DE102007036712A1

DE102007036712A1 - Seitenscheibe für eine Spreizbandmechanik

Info

Publication number: DE102007036712A1
Application number: DE200710036712
Authority: DE
Inventors: Harald Grab; Nikolai Kashaev
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-08-03
Filing date: 2007-08-03
Publication date: 2009-02-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Seitenscheibe (1) für ein Spreizband (4), umfassend ein Korpus mit einer Führungsnut (2), wobei in die Führungsnut (2) eine Kante (3) des Spreizbandes (4) eingreift, sowie eine Spreizbandmechanik mit einer derartigen Seitenscheibe (1). Die Aufgabe, die Funktionalität der Spreizbandmechanik bzw. Seitenscheibe im Hinblick auf eine lange Gebrauchsdauer zu verbessern, wird für die genannte Seitenscheibe (1) bzw. Spreizbandmechanik erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens im Bereich der Führungsnut (2) mindestens abschnittsweise eine bezogen auf die Kante (3) des Spreizbandes (4) verschleißmindernde Oberfläche vorgesehen ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Seitenscheibe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 für eine Spreizbandmechanik sowie eine Spreizbandmechanik nach Anspruch 12.
Aus der Praxis ist eine Spreizbandmechanik bekannt, die einen Wickelkörper mit mindestens einer Seitenscheibe und ein Spreizband umfasst, wobei eine Kante des Spreizbandes in eine Führungsnut der Seitenscheibe eingreift. Bei dem Eingreifen der im allgemeinen engen, scharfen Kante des Spreizbandes in die Führungsnut kommt es zu einem Materialkontakt zwischen der Kante des Spreizbandes und dem Korpus der Seitenscheibe, wobei insbesondere im Bereich der Flanken bzw. des Grundes der Führungsnut Reibung auftritt, die einen Materialverschleiss mit sich bringt und Geräusche erzeugt, die im Betrieb des Spreizbandes störend wirken. Ist die Seitenscheibe, wie in der Praxis häufig, aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt, schneidet sich das Spreizband, das beispielsweise aus Federstahl herge stellt ist und eine Härte von 300 bis 700 HV aufweist, in die Seitenscheibe ein, wobei im Laufe der Zeit das Profil der Führungsnut verändert und das Führen des Spreizbandes durch die Seitenscheibe verändert wird. Ist die Seitenscheibe aus Stahl oder einer Eisenlegierung gefertigt und das Spreizband aus Federstahl, besteht die Gefahr eines Kaltverschweissens der Kante des Spreizbandes mit dem Korpus der Seitenscheibe, so dass ebenfalls die Funktionalität der Spreizbandmechanik insbesondere im längeren Betrieb nicht mehr sichergestellt ist.
Aufgabe der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, die Funktionalität der eingangs genannten Spreizbandmechanik bzw. Seitenscheibe im Hinblick auf eine lange Gebrauchsdauer zu verbessern.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird für die genannte Spreizbandmechanik gemäss Anspruch 12 erfindungsgemäss durch eine Seitenscheibe nach Anspruch 1 gelöst.
Durch die an mindestens im Bereich der Führungsnut mindestens abschnittsweise angebrachte, bezogen auf die Kante des Spreizbandes verschleissmindernde Oberfläche wird der Materialverschleiss verringert, ggf. eine Geräuschentwicklung herabgesetzt und die Lebensdauer der Spreizbandmechanik insgesamt verbessert. Der Materialverschleiss wird insbesondere dadurch verringert, dass die Härte der verschleissmindernden Oberfläche heraufgesetzt ist, so dass ein Materialabtrag erschwert wird.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Korpus der Seitenscheibe aus einem bezogen auf die Kante des Spreizbandes verschleissmindernden Material, insbesondere durchgehärteter Stahl, besteht, so dass das Spreizband massiv aus dem verschleissmindernden Material besteht. Der durchgehärte te Stahl besitzt eine Härte von 500 bis 800 HV.
Alternativ ist vorzugsweise vorgesehen, dass die verschleissmindernde Oberfläche durch eine Oberflächenbehandlung des Materials des Korpus hergestellt ist. Hierzu kann durch die Oberflächenbehandlung des Materials des Korpus der Seitenscheibe die Härte der behandelten Oberfläche eingestellt werden, wobei sich Härten erzielen lassen, die die Härte des unter der Oberfläche befindlichen Materials der Seitenscheibe deutlich übertreffen.
Besteht speziell das Korpus aus Stahl, so ist vorzugsweise als Oberflächenbehandlung für den Stahl ein Verfahren wie ein Einsatzhärten, Carbonitrieren, Nitrieren oder Nitrocarburieren vorgesehen. Durch Einsatzhärten bzw. Carbonitrieren lassen sich Oberflächenhärten von 500 bis 800 HV erreichen. Durch Nitrieren oder Nitrocarburieren lassen sich Oberflächenhärten von 500 bis 1500 HV erreichen. Es versteht sich, dass auch andere Verfahren zur Oberflächenhärtung von insbesondere Stahl, wie Vakuumhärten, Induktionsund Flammhärten oder Laserstrahlhärten, als Oberflächenbehandlung des Korpus aus Stahl vorgesehen sein können. Schichten, die mit den genannten Verfahren des Nitrierens aufgetragen sind, können Schichtdicken von weniger als 1 μm aufweisen, um Harten von bis zu 1000 HV oder mehr zu ermöglichen, so dass sich die geometrische Auslegung der Führungsnut der Seitenscheibe nicht oder nur unwesentlich ändert, wenn eine verschleissmindernde Oberfläche aufgetragen wird.
Dieser Vorteil ergibt sich ebenfalls, wenn das Korpus der Seitenscheibe aus Titan oder einer Titanlegierung besteht, und durch ein Nitrieren in einer Behandlungstiefe (Diffusionszone) von weniger als 200 μm eine verschleissmindernde Oberfläche mit einer Harte von bis zu 1000 HV erhalten wird. Entsprechendes gilt, wenn für eine Seitenscheibe, deren Korpus aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht, durch Nitrieren eine Nitridschicht von weniger als ca. 10 μm Tiefe ausgebildet wird, die eine Härte von bis zu 1500 HV oder mehr aufweist. Ebenso lassen sich für Titan oder Titan legierungen Nitridschichten mit einer Dicke von nur 10 μm oder weniger aufbringen, die Härten von mehr als ca. 1500 HV aufweisen.
Alternativ oder ergänzend zu der Ausbildung des Korpus der Seitenscheibe aus dem verschleissmindernden Material oder zu der Ausbildung der verschleissmindernden Oberfläche durch eine geeignete Oberflächenbehandlung des Korpus der Seitenscheibe ist vorzugsweise vorgesehen, die verschleissmindernde Oberfläche als Beschichtung auszubilden, die an dem Korpus entweder unmittelbar oder über eine Zwischenschicht aufgebracht ist. Die Beschichtung kann hierbei in Hinblick auf das Material der Seitenscheibe optimiert ausgewählt werden, ohne auf die Beschränkungen Rücksicht nehmen zu müssen, die das Material des Korpus der Seitenscheibe bzw. dessen Bearbeitbarkeit mit sich bringt. Das ermöglicht insbesondere, Materialien geringer Härte wie Aluminium oder eine Aluminiumlegierung bzw. Titan oder eine Titanlegierung als Material des Korpus der Seitenscheibe vorzusehen, die wiederum im Vergleich zu Stahl oder einer Eisenlegierung leichtbauend sind. Ebenso lassen sich bereits bestehende Seitenscheiben durch das nachträgliche Anbringen der Beschichtung nachrüsten.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Beschichtung eine Hartchrom-Schicht umfasst, die beispielsweise als dünne Schicht von bis zu 10 μm mittlere Dicke galvanisch auf das Korpus der Seitenscheibe aufgetragen ist. Mit Hartchromschichten lassen sich Härten von 700 bis 1000 HV erreichen.
Alternativ oder ergänzend zu einer galvanisch aufgetragenen Beschichtung wie der vorerwähnten Hartchrom-Schicht kann die Beschichtung durch ein thermisches Spritzen aufgetragen werden; beispielsweise lassen sich Nitride oder Boride von Aluminium oder Titan auftragen. Durch thermisches Spritzen aufgetragene Beschichtungen weisen durchschnittliche Dicken von ca. 20 bis 30 μm auf.
Alternativ oder ergänzend zu einer Hartchrom-Schicht ist vorzugsweise vor gesehen, dass die Beschichtung eine Schicht aus einer Metallmatrix mit PTFE-Partikeln umfasst, wobei eine derartige Schicht die Eigenschaft hat, selbstschmierend zu sein, gute Gleiteigenschaften aufweist und hohe Antifress- und Antihaftkennzahlen aufweist.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Metallmatrix eine Nickel-Phosphor-Matrix ist, in der die PTFE-Partikel fein dispergiert sind. Die PTFE-Partikel weisen vorzugsweise einen Durchmesser von ca. 1 μm auf mit einem Anteil von ca. 25 Volumen-Prozent. Eine derartige Schicht mit einer Dicke von weniger als 100 μm kann als Schmierung wirken, vermindert einen trockenen Verschleiss und vermeidet ein Kaltverschweissen des Spreizbandes mit dem Material des Korpus der Seitenscheibe. Dabei weist die Schicht eine Härte von 700 bis 1000 HV auf.
Es versteht sich, dass anstelle eines metallischen Materials für das Korpus der Seitenscheibe diese auch aus Keramik oder Kunststoff ausgebildet sein kann. Das Material der Keramik kann im Hinblick auf das Spreizband verschleissmindernd ausgewählt sein. Alternativ oder ergänzend hierzu kann das Material der Beschichtung eine Keramik sein, beispielsweise ein dünnes Band aus einem verschleissfesten keramischen Material, wobei das Band nach Art einer Folie an oder in die Führungsnut eingebracht ist.
Die vorstehend genannten beispielhaften Werte für typische Dicken von durch die Oberflächenbehandlung bzw. durch das Auftragen einer Beschichtung erhaltenen verschleissmindernden Beschichtungen sollen den Schutzbereich nicht einschränken; in der Praxis lässt sich die Schichtdicke auf eine optimale Lebensdauer der Seitenscheibe hin anpassen, wodurch sowohl hinsichtlich der Wahl des Verfahrens als auch hinsichtlich der Wahl der Schichtdicke ein konstruktiver Freiheitsgrad entsteht, wobei eine eher höhere Schichtdicke zu wählen ist, um dem während der Lebensdauer der Seitenscheibe auftretenden Verschleiss und Materialabtrag Rechnung tragen zu können.
Es versteht sich ferner, dass die vorgenannten Massnahmen für eine verschleissmindernde Oberfläche mindestens im Bereich der Führungsnuten auch kombiniert werden können, beispielsweise, indem eine verschleissmindernde Beschichtung auf eine zuvor durch ein Oberflächenbehandlungsverfahren gehärtete Oberfläche aufgebracht wird.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher beschrieben und erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ausschnittsweise einen Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen Spreizbandmechanik mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Seitenscheibe,
2 zeigt ausschnittsweise einen Querschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen Spreizbandmechanik mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Seitenscheibe, und
3 zeigt ausschnittsweise einen Querschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen Spreizbandmechanik mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Seitenscheibe.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt einen Ausschnitt eines Korpus einer Seitenscheibe 1, die eine Führungsnut 2 aufweist, wobei von der Führungsnut 2 nur ein Abschnitt dargestellt ist. Die Führungsnut 2 weist ein U-förmiges Querschnittsprofil auf, wobei die Flanken des ,U' voneinander weggebogen sind. In die Führungsnut 2 greift mit einer Kante 3 ein Spreizband 4 ein. Im Bereich der Kante 3 weist das Spreizband 4 ein abgerundetes Querschnittsprofil auf, so dass die Kante 3 in einem zu dem abgerundeten Querschnittsprofil im wesentlichen komplementären Nutgrund 5 annähernd flächig anliegt. Die Seitenscheibe 1 ist massiv auf durchgehärtetem Stahl ausgebildet und weist damit insbesondere im Bereich der Führungsnut 4, speziell im bildlich dargestellten Abschnitt der Führungsnut 4, eine bezogen auf das Material des Spreizbandes 4 (hier: Federstahl) verschleissmindernde Oberfläche auf.
2 zeigt ausschnittsweise ein Korpus einer Seitenscheibe 1 aus Stahl, die eine ebenfalls nut ausschnittsweise dargestellte Führungsnut 2 aufweist. Die Führungsnut 2 weist ein V-förmiges Querschnittsprofil auf, in welches eine im wesentlichen Kante 3 mit abgerundeten Querschnittsprofil eines Spreizbandes 4 eingreift, wobei die Kante 3 im wesentlichen an den Flanken des ,V' anliegt, so dass hier insbesondere ein linienhafter Kontakt besteht und die Kante 3 einen Abstand zu einem Nutgrund 5 einhält. Im Bereich der Führungsnut 2 ist die Oberfläche der aus Stahl bestehenden Seitenscheibe 1 durch ein Einsatzhärten derart behandelt, dass ein oberflächennaher Bereich 6 entsteht, der eine Härte von 800 HV aufweist, so dass die Seitenscheibe 1 im Bereich der Führungsnut 2 zumindest in dem abschnittsweise bildlich dargestellten Ausschnitt eine bezogen auf das Material des Spreizbandes (hier: Federstahl) verschleissmindernde Oberfläche aufweist. Insbesondere ist durch das Einsatzhärten die geometrische Abmessung des Querschnittsprofils der Führungsnut 2 nicht wesentlich geändert worden. Zu beachten ist noch, dass die Dicke des oberflächennahen Bereiches 6 übertrieben dargestellt ist
3 zeigt ausschnittsweise ein Korpus einer Seitenscheibe 1, die eine ebenfalls nur abschnittsweise dargestellte Führungsnut 2 aufweist, wobei die Führungsnut 2 ein U-förmiges Querschnittsprofil aufweist, in das eine Kante 3 mit ebenfalls abgerundeten Profil eines Spreizbandes 4 derart eingreift, dass ein flächiger Kontakt zwischen der Kante 3 und einem Nutgrund 5 der Führungsnut 2 ausgebildet ist. Im Bereich der Führungsnut 2 ist eine Beschichtung 7 ausgebildet, die in der Führungsnut 2 auf deren Grund 8 aufgetragen ist. Die Beschichtung 7 besteht aus einer Nickel-Phosphor-Matrix, in der die PTFE-Partikel fein dispergiert sind. Die PTFE-Partikel weisen einen Durchmesser von ca. 1 μm auf mit einem Anteil von ca. 25 Volumen-Prozent, wobei die Beschichtung eine Dicke von ca. 100 μm aufweist, die in 3 übertrieben dargestellt ist. Die Oberfläche der Beschichtung 7 bildet dann die verschleiss-minderende Beschichtung für die Kante 3 des Spreizbandes 4. Die Beschichtung 7 ist mittels eines nasschemischen Verfahrens aufgetragen und überdeckt den Grund 8 der Führungsnut 2. Der Grund 8 der Führungsnut 2 kann dabei einen abgerundeten oder V-förmigen Verlauf, ähnlich wie in 2 gezeigt, aufweisen, wird aber durch aufgetragene Beschichtung 7 überdeckt, die damit eine beispielsweise Unebenheiten des Grundes 8 der Führungsnut 2 ausgleichende Wirkung aufweist. Ist der Grund 8 der Führungsnut 2 aufgeraut, kann eine verbesserte Haftung der Beschichtung 7 auf dem Untergrund, speziell dem Grund 8 der Führungsnut 2, erzielt werden.
Es versteht sich, dass Beschichtungen wie die Beschichtung 7 des dritten Ausführungsbeispiels nicht nur nass-chemisch, sondern auch auf andere Weise, beispielsweise durch Abscheidung aus der Gasphase (CVD, PVD oder ähnliche Verfahren) hergestellt werden können.
Bei den vorstehend beschriebenen drei Ausführungsbeispielen war die verschleissmindernde Oberfläche jeweils nur für einen Abschnitt der Führungsnut 2 dargestellt worden. Es versteht sich, dass die verschleissmindernde Oberfläche auch entlang der gesamten Erstreckung der Führungsnut vorgesehen sein kann, oder alternativ hierzu nur auf solche Abschnitte der Führungsnut 2 beschränkt sein kann, die einer hohen Materialbeanspruchung durch Verschleiss unterliegen.

1: Seitenscheibe (Korpus)
2: Führungsnut
3: Kante
4: Spreizband
5: Nutgrund
6: oberflächennaher Bereich
7: Beschichtung
8: Grund von Führungsnut 2

Claims

Seitenscheibe für ein Spreizband (4), umfassend ein Korpus mit einer Führungsnut (2), wobei in die Führungsnut (2) eine Kante (3) des Spreizbandes (4) eingreift, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens im Bereich der Führungsnut (2) mindestens abschnittsweise eine bezogen auf die Kante (3) des Spreizbandes (4) verschleissmindernde Oberfläche vorgesehen ist.
Seitenscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Korpus aus einem bezogen auf die Kante (3) des Spreizbandes (4) verschleissmindernden Material, insbesondere aus durchgehärtetem Stahl, besteht.
Seitenscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die verschleissmindernde Oberfläche durch eine Oberflächenbehandlung des Materials des Korpus hergestellt ist.
Seitenscheibe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Korpus aus Stahl besteht, und dass die Oberflächenbehandlung ein Oberflächenhärten des Stahls, insbesondere ein Einsatzhärten, Carbonitrieren, Nitrieren oder Nitrocarburieren ist.
Seitenscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, dass die verschleissmindernde Oberfläche als Beschichtung (7) ausgebildet ist, die an dem Korpus aufgebracht ist.
Seitenscheibe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine Hartchrom-Schicht umfasst.
Seitenscheibe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine Schicht aus einer Metallmatrix mit PTFE-Partikeln umfasst.
Seitenscheibe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallmatrix eine Nickel-Phosphor-Matrix ist, in die PTFE-Partikel mit einem Durchmesser von ca. 1 μm mit einem Anteil von ca. 25 Volumen-% eingebaut sind.
Seitenscheibe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (7) eine keramische Beschichtung ist.
Seitenscheibe nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, dass das Korpus aus Stahl, Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung, oder Titan bzw. einer Titanlegierung ausgebildet ist.
Seitenscheibe nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Korpus aus einem keramischen Werkstoff besteht.
Spreizbandmechanik, umfassend einen Wickelkörper mit mindestens einer Seitenscheibe (1) und ein Spreizband (4), wobei eine Kante (3) des Spreizbandes (4) in eine Führungsnut (2) der Seitenscheibe (1) eingreift, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenscheibe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgebildet ist.