layer as a layer based on chromium nitride, wherein the stoichiometric composition can be made variable. Chromium ensures a smooth transition from steel via a thin bonding agent layer to the actual wear-protecting surface layer of the PVD hard-material layer, which means that the required layer thickness is low and therefore the coating times can be kept short. Compared to other metallic and non-metallic hard materials, chromium nitride is readily available from various suppliers and therefore relatively inexpensive to procure. In addition, chromium nitride is relatively easy to process in a PVD coating machine and, with good adhesion to the substrate, produces a thin PVD hardcoat layer with high wear resistance. The chromium nitride is applied at process temperatures between 380 ° and 420 ° C on the surface of the hinge pin and / or joint sleeves.

Gegenüber herkömmlichen Verschleißschutzschichten ist es bei der Verwendung einer PVD-Hartstoffschicht in einer erfindungsgemäßen Gelenkkette ausreichend, wenn die PVD-Hartstoffschicht auf der Gelenkfläche des Gelenkbolzens und/oder der Gelenkhülse eine Schichtdicke zwischen 1 und 10 μm, insbesondere zwischen 1 und 5 μm, bevorzugt zwischen 2 und 4 μm, aufweist. Trotz dieser geringen Schichtdicke ermöglichen diese PVD-Hartstoffschichten auf der Gelenkfläche des Gelenkbolzens und/oder der Gelenkhülse einen guten korrosiven Schutz und eine gute Verschleißbeständigkeit. Dabei ist es ausreichend, wenn anstelle der Gelenkfläche des Gelenkbolzens bzw. Gelenkhülse, d. h. der Zylinderfläche des Gelenkbolzens oder der Innenzylinderfläche der Gelenkhülse, nur der Bereich der Lagerfläche, d. h. der Kontaktbereich zwischen dem Gelenkbolzen und der Gelenkhülse mit der PVD-Hartstoffschicht versehen ist. Die Hafteigenschaften, insbesondere metallischer PVD-Hartstoffbeschichtungen erlauben es nur den tatsächlich benötigten Bereich zu beschichten, ohne das Risiko eines Abplatzens der PVD-Hartstoffschicht im Übergangsbereich zwischen unbeschichteter und beschichteter Oberfläche. Dadurch wird es möglich, dass der Fügebereich der Gelenkbolzen zu den Kettenlaschen beschichtungsfrei ausgeführt ist, wodurch die Restschmutzproblematik bei der Herstellung der Gelenkketten reduziert werden kann.Compared to conventional wear protection layers, it is sufficient when using a PVD hard material layer in a joint chain according to the invention if the PVD hard material layer on the articular surface of the hinge pin and / or the joint sleeve a layer thickness between 1 and 10 .mu.m, in particular between 1 and 5 .mu.m, preferably between 2 and 4 microns, has. Despite this small layer thickness, these PVD hard coatings on the joint surface of the hinge pin and / or the joint sleeve enable good corrosive protection and good wear resistance. It is sufficient if, instead of the articular surface of the hinge pin or joint sleeve, d. H. the cylindrical surface of the hinge pin or the inner cylinder surface of the joint sleeve, only the area of the bearing surface, d. H. the contact area between the hinge pin and the joint sleeve is provided with the PVD hard material layer. The adhesive properties, in particular of metallic PVD hard coatings, allow only the area actually required to be coated without the risk of the PVD hard-material layer flaking off in the transition region between the uncoated and coated surface. This makes it possible that the joint area of the hinge pin is designed without coatings to the link plates, whereby the residual soil problem in the production of the joint chains can be reduced.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die PVD-Hartstoffschicht in einem kontinuierlichen PVD-Verfahren auf der Lagerfläche des Gelenkbolzens und/oder der Gelenkhülse aufgetragen ist. Kontinuierliche Beschichtungsverfahren haben gegenüber Batch-Verfahren generell den Vorteil eines höheren Durchsatzes und einer besseren Ausnutzung von Ressourcen. Bei der Beschichtung von Kettengelenk-Bauteilen ergibt sich als zusätzlicher Vorteil, dass die Bauteile nur während der Dauer des Beschichtungsprozesses selbst den hohen Prozesstemperaturen unterliegen, so dass das Basismaterial der Gelenkbolzen und/oder Gelenkhülsen nicht unnötig angelassen wird.An advantageous embodiment provides that the PVD hard material layer is applied in a continuous PVD method on the bearing surface of the hinge pin and / or the joint sleeve. Continuous coating processes generally have the advantage of higher throughput and resource utilization over batch processes. In the coating of chain-joint components results as additional Advantage that the components themselves are subject to the high process temperatures only during the duration of the coating process, so that the base material of the hinge pin and / or joint sleeves is not unnecessarily tempered.

Eine Variante sieht vor, dass die PVD-Hartstoffschicht mehrlagig ausgebildet ist, um die PVD-Hartstoffschicht extremen Belastungen oder besonderen Prozessbedingungen anzupassen.One variant provides that the PVD hard material layer is formed in multiple layers in order to adapt the PVD hard material layer to extreme loads or special process conditions.

Als PVD-Beschichtungsverfahren bieten sich insbesondere übliche Sputterverfahren oder eine Lichtbogen-Verdampfung (Arc-Verfahren) an. Beim Arc-Verfahren wird im Vakuum ein Targetmaterial (z. B. Chrom) durch einen Lichtbogenspot direkt in die Gasphase sublimiert und durch einen starken Elektronenfluss zur Wand der Vakuumkammer auf das Substrat gerichtet, auf dem sich dann die verdampften Metallionen ablagern. Mit dem Arc-Verfahren können große Abscheideraten bei einer guten Schichthaftung erreicht werden. Demgegenüber wird beim Sputtern von einer Kathode ein selbststabilisierendes Plasma erzeugt, das Metallatome und Metallelektronen enthält, die sich auf dem Substrat anlagern. Gegenüber dem Arc-Verfahren ist beim Sputtern jedoch sowohl der Ionisierungsgrad des Beschichtungsmaterials geringer als auch der Beschichtungsraum und die Beschichtungsrate kleiner. Moderne Sputterverfahren können jedoch einen Teil dieser Nachteile kompensieren. Beispielsweise ermöglicht das HPPMS-Verfahren (High Power Pulse Magnetron Sputtern) mit Hilfe von kurzen Pulsen eine extrem starke Ionisierung von Schichtmetallatomen, wodurch eine stärkere Implantationswirkung der Hartstoffschicht im Substrat und eine bessere Schichthaftung erreicht wird.In particular, conventional sputtering methods or arc evaporation (arc method) are suitable as PVD coating methods. In the Arc process, a target material (eg chromium) is sublimated in a vacuum directly into the gas phase through an arc spot and directed by a strong flow of electrons to the wall of the vacuum chamber on the substrate, on which the vaporized metal ions then deposit. With the Arc process, large deposition rates can be achieved with good layer adhesion. In contrast, when sputtering from a cathode, a self-stabilizing plasma is generated containing metal atoms and metal electrons that attach to the substrate. In sputtering, however, both the degree of ionization of the coating material and the coating space and the coating rate are smaller compared to the arc process. However, modern sputtering techniques can compensate for some of these disadvantages. By way of example, the HPPMS method (high power pulse magnetron sputtering) uses short pulses to allow extremely strong ionization of layered metal atoms, which results in a stronger implantation effect of the hard material layer in the substrate and better layer adhesion.

Bevorzugt weist der mit einer PVD-Hartstoffschicht versehene Gelenkbolzen und/oder die mit einer PVD-Hartstoffschicht versehene Gelenkhülse eine Kernhärte von 400 bis 700 HV10, insbesondere eine Kernhärte von 500 bis 600 HV10 auf. Eine ausreichende Kernhärte des Basismaterials verhindert ein Ablösen der PVD-Hartstoffschicht.The hinge pin provided with a PVD hard material layer and / or the joint sleeve provided with a PVD hard material layer preferably has a core hardness of 400 to 700 HV10, in particular a core hardness of 500 to 600 HV10. A sufficient core hardness of the base material prevents detachment of the PVD hard material layer.

Günstigerweise kann die PVD-Hartstoffschicht eine Härte von 1.500 bis 2.500 HV10, insbesondere eine Härte von 1.800 bis 2.300 HV10 aufweisen. Mit einer derart hohen Oberflächenhärte kann neben weiteren Vorteilen auch die Verschleißbeständigkeit gegenüber herkömmlichen verschleißbeständigen Gelenkbolzen erhöht werden.Conveniently, the PVD hard material layer may have a hardness of 1,500 to 2,500 HV10, in particular a hardness of 1,800 to 2,300 HV10. With such a high surface hardness and wear resistance over conventional wear-resistant hinge pin can be increased in addition to other advantages.

Die erfindungsgemäße Gelenkkette ermöglicht mit einer sehr dünnen in einem PVD-Verfahren aufgebrachten PVD-Hartstoffschicht ohne ein Vergüten oder anderweitiges Beschichten des Basismaterials eine verschließarme, kostengünstige Gelenkkette, die in vielen Bereichen einsetzbar ist Daher kann die erfindungsgemäße Gelenkkette sowohl als Hülsenkette, aber auch als Rollenkette, Zahnkette oder Flyerkette ausgebildet sein. Dabei bewirkt die insbesondere aus Chromnitrid bestehende PVD-Hartstoffbeschichtung des Gelenkbolzens und/oder der Gelenkhülse dank ihrer großen Härte, Zähigkeit, Elastizität und Korrosionsbeständigkeit gegenüber anderen bekannten Verschleißbeschichtungen sogar einen gesteigerten Verschleißschutz, der sich überraschenderweise aus der richtigen Kombination einer PVD-Hartstoffschicht mit anlassbeständigen, hochkohlenstoffhaltigen Stählen ergibt.The joint chain according to the invention makes it possible, with a very thin PVD hard material layer applied in a PVD process without annealing or otherwise coating the base material, to use a low-closure, low-cost articulated chain which can be used in many areas. Therefore, the joint chain according to the invention can be used both as a sleeve chain and as a roller chain , Tooth chain or leaf chain be formed. Due to their high hardness, toughness, elasticity and corrosion resistance compared to other known wear coatings, the PVD hard material coating of the hinge pin and / or the joint sleeve, which consists in particular of chromium nitride, even results in increased wear protection, which surprisingly results from the correct combination of a PVD hard coating with tempering resistance, high-carbon steels results.

Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:In the following, embodiments of the present invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Show it:

1 eine Draufsicht mit einem bereichsweisen Schnitt einer erfindungsgemäßen Gelenkkette, und 1 a plan view with a sectional section of a hinge chain according to the invention, and

2 eine Draufsicht mit einem bereichsweisen Schnitt einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gelenkkette. 2 a plan view with a sectional section of another embodiment of the joint chain according to the invention.

Die in 1 dargestellte erfindungsgemäße Gelenkkette 1 ist als Hülsenkette ausgeführt, mit jeweils über ein Kettengelenk 2 verbundenen Innenkettengliedern und Außenkettengliedern. Das Innenkettenglied besteht hierbei aus jeweils zwei parallel verlaufenden Innenlaschen 8 und zwei die Innenlaschen 8 miteinander verbindenden Gelenkhülsen 5, wobei die Gelenkhülsen 5 senkrecht zu den Innenlaschen 8 stehen und die Gelenkhülsen 5 fest mit den Innenlaschen 8 verbunden sind, insbesondere durch Pressen oder Kleben.In the 1 illustrated hinge chain according to the invention 1 is designed as a sleeve chain, each with a chain joint 2 connected inside chain links and outside chain links. The inner chain link in this case consists of two parallel inner links 8th and two the inner straps 8th interconnecting joint sleeves 5 , wherein the joint sleeves 5 perpendicular to the inner plates 8th stand and the joint sleeves 5 firmly with the inner straps 8th are connected, in particular by pressing or gluing.

Die Außenkettenglieder bestehen aus zwei parallel verlaufenden Außenlaschen 9, die mit zwei Gelenkbolzen 3 miteinander verbunden sind, wobei die Gelenkbolzen 3 drehbar in den Gelenkhülsen 5 der Innenkettenglieder gelagert sind. Das Außenkettenglied ist durch den Gelenkbolzen 3 drehbar an einem angrenzenden Innenkettenglied befestigt und verbindet durch die Außenlaschen 9 das Innenkettenglied mit einem zweiten Innenkettenglied, wobei die Außenlaschen 9 parallel zu den Innenlaschen 8 verlaufen. Die Gelenkbolzen 3 des Außenkettenglieds sind in den Gelenkhülsen 5 des Innenkettenglieds drehbar gelagert, wodurch die Verbindung jeweils ein Kettengelenk 2 der Gelenkkette 1 bilden. Die Achsen der ineinander verlaufenden Gelenkbolzen 3 und der Gelenkhülsen 5 fluchten zueinander.The outer chain links consist of two parallel outer plates 9 that with two hinge pins 3 connected to each other, the hinge pins 3 rotatable in the joint sleeves 5 the inner chain links are mounted. The outer chain link is through the hinge pin 3 rotatably attached to an adjacent inner chain link and connects through the outer plates 9 the inner chain link having a second inner chain link, the outer links 9 parallel to the inner plates 8th run. The hinge pins 3 of the outer chain link are in the joint sleeves 5 the inner chain link rotatably mounted, whereby the connection in each case a chain joint 2 the articulated chain 1 form. The axes of the mutually extending hinge pins 3 and the joint sleeves 5 aligned with each other.

Die in 1 gezeigten Gelenkbolzen 3 der Gelenkkette 1 bestehen vollständig aus einem kohlenstoffhaltigen Stahl mit einem hohen Kohlenstoffanteil, z. B. 100 Cr6, 59 CrV4 oder C60, wobei die Gelenkfläche, d. h. die Zylinderoberfläche, des Gelenkbolzens 3 oder zumindest die Lagerfläche 4 des Gelenkbolzens 3 mit einer in einem PVD-Verfahren aufgetragenen CrN-Hartstoffschicht versehen ist. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Gelenkhülse 5 aus einem kohlenstoffhaltigen Material hergestellt sein und auf ihrer Gelenkfläche bzw. der Lagerfläche 6 mit einer PVD-Hartstoffschicht versehen sein.In the 1 shown hinge pin 3 the articulated chain 1 consist entirely of a carbon-containing steel with a high carbon content, z. B. 100 Cr6, 59 CrV4 or C60, wherein the joint surface, ie the cylinder surface, of the hinge pin 3 or at least the storage area 4 of hinge pin 3 is provided with a applied in a PVD process CrN-hard material layer. Alternatively or additionally, the joint sleeve 5 be made of a carbonaceous material and on its articular surface or the bearing surface 6 be provided with a PVD hard material layer.

Die mit einer PVD-Hartstoffschicht versehene Lagerfläche 4 des Gelenkbolzens 3 bzw. die Lagerfläche 6 der Gelenkhülse 5 erweist sich durch ihre große Härte bei einer gleichzeitig verhältnismäßig glatten Oberfläche als gut geeigneter Gleitpartner für die Lagerflächen herkömmlicher Gelenkhülsen bzw. Gelenkbolzen.The bearing surface provided with a PVD hard material layer 4 of the hinge pin 3 or the storage area 6 the joint sleeve 5 proves by their high hardness at the same time a relatively smooth surface as a well-suited sliding partner for the bearing surfaces of conventional joint sleeves or hinge pins.

Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform der Gelenkkette 1 als Hülsenkette berühren die Zahnflanken eines eingreifenden Kettenrads die feststehenden Gelenkhülsen 5 stets an der gleichen Stelle ihrer äußeren Oberfläche, weshalb auch hier ein hoher Verschleißwiderstand notwendig ist, der ebenfalls mittels einer PVD-Hartstoffschicht erreicht werden kann. Da die äußeren Oberflächen der Gelenkhülsen 5 direkt in die Zähne des Kettenrads eingreifen, weisen Hülsenketten jedoch auch einen vergleichsweise großen Durchmesser der Gelenkbolzen 3 auf. Der große Durchmesser eines Gelenkbolzens 3 bewirkt über eine große Gelenkfläche eine geringere Gelenkflächenpressung und damit einen geringeren Verschleiß im Kettengelenk. Daher werden Hülsenketten insbesondere im Automobilbereich mit hoch beanspruchten Nockenwellenantrieben sowie in schnell laufenden Dieselmotoren eingesetzt.At the in 1 shown embodiment of the joint chain 1 As sleeve chain, the tooth flanks of an engaging sprocket touch the fixed joint sleeves 5 always at the same point of its outer surface, which is why a high wear resistance is necessary here, which can also be achieved by means of a PVD hard material layer. Because the outer surfaces of the joint sleeves 5 However, sleeve chains also have a comparatively large diameter of the hinge pins 3 on. The large diameter of a hinge pin 3 causes over a large articular area a lower articular surface pressure and thus a lower wear in the chain joint. Therefore, sleeve chains are used in particular in the automotive sector with highly stressed camshaft drives and in high-speed diesel engines.

2 zeigt die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Gelenkkette 1 als Rollenkette. Im Folgenden werden daher nur die Wesentlichen Unterschiede der in 2 gezeigten Rollenkette gegenüber der Hülsenkette aus 1 beschrieben. Für identische und wirkungsgleiche Elemente werden gleiche Bezugsziffern verwendet und diesbezüglich auf die obige Beschreibung zu 1 verwiesen. Bei der Rollenkette besteht das Innenkettenglied ebenfalls aus zwei parallel verlaufenden Innenlaschen 8 und zwei die Innenlaschen 8 miteinander verbindenden Gelenkhülsen 5 sowie zusätzlich aus zwei zwischen den Innenlaschen 8 die Gelenkhülsen 5 umschließende Laufrollen 10. Neben den Gelenkbolzen 3 sind auch die Laufrollen 10 senkrecht zu den Innenlaschen 8 angeordnet. Die Achsen der ineinander verlaufenden Laufrollen 10, Gelenkhülsen 5 und Gelenkbolzen 3 fluchten zu einander. 2 shows the embodiment of the hinge chain according to the invention 1 as a roller chain. The following are therefore only the main differences in 2 shown roller chain opposite the sleeve chain 1 described. For identical and equivalent elements, like reference numerals are used and in this regard to the above description 1 directed. In the roller chain, the inner chain link also consists of two parallel inner plates 8th and two the inner straps 8th interconnecting joint sleeves 5 and additionally two between the inner plates 8th the joint sleeves 5 enclosing rollers 10 , Next to the hinge pins 3 are also the rollers 10 perpendicular to the inner plates 8th arranged. The axes of the running rollers 10 , Joint sleeves 5 and hinge pins 3 are aligned with each other.

Die sich über die Gelenkhülsen 5 drehenden Laufrollen 10 einer Rollenkette rollen mit wenig Reibung an den Zahnflanken des mit der Rollenkette in Eingriff stehenden Kettenrades ab, so dass immer wieder eine andere Stelle des Umfangs der Laufrollen 10 zum Tragen kommen. Üblicherweise ist zwischen den Laufrollen 10 und den Gelenkhülsen 5 ein Schmierstofffilm vorgesehen, der gleichzeitig zur Geräusch-Stoßdämpfung beiträgt. Die Kettengelenke 2 der Rollenkette weisen durch den im Vergleich zur Hülsenkette geringeren Durchmesser der Gelenkbolzen 3 eine kleinere Gelenkfläche und damit eine größere Gelenkflächenpressung auf. Diese erhöhte Belastung des Kettengelenks 2 erfordert eine besondere Beachtung der Verschleißeigenschaften entsprechend eine erfindungsgemäße Ausgestaltung des Gelenkbolzens 3 und/oder der Gelenkhülse 5 aus einem hochkohlenstoffhaltigen Stahl mit einer PVD-Hartstoffschicht.The over the joint sleeves 5 rotating rollers 10 a roller chain roll with little friction on the tooth flanks of the sprocket mesh with the roller chain, so that again and again a different location of the circumference of the rollers 10 come to fruition. Usually between the rollers 10 and the joint sleeves 5 a lubricant film provided, which also contributes to the noise-damping effect. The chain joints 2 the roller chain have by comparison with the sleeve chain smaller diameter of the hinge pin 3 a smaller articular surface and thus a greater articular surface pressure. This increased load on the chain link 2 requires special attention to the wear characteristics according to an embodiment of the hinge pin according to the invention 3 and / or the joint sleeve 5 made of a high-carbon steel with a PVD hard coating.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10326710 A1 [0004]

Claims

Joint chain of alternating chain links, which are interconnected in a chain link, the chain link comprises a joint sleeve and a hinge pin which is pivotally mounted in the joint sleeve, wherein the bearing surface of the hinge pin and / or the joint sleeve is provided with a PVD hard material layer, characterized in that the PVD hard material layer is designed as a layer based on chromium nitride (CrN base) and the hinge pin provided with a PVD hard material layer and / or the joint sleeve provided with a PVD hard material layer consists of a base material made of high-carbon steel with a carbon content between 0.4 wt .-% and 1.2 wt .-%, which carries the PVD hard material layer.

Articulated chain according to claim 1, characterized in that the carbon content of the steel is between 0.5% and 1.0% by weight.

Articulated chain according to one of claims 1 or 2, characterized in that the high-carbon steel is a 100 Cr6, 59 CrV4 or C60 steel.

Articulated chain according to one of claims 1 to 3, characterized in that the PVD hard material layer in the entire region of the bearing surface of the hinge pin and / or the joint sleeve has a layer thickness between 1 and 10 .mu.m, preferably between 1 and 5 .mu.m.

Articulated chain according to one of claims 1 to 4, characterized in that the PVD hard material layer is applied in a continuous PVD process on the bearing surface of the hinge pin and / or the joint sleeve.

Articulated chain according to one of claims 1 to 5, characterized in that the PVD hard material layer is formed in multiple layers.

Articulated chain according to one of claims 1 to 6, characterized in that the PVD hard material layer has a hardness of 1,500 to 2,500 HV10, in particular a hardness of 1,800 to 2,300 HV10.

Articulated chain according to one of claims 1 to 7, characterized in that provided with a PVD hard material layer hinge pin and / or provided with a PVD hard material joint sleeve has a core hardness of 400 to 700 HV10, in particular a core hardness of 500 to 600 HV10.