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Die
Erfindung betrifft eine Rollenkette, bei der beide Enden einer Hülse in Hülsenlöcher eines Paars
von inneren Laschen eingepresst sind, beide Enden eines lose durch
die Hülse
gesteckten Stifts in Stiftlöcher
eines Paars von äußeren Laschen
eingepresst sind, die außerhalb
des Paars von inneren Laschen angeordnet sind, und eine Rolle auf
der Hülse angeordnet
ist.
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Genauer
gesagt betrifft die vorliegende Erfindung eine Rollenkette, die
bei einem Nockenwellenübertragungsmechanismus
für einen
Automobilmotor, einem Kraftübertragungsmechanismus
oder einem Fördermechanismus
in industriellen Maschinen oder dergleichen verwendet wird.
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Als
Kraftübertragungsmedium,
das bei einem Nockenwellenübertragungsmechanismus
in einem Automobilmotor verwendet wird, ist eine metallische Rollenkette,
die eine überragende
Haltbarkeit aufweist, aufgrund der Anforderungen hinsichtlich einer
hohen Belastbarkeit, einer hohen Geschwindigkeit und einer Wartungsfreiheit
anstelle eines Zahnriemens, der umfassend eingesetzt worden ist,
zunehmend verwendet worden.
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Die
herkömmliche
metallische Rollenkette weist üblicherweise
einen Aufbau auf, bei dem beide Enden einer zylindrischen Hülse in Hülsenlöcher eines
Paars von inneren Laschen eingepresst sind, beide Enden eines lose
durch die Hülse
gesteckten Stifts in ein Paar von äußeren Laschen eingepresst sind,
die außerhalb
des Paars von inneren Laschen angeordnet sind, und eine Rolle auf
der Hülse
angeordnet ist.
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Um
bei der derart ausgebildeten herkömmlichen metallischen Rollenkette
Verbesserungen der Festigkeit und hinsichtlich der verschleißbedingten Längung zu
erhalten, sind die Stifte einer Wärmebehandlung wie beispielsweise
einem Härten/Tempern, einer
Karburierung/Nitrierhärten
oder dergleichen unterzogen worden, ist eine Chromkarbidschicht
auf der Oberfläche
eines Stifts ausgebildet worden und ist eine Hülse, die aus einem legierten
Stahl wie beispielsweise aus einer Sinterlegierung oder dergleichen
hergestellt ist, einer Karburierung und einem Nitrierhärten unterzogen
worden. Derartige Verfahren sind aus der japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung
Hei. 1-149048 bekannt.
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Jedoch
ist berichtet worden, dass trotz der Wärmebehandlung der Stifte und
Hülsen
und der Bildung einer Chromkarbidschicht auf der Stiftoberfläche extrem
wenige Ketten existieren, die die erwartete Verschleißfestigkeit
zeigen und keine ungewöhnlich
schlechte verschleißbedingte
Längung
aufweisen, wenn die Rollenketten als Steuerkette in einem Automobilmotor
verwendet werden.
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Bei
einem Automobilmotor kann die Längung der
Kette durch eine Spannvorrichtung kompensiert werden. Wenn jedoch
die Längung
die Grenze der Spannvorrichtung überschreitet,
werden Geräusche und
auch ein Springen der Kettenradzähne
erzeugt, was zum Verlust der Laufruhe und Haltbarkeit des Motors
führen
kann. Daher war es ein dringendes Bedürfnis, die ungewöhnliche
verschleißbedingte
Längung
zu vermeiden, um die Leistungsfähigkeit
und Zuverlässigkeit
eines Motors weiter zu verbessern.
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Daher
setzten die vorliegenden Erfinder ihre Studien erfolgreich fort,
um die oben erwähnten
Probleme zu lösen.
Als Ergebnis haben sie herausgefunden, dass wenn ein Automobil,
das einer geeigneten Wartung wie beispielsweise einem periodischen
Austausch von Schmieröl
unterzogen wird, unter üblichen
Betriebsbedingungen betrieben wird, die oben erwähnte ungewöhnliche verschleißbedingte
Längung
der Rollenkette nicht erzeugt wird. Wenn aber der Schmierölwechsel
und dergleichen nicht durchgeführt
werden, wodurch sich das Schmieröl
im Motorraum merkbar verschlechtert und die Oxidation des Schmieröls zu einem
pH-Wert von weniger als 4,5 führt,
wird die oben erwähnte
ungewöhnliche
verschleißbedingte
Längung
der Rollenkette erzeugt. Es wird vermutet, dass der entsprechende
Mechanismus darin begründet
ist, dass eine Oberfläche
der Hülse
aufgrund eines Schmieröls
korrodiert wird, das einen hohen Oxidationsgrad aufweist, und der
Gleitkontakt zwischen der Hülse
und dem Stift den Verschleiß der
Gleitkontaktoberflächen
unter hoher Belastung vorantreibt.
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Des
Weiteren ist ebenfalls klar geworden, dass aufgrund der Existenz
von Verschleißpulver, das
durch den Verschleiß erzeugt
wird, als ein Einschluss zwischen einem Stift und einer Hülse der Verschleiß weiter
vorangetrieben wird, d.h. Abrieb ist ein Grund für einen ungewöhnlichen
Verschleiß der Gleitkontaktflächen zwischen
dem Stift und der Hülse.
Des Weiteren ist ebenfalls klar geworden, dass wenn der Stift und
die Hülse
aus Materialien mit hoher Affinität ausgebildet sind, beispielsweise
dieselben Elemente, die beiden Materialien leicht aneinander anhaften
und die Anhaftung ein Grund für
die Verhinderung einer gleichmäßigen Biege-Gleit-Bewegung
der Rollenkette wird.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Probleme
einer herkömmlichen
Rollenkette zu lösen
und eine Rollenkette bereitzustellen, die ohne die Erzeugung einer
ungewöhnlichen
verschleißbedingten
Längung
eine lange Zeitdauer eine gleichmäßige Biege-Gleit-Bewegung ausführen kann,
und zwar selbst wenn die Rollenkette zusammen mit einem extrem verschlechterten Schmieröl verwendet
wird, das einen hohen Oxidationsgrad aufweist.
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Erfindungsgemäß wird die
voranstehende Aufgabe durch eine Rollenkette mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 gelöst.
Danach ist die Rollenkette der eingangs genannten Art derart ausgestaltet und
weitergebildet, dass ein Material der Hülse aufgekohlter rostfreier
Stahl ist und eine Vanadiumkarbidschicht auf der Oberfläche des
Stifts gebildet ist.
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Die
Rollenkette gemäß Patentanspruch
2 löst
die oben erwähnten
Probleme weiter dadurch, dass zusätzlich zu der Ausgestaltung
der Rollenkette gemäß Patentanspruch
1 der rostfreie Stahl ein rostfreier Martensit-Stahl ist, der wärmebehandelt
werden kann.
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Da
bei der Rollenkette nach Patentanspruch 1 ein Material der Hülse aufgekohlter
rostfreier Stahl ist und eine Vanadiumkarbidschicht auf der Oberfläche des
Stifts ausgebildet ist, ist auf der Oberfläche einer Hülse eine stabile schützende Passivierungsschicht
aufgrund der schützenden
Passivierungswirkung des aufgekohlten rostfreien Stahls ausgebildet, der
als ein Material der Hülse
verwendet ist. Selbst in einem Fall, in dem die Rollenkette bei
einem extrem verschlechterten Schmieröl verwendet wird, das einen
hohen Oxidationsgrad aufweist, kann der Einfluss von Oxidation und
Korrosion kaum zu der Rollenkette durchdringen. Des Weiteren ist
aufgrund der Abdeckwirkung einer Vanadiumkarbidschicht, die auf der
Oberfläche
eines Stifts ausgebildet ist, der Verschleiß aufgrund des Anhaltens zwischen
der Hülse und
dem Stift unterdrückt.
Die Multiplikationswirkung dieser Effekte erhöht die Säurefestigkeit und den Korrosionswiderstand
in einer oxidierenden Atmosphäre.
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Da
bei der Rollenkette gemäß Patentanspruch
2 ein rostfreier Martensit-Stahl als rostfreier Stahl verwendet
ist, wird des Weiteren ein Härten möglich und
kann eine hohe Festigkeit der Hülse
erreicht werden, und zwar zusätzlich
zu dem Effekt, der durch die Rollenkette gemäß Patentanspruch 1 bereitgestellt
ist.
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Aufgrund
dieser Effekte ist eine Rollenkette mit exzellenter Laufruhe, Festigkeit
und Zuverlässigkeit
bereitgestellt, die eine lange Zeitdauer eine gleichmäßige Biege-Gleit-Bewegung ausführen kann.
Des Weiteren ist auch eine Verlängerung
der Nutzdauer eines zusammen mit der Rollenkette verwendeten Schmieröls erhalten
und ist auch ein Beitrag zur Reduzierung der Umweltbelastung geleistet.
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Es
gibt nun verschiedene Möglichkeiten,
die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten
und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf den nachgeordneten Patentanspruch und
andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Rollenkette
anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung
des bevorzugten Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Rollenkette
anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen
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1 in
einer perspektivischen Darstellung einen Abschnitt eines Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Rollenkette,
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2 in
einem Diagramm Testergebnisse hinsichtlich der Kettenlängung der
erfindungsgemäßen Rollenkette
bei Verwendung von oxidiertem verschlechtertem Schmieröl,
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3 in
einem Diagramm Testergebnisse hinsichtlich der Kettenlängung der
erfindungsgemäßen Rollenkette
bei Verwendung von neuem Schmieröl
und
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4 in
einem Diagramm Testergebnisse hinsichtlich der Kettenlängung der
erfindungsgemäßen Rollenkette
unter Verwendung von Öl,
das Ruß enthält.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 1 beispielhaft
beschrieben.
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1 ist
eine perspektivische Darstellung, die einen Teil einer Rollenkette
zeigt, die ein Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist. 1 zeigt
die innere Struktur einer Kette, wobei Teile der Kette weggebrochen
sind.
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Bei
einer Rollenkette 10 sind beide Enden einer Hülse 12 in
Hülsenlöcher 11a eines
Paars von inneren Laschen 11 eingepresst, sind beide Enden
eines Stifts 15, der lose durch die Hülse 12 gesteckt ist, in
Stiftlöscher 14a eines
Paars von äußeren Laschen 14 eingepresst,
die außerhalb
des Paars von inneren Laschen 11 angeordnet sind. Die Rolle 13 ist
drehbar auf der Hülse 12 angeordnet.
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Bei
der Rollenkette 10 der vorliegenden Erfindung ist die Hülse 12 aus
einem aufgekohlten rostfreien Stahl zusammengesetzt und ist eine
Vanadiumkarbidschicht mit einer Dicke von 6 bis 20 μm auf der
Oberfläche 15a des
Stifts 15 ausgebildet. Diese Vanadiumkarbidschicht ist
mittels des folgenden Verfahrens hergestellt.
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Zunächst wird
ein Stift, der 0,1 bis 0,4 Gewichtsprozent Kohlenstoff und mindestens
einen der zusätzlichen
Bestandteile Mangan, Silizium, Chrom, Molybdän und dergleichen und als Rest
Eisen und Verunreinigungen enthält,
einer Karburierung unterzogen, so dass auf der Oberfläche des
Stifts eine kohlenstoffreiche Oberflächenschicht gebildet ist, deren
Kohlenstoffgehalt 0,7 bis 1,0 Gewichtsprozent beträgt. Dann
wird eine Vanadiumkarbidschicht auf der Oberfläche des Stifts mittels des „Pulvereindringverfahrens" gebildet, bei dem
die Umgebung des Stifts mit Vanadiumpulver oder einem Vanadiumlegierungspulver
angefüllt
wird und bei einer hohen Temperatur von 900 bis 1.100 °C über 5 bis
25 Stunden hinweg wärmebehandelt
wird.
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Aus
Gründen
der Herstellungskosten und dergleichen ist bei dem oben beschriebenen
Ausführungsbeispiel
eine Vanadiumkarbidschicht auf der Oberfläche eines Stifts mittels des „Pulvereindringverfahrens" gebildet. Jedoch
können
auch andere Verfahren verwendet werden, mit denen Vanadiumkarbid
zuverlässig
gebildet werden kann, beispielsweise ein „Schmelzeindringverfahren", bei dem geschmolzenes
Salz verwendet wird, ein „chemisches Bedampfungsverfahren", ge mäß welchem
eine Vanadiumkarbidschicht auf der Oberfläche eines Stifts mittels einer
chemischen Dampfphasenreaktion gebildet wird, oder ein „physikalisches
Bedampfungsverfahren",
bei dem eine Vanadiumkarbidschicht auf der Oberfläche eines
Stifts mittels der Verdampfung von Vanadium mit einem physikalischen
Verfahren gebildet wird, beispielsweise ein Hochtemperatur-Erwärmen, ein
Sputtern, eine Bogenentladung oder dergleichen. Daher sind die Verfahren
zur Bildung der Vanadiumkarbidschicht nicht begrenzt.
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Des
Weiteren ist bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel der rostfreie
Stahl, der für die
Hülse 12 verwendet
wird, ein rostfreier Martensit-Stahl. Daher ist ein Härten möglich und
wird ein Erhöhen
der Festigkeit der Hülse
durchgeführt.
Dieser rostfreie Martensit-Stahl kann durch ein Erwärmen eines
rostfreien Stahls auf eine Temperatur des Transformationspunkts
Ac der Schmelzkurve oder mehr und ein Halten der Temperatur erhalten
werden, um eine einheitliche Austenitstruktur zu erhalten, wobei
anschließend
ein Abschrecken des Stahls in Öl
oder Wasser erfolgt. In diesem Fall ist der Transformationspunkt
Ac der Schmelzkurve eine Transformation, die nur bei übereutektischem
Stahl existiert. Der Transformationspunkt wird erhöht, wenn
die Menge an Kohlenstoff erhöht
wird. Insbesondere wenn der Kohlenstoffgehalt 0,85 % beträgt, liegt
der Transformationspunkt bei 726 °C,
und wenn der Kohlenstoffgehalt 2,1 % beträgt, liegt der Transformationspunkt
bei 1.145 °C.
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Die 2 bis 4 zeigen
die Testergebnisse der Kettenlängung,
die gemeinsam mit den Ergebnissen herkömmlicher Beispiele beschafft
wurden, um die Verschleißfestigkeit
der Rollenkette gemäß dem obigen
Ausführungsbeispiel
zu bewerten. Genauer gesagt zeigt 2 die Testergebnisse
in Zusammenhang mit einem oxidierten verschlechterten Schmieröl, zeigt 3 die
Testergebnisse in Zusammenhang mit einem neuen Schmieröl und zeigt 4 die
Testergebnisse in Zusammenhang mit einem Schmieröl, das Ruß enthält, d.h. Ruß mit Kohlenstoff als Hauptkomponente,
der einen Abrieb erzeugt. Es sei bemerkt, dass als das herkömmliche Produkt
eine Rollenkette verwendet worden ist, bei der eine Hülse aus
einem herkömmlichen
karburierten legierten Stahl und ein Stift mit einer darauf gebildeten
Chromkarbidschicht gemeinsam verwendet sind.
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Wie
in 3 gezeigt, weist die Rollenkette der vorliegenden
Erfindung im Vergleich mit dem herkömmlichen Produkt eine Verbesserung
der Längungseigenschaften
von etwa 2 bis 3 % unter Verwendung eines neuen Schmieröls auf.
Diese Wirkung ist nicht so stark.
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Wie
jedoch in 2 gezeigt ist, ist erkannt worden,
dass das Längungsverhältnis bei
der Rollenkette der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit dem
herkömmlichen
Produkt nach 50 Stunden unter Verwendung eines oxidierten verschlechterten Schmieröls um 80
% oder mehr weiter reduziert ist. Wie des Weiteren in 4 gezeigt
ist, ist erkannt worden, dass das Längungsverhältnis der Rollenkette der vorliegenden
Erfindung im Vergleich mit dem herkömmlichen Produkt bei Verwendung
von Schmieröl,
das Ruß enthält, um etwa
20 % weiter reduziert ist.
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Da
der rostfreie Stahl des Hülsenmaterials bezüglich der
Korrosionsfestigkeit in einer oxidierenden Atmosphäre im Vergleich
mit dem legierten Stahl eines herkömmlichen Hülsenmaterials günstiger
ist, zeigen die Ergebnisse, dass die Rollenkette der vorliegenden
Erfindung hinsichtlich ihrer Verschleißfestigkeitseigenschaften bei
Verwendung des oxidierten verschlechterten Schmieröls wesentlich
verbessert ist. Da der mit einer Vanadiumkarbidschicht ausgebildete
Stift der vorliegenden Erfindung härter ist als der lediglich
karburierte Stift und der mit einer Chromkarbidschicht ausgebildete
Stift im herkömmlichen
Fall, sind des Weiteren die Verschleißfestigkeitseigenschaften der
Rollenkette der vorliegenden Erfindung bei Verwendung eines Öls verbessert,
das Ruß enthält.
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Im
Vergleich mit anderen Oberflächenbehandlungen,
beispielsweise eine Karburierungs-Wärmebehandlung, die Bildung
einer Chromkarbidschicht oder dergleichen, wurde die Oberflächenbehandlung
durch die Bildung einer Vanadiumkarbidschicht nicht als eine besonders
vorteilhafte Oberflächenbehandlung
angesehen. Wie jedoch durch die oben beschriebenen experimentellen
Ergebnisse gezeigt, wurde nachgewiesen, dass Vanadiumkarbid ein
hervorragendes Material als Beschichtungsmaterial eines Stifts einer
Rollenkette ist, die unter harten Bedingungen verwendet wird, beispielsweise
zusammen mit einem oxidierten verschlechterten Schmieröl oder mit
einem Schmieröl,
das Ruß enthält.
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Des
Weiteren ist erkannt worden, dass der rostfreie Stahl bezüglich Säure vorteilhaft
ist. Jedoch ist der rostfreie Stahl hinsichtlich der Härte und
dergleichen als Hülsenmaterial
in einer Rollenkette ungeeignet, die bei hohen Lasten und hohen
Drehzahlen verwendet wird. Ungeachtet dessen werden diese Probleme
dadurch gelöst,
dass die Hülse
einer Karburierungsbehandlung unterworfen wird. Und es ist bestätigt worden,
dass der rostfreie Stahl überragende
Eigenschaften als Hülsenmaterial
der Rollenkette aufweist, die in einer oxidierenden Atmosphäre und in
einer schwierigen Situation mit hohen Lasten und hohen Drehzahlen
verwendet wird.
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Insbesondere
in einem Fall, in dem rostfreier Stahl als Hülsenmaterial verwendet wird,
ist das Anhaften zwischen dem Stift und der Hülse aufgrund der Vanadiumkarbidschicht
unterdrückt,
die auf der Oberfläche
des Stifts ausgebildet ist. Daher ist eine Verbesserung der Verschleißfestigkeit
und Haltbarkeit der Kette aufgrund der Wirkung einer schützenden
Passivierungsschicht erhalten, die auf der Oberfläche eines
rostfreien Stahls gebildet ist.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist herausgefunden worden, dass die ungewöhnliche
verschleißbedingte
Längung
der Kette durch die Oxidation und Verschlechterung von Schmieröl begründet ist.
Aufgrund des Mechanismus der ungewöhnlichen verschleißbedingten
Längung
ist die Optimierung des Materials einer Hülse und des Beschichtungsmaterials
für die
Oberfläche
eines Stiftmaterials erfolgt. Daher hat die vorliegende Erfindung
eine sehr große technische
Bedeutung in der industriellen Anwendung, da die Erzeugung ungewöhnlicher
verschleißbedingter
Längung
ohne den Einsatz spezieller Herstellungsstätten und teuren Materials reproduzierbar vermieden
werden kann.
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Die
Erfindung ist beispielhaft beschrieben worden und Fachleute werden
einfach erkennen, dass Modifikationen der Erfindung durchgeführt werden
können,
ohne dass von dem Geist und dem Umfang der beigefügten Patentansprüche abgewichen wird.