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PROCEDE DE TRAITEMENT DE METAUX, EN PARTICULIER D'ACIERS ET
APPLICATION À LA REALISATION DE CHAÎNES DE TRANSMISSION objet de l'invention
La présente invention concerne un procédé perfec- tionné de traitement de métaux, en particulier de l'acier, en vue d'en améliorer les caractéristiques de friction.
Une application particulière de ce procédé de trai- tement est celle de la réduction des pertes existant par frot- tement dans le fonctionnement de transmissions par chaîne, par exemple pour les chaînes de vélo.
Résumé de l'état de la technique
On a eu recours à de nombreuses techniques de lubri- fication, permanentes ou non, pour réduire les frottements et par conséquent les pertes d'énergie dans des pièces mobiles en contact.
A titre d'illustration, on peut indiquer que les chaînes existant sur le marché présentent les traitements de surface suivants: a) acier noir graissé, b) acier des plaques de localisation et de liaison noircies par des procédés du type black oxyde, c) acier desdites plaques zingué et bichromaté, d) acier desdites plaques cadmié et bichromaté.
Pour divers secteurs d'application autres, il a été proposé également de traiter les surfaces à l'aide de compo- sés contenant du bisulfure de molybdène (MoS2).
Une technique également utilisée consiste à réaliser
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une phosphatation qui consiste en un traitement à l'aide d'acide phosphorique comportant habituellement divers additifs (sels de manganèse et/ou de zinc généralement). On parle dans ce cas d'une phosphatation-manganèse.
Les cristaux de phosphates de fer et des autres élé- ments ajoutés en proportions mineures qui sont ainsi formés sont poreux et absorbent ou adsorbent l'huile.
Généralement, les épaisseurs de la couche de phospha- tation sont de l'ordre de 0,05 à 0,1 mm.
La demanderesse s'est aperçue que la transposition des techniques classiques de phosphatation aux transmissions à chaîne n'était pas possible par suite des très faibles tolé- rances admises. L'épaisseur de la couche de phosphatation aurait l'effet contraire à celui souhaité. ,
Les outillages existant pour la production de chai- nes de transmission pourraient théoriquement être modifiés pour tenir compte d'une surépaisseur résultant de la phospha- tation, mais cette opération n'est pas économique. De plus, une certaine usure se produit par suite de la rupture des cristaux qui provoquerait à la longue un jeu préjudiciable de la transmission.
Problèmes à la base de l'invention
La présente invention vise à fournir un procédé de traitement de métaux qui permette de réduire le frottement des surfaces métalliques en contact et en mouvement, en parti- culier dans le cas d'application à des maillons de chaîne de transmission de force, qui ne nécessite pas de modification des outillages de production de ces chaînes, qui présente une bonne résistance à l'usure et qui conserve pendant une longue durée ses propriétés de résistance réduite au frottement.
A titre subsidiaire, résolu par une forme d'exécu- tion préférée de l'invention, on vise à réaliser un procédé de traitement qui permet un traitement initial de feuillards, de manière que ces feuillards puissent être utilisés pour for- mer des plaquettes de maillons en conservant leur propriétés, ce qui évite de devoir traiter des éléments de plaquettes et
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autres éléments constitutifs de maillons de chaîne après leur formage.
Eléments caractéristiques essentiels de l'invention
Les buts ainsi visés peuvent globalement être at- teints par un procédé de traitement de métaux, en particulier de l'acier, caractérisé en ce qu'on procède à une phosphata- tion, en particulier à une phosphatation dite phosphatation- manganèse à une épaisseur inférieure à 0,02 mm, de préférence de l'ordre de 0,01 mm en vue de constituer une base d'accro- chage et en ce qu'on applique ultérieurement sur cette base d'accrochage une résine contenant du bisulfure de molybdène.
Avantageusement, la résine contenant du bisulfure de molybdène est un produit qualifié par son producteur, la firme DOW CORNING à München de vernis lubrifiant ou de "bonded lubricant", qui est applicable par trempage ou par projection au pistolet et vendu sous la marque déposée MOLYKOTE 3400A. D'autres produits équivalents peuvent bien entendu être utilisés.
Il est surprenant qu'une couche de phosphatation de l'ordre de 0,01 mm puisse assurer une base d'accrochage suffi- sante pour la résine contenant le bisulfure de molybdène. On constate de plus qu'un traitement selon l'invention conserve ses propriétés de réduction du frottement pendant des durées très longues.
Sans que la demanderesse entende se limiter par les considérations qui suivent, elle pense que l'explication sui- vante peut être donnée pour comprendre ces phénomènes.
Contrairement aux préjugés existants, une couche de phosphatation épaisse n'est pas nécessaire et serait même plu- tôt préjudiciable. En effet, dans une couche de phosphatation épaisse, les cristaux soumis à des pressions élevées ont ten- dance à se rompre et les cristaux ou fragments de cristaux sont libérés et s'usent rapidement. Ils sont alors éliminés en entraînant avec eux la résine au bisulfure de molybdène.
D'une part, l'action lubrifiante que l'on espère permanente est ainsi partiellement perdue et d'autre part, les jeux créés par l'usure de la couche de phosphatation sont
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à l'origine d'une nouvelle usure plus marquée.
L'invention sera décrite plus en détail en référen- ce à un mode d'exécution préféré, à savoir une chaîne de vélo.
Au cours de cette description, divers avantages com- plémentaires et caractéristiques supplémentaires de l'inven- tion apparaîtront au spécialiste.
Brève description du dessin unique annexé
Dans la figure unique annexée, on a représenté sché- matiquement un maillon de chaîne pour lequel le procédé de l'invention trouve une application particulièrement inté- ressante.
Description détaillée d'une forme d'exécution avantageuse de l'invention
Les pertes d'énergie par frottement dans les chai- nes de vélo ont lieu principalement d'une part entre la pla- que de liaison et les plaques de localisation des galets et d'autre part entre les galets et les plaques de localisation lors de l'enroulement de la chaîne sur les pignons.
Dans la figure unique, le chaînon portant le repère général 1 est constitué par deux plaques dites de localisa- tion 3 qui relient et maintiennent à un espacement précis deux galets de chaque chaînon. La plaque de localisation 3 comporte deux perçages. Le diamètre intérieur du perçage localise la position des axes, le diamètre extérieur de ces mêmes perçages lo- calise la position des galets 5. Chaque chaînon 1 est relié à son voisin par deux plaques de liaison 7 qui portent deux axes 9 reçus dans les galets 5. Un sertissage des axes solidarise l'ensemble.
Ces éléments constitutifs sont réalisés à partir de feuillards par découpe, perçage, emboutissage etc., selon des techniques d'usinage classiques à l'aide de presses calibrées.
Dans le cas particulier de vélos équipés de dérail- leurs, plusieurs pignons comportant un nombre de dents diffé- rent sont montés sur la zone arrière. De plus il est habituel de prévoir des plateaux multiples au pédalier. On notera qu'en plus d'une disposition idéale dans laquelle un plateau de pédalier est parfaitement aligné par rapport à un pignon
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de la roue arrière, il existe un grand nombre de positions hors alignement dans lesquelles il existe nécessairement des frottements importants entre les plaques de localisation, les plaques de liaison et les galets.
La demanderesse a observé qu'un traitement de sur- face judicieux selon l'invention peut diminuer de 10 à 20 % les pertes existant par frottement dans le fonctionnement des chaînes de vélo.
Ce traitement est effectué de préférence directe- ment sur des feuillards destinés à la fabrication des mail- lons de chaîne, pour constituer les plaques de localisation et de liaison, sans que les opérations d'usinage ne pertur- bent les qualités conférées par ce traitement.
Il est encore apparu que les galets qui agissent à flanc de filets sur les pignons (par pignons, il faut compren- dre aussi bien les pignons de la roue arrière que le ou les plateaux du pédalier) sont soumis à des efforts importants et à une usure rapide entraînant des déformations de ces galets (ovalisation notamment). A titre complémentaire, il est propo- sé selon l'invention de traiter au moins la surface extérieu- re des galets des maillons (quelques fois appelés rouleaux) par chromage dur afin d'en augmenter la résistance.
La réunion des traitements susdits assure aux chai- nes en question, dans les mêmes conditions que celles utili- sées précédemment pour des chaînes du commerce, un fonctionne- ment demandant de 10 à 20 % d'énergie en moins, et ce, même après 64 heures de fonctionnement continu.
Essai de comparaison
Une bicyclette est fixée sur des rouleaux adéquats, tels que ceux connus par l'entraînement des coureurs. L'axe du pédalier est entraîné par un moteur à courant continu qui enregistre l'énergie globale destinée à faire rouler la bicy- clette à 40 km/h dans différentes positions du dérailleur, tel que cela se passe lors d'une utilisation normale.
L'énergie consommée est enregistrée tous les quarts d'heures, puis toutes les heures de fonctionnement et est portée en diagramme.
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On place d'abord des chaînes de vélo livrées dans le commerce et on procède à l'essai comme indiqué ci-dessus.
On procède de la même façon pour une chaîne de vélo traitée par le procédé de l'invention.
Il apparait que dans les mêmes conditions, l'éner- gie nécessaire qui était de l'ordre de 100 Watts à 105 Watts, après une heure de fonctionnement dans le cas des chaînes du commerce, passe à 83 ou 90 watts pour les chaînes traitées selon l'invention, toutes les autres conditions de l'essai restant rigoureusement égales.
Après une heure de fonctionnement, les chaînes du commerce indiquent aux appareils de mesure, une augmentation d'énergie consommée de l'ordre de 10% par rapport à l'énergie consommée au début de l'essai (la position du dérailleur étant modifiée toutes les minutes, imitant la façon dont pro- cède un coureur cycliste).
L'augmentation de l'énergie est due aux grippages des différents éléments de la chaîne.
En revanche, les chaînes traitées selon l'inven- tion, maintiennent une consommation d'énergie constante (et réduite du facteur indiqué) pendant plus de 60 heures.
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PROCESS FOR TREATING METALS, PARTICULARLY STEELS AND
APPLICATION TO THE PRODUCTION OF TRANSMISSION CHAINS subject of the invention
The present invention relates to an improved process for treating metals, in particular steel, with a view to improving their friction characteristics.
A particular application of this treatment process is that of the reduction of the losses existing by friction in the operation of chain transmissions, for example for bicycle chains.
Summary of the state of the art
Numerous lubrication techniques have been used, permanent or not, to reduce friction and therefore energy loss in moving moving parts.
By way of illustration, it can be indicated that the chains existing on the market exhibit the following surface treatments: a) greased black steel, b) steel of locating and connecting plates blackened by processes of the black oxide type, c) steel of said plates zinc-plated and bichromated, d) steel of said plates cadmium-plated and bichromated.
For various other application sectors, it has also been proposed to treat the surfaces with compounds containing molybdenum disulphide (MoS2).
A technique also used consists in carrying out
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a phosphating which consists of a treatment using phosphoric acid usually comprising various additives (manganese and / or zinc salts generally). We speak in this case of a manganese phosphating.
The crystals of iron phosphates and other elements added in minor proportions which are thus formed are porous and absorb or adsorb the oil.
Generally, the thicknesses of the phosphating layer are of the order of 0.05 to 0.1 mm.
The Applicant has realized that the transposition of conventional phosphating techniques to chain transmissions was not possible due to the very low tolerances allowed. The thickness of the phosphating layer would have the opposite effect as desired. ,
The existing tools for the production of transmission chains could theoretically be modified to take account of an additional thickness resulting from phosphating, but this operation is not economical. In addition, some wear and tear occurs as a result of the breaking of the crystals which in the long term would cause harmful play in the transmission.
Problems underlying the invention
The present invention aims to provide a method of treating metals which makes it possible to reduce the friction of metallic surfaces in contact and in movement, in particular in the case of application to links of the force transmission chain, which does not require no modification of the production tools of these chains, which has good wear resistance and which retains its properties of reduced friction resistance for a long time.
In the alternative, resolved by a preferred embodiment of the invention, the aim is to carry out a processing method which allows an initial processing of strips, so that these strips can be used to form platelets of links while retaining their properties, which eliminates the need to process platelet elements and
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other components of chain links after they are formed.
Essential characteristic elements of the invention
The aims thus aimed for can generally be achieved by a process for treating metals, in particular steel, characterized in that a phosphatation is carried out, in particular a phosphating-manganese phosphating at a thickness less than 0.02 mm, preferably of the order of 0.01 mm in order to form a bonding base and in that a resin containing molybdenum disulfide is subsequently applied to this bonding base .
Advantageously, the resin containing molybdenum disulphide is a product qualified by its producer, the firm DOW CORNING in München as a lubricant varnish or "bonded lubricant", which is applicable by soaking or by spraying with a gun and sold under the registered trademark MOLYKOTE 3400A. Other equivalent products can of course be used.
It is surprising that a phosphating layer of the order of 0.01 mm can provide a sufficient bonding base for the resin containing molybdenum disulphide. It is further noted that a treatment according to the invention retains its friction reduction properties for very long periods.
Without the Applicant intending to limit itself by the following considerations, it believes that the following explanation can be given to understand these phenomena.
Contrary to existing prejudices, a thick layer of phosphating is not necessary and would even be rather harmful. In fact, in a thick phosphating layer, the crystals subjected to high pressures tend to break and the crystals or fragments of crystals are released and wear out quickly. They are then removed by carrying with them the molybdenum disulfide resin.
On the one hand, the lubricating action which is hoped to be permanent is thus partially lost and on the other hand, the clearances created by the wear of the phosphating layer are
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at the origin of a new more marked wear.
The invention will be described in more detail with reference to a preferred embodiment, namely a bicycle chain.
During this description, various additional advantages and additional characteristics of the invention will become apparent to the specialist.
Brief description of the attached single drawing
In the single appended figure, a chain link has been shown diagrammatically for which the process of the invention finds a particularly interesting application.
Detailed description of an advantageous embodiment of the invention
The energy losses due to friction in bicycle chains mainly occur on the one hand between the connecting plate and the location plates of the rollers and on the other hand between the rollers and the location plates during winding the chain on the sprockets.
In the single figure, the link bearing the general reference 1 is constituted by two so-called localization plates 3 which connect and maintain at a precise spacing two rollers of each link. The location plate 3 has two holes. The internal diameter of the bore locates the position of the axes, the external diameter of these same holes locates the position of the rollers 5. Each link 1 is connected to its neighbor by two connecting plates 7 which carry two axes 9 received in the rollers 5. A crimping of the pins secures the whole.
These constituent elements are produced from strips by cutting, drilling, stamping, etc., according to conventional machining techniques using calibrated presses.
In the particular case of bikes fitted with derailleurs, several sprockets with a different number of teeth are mounted on the rear area. In addition, it is usual to provide multiple chainrings for the crankset. Note that in addition to an ideal arrangement in which a bottom bracket is perfectly aligned with respect to a pinion
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of the rear wheel, there are a large number of non-aligned positions in which there is necessarily significant friction between the locating plates, the connection plates and the rollers.
The Applicant has observed that a judicious surface treatment according to the invention can reduce the losses existing by friction in the operation of bicycle chains by 10 to 20%.
This treatment is preferably carried out directly on strips intended for the manufacture of chain knuckles, to constitute the location and connection plates, without the machining operations disturbing the qualities conferred by this treatment. .
It has also become apparent that the rollers which act on the flanks of the threads on the pinions (by pinions, it is necessary to understand both the pinions of the rear wheel and the bottom plate or plates of the bottom bracket) are subjected to significant forces and to a rapid wear leading to deformations of these rollers (in particular ovalization). In addition, it is proposed according to the invention to treat at least the outer surface of the rollers of the links (sometimes called rollers) by hard chromium plating in order to increase their resistance.
The combination of the abovementioned treatments ensures that the chains in question, under the same conditions as those used previously for commercial chains, operate requiring 10 to 20% less energy, even after 64 hours of continuous operation.
Comparison test
A bicycle is fixed on suitable rollers, such as those known by the training of runners. The crankset spindle is driven by a DC motor which records the overall energy for rolling the bicycle at 40 km / h in different positions of the derailleur, as happens in normal use.
The energy consumed is recorded every quarter of an hour, then every hour of operation and is plotted.
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First place commercially available bicycle chains and carry out the test as indicated above.
The procedure is the same for a bicycle chain treated by the method of the invention.
It appears that under the same conditions, the necessary energy which was of the order of 100 Watts to 105 Watts, after one hour of operation in the case of the commercial chains, passes to 83 or 90 watts for the treated chains according to the invention, all the other conditions of the test remaining strictly equal.
After one hour of operation, the commercial chains indicate to the measuring devices, an increase in consumed energy of the order of 10% compared to the energy consumed at the start of the test (the position of the derailleur being changed every minutes, imitating the way a cyclist does).
The increase in energy is due to seizures of the various elements of the chain.
On the other hand, the chains treated according to the invention maintain constant energy consumption (and reduced by the factor indicated) for more than 60 hours.