DE102009008480A1

DE102009008480A1 - Verfahren zur Herstellung einer Steuerkette

Info

Publication number: DE102009008480A1
Application number: DE102009008480A
Authority: DE
Inventors: Klaus Hahn; Bolko Schuseil
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-02-11
Filing date: 2009-02-11
Publication date: 2010-08-12
Also published as: US20110308227A1; CN102317646A; US8407978B2; WO2010091938A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Steuerkette (1) aufweisend Kettenlaschen (2), welche durch Bolzen (3) miteinander verbunden sind, wobei die Bolzenenden (4) in innerhalb der Kettenlaschen (2) angeordneten Aufnahmebohrungen (5) angeordnet sind und der Bolzen (3) aus Stahl der Sorte 100Cr6 oder 32MnCrMo6-4-3 hergestellt ist, wobei der Bolzen (3) einem Carbonitrierverfahren unterzogen wird und dass der Bolzen (3) nach einem Schleifabtrag (S) an der carbonitrierten Bolzenoberfläche (6) eine Verschleißzone (V) zwischen dem 1/30 und dem 1/60 Teil seines Durchmessers (D) aufweist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Steuerkette welche Kettenlaschen aufweist, welche durch Bolzen miteinander verbunden sind, wobei die Bolzenenden in innerhalb der Kettenlaschen angeordneten Aufnahmebohrungen angeordnet sind und die Bolzen aus Stahl der Sorte 100Cr6 oder 32MnCrMo6-4-3 hergestellt sind.
Hintergrund der Erfindung
Um die im Verbrennungsmotor auftretenden Antriebskräfte von der Antriebswelle auf die Abtriebswelle zu übertragen werden Zugmittel verwendet. Diese Zugmittel können Ketten oder Riemen sein. Im Falle einer Kette spricht man von einer Steuerkette, welche als eine Gelenkkette ausgebildet ist. Eine Gelenkkette gemäß der vorgenannten Gattung ist aus der Druckschrift DE 102 56 689 A1 bekannt. Die Schrift beschreibt eine Gelenkkette mit jeweils über ein Kettengelenk miteinander verbundenen Kettenglieder. Es erstreckt sich ein Gelenkbolzen zum Bilden eines Kettengelenks durch mindestens eine der Gelenköffnungen. Eine der Lagerfläche der Gelenköffnung ist aus einem Sintermaterial gebildet der Gelenkbolzen hingegen ist aus einem legierten Stahl hergestellt. Eine die Lagerfläche bildenden Randschicht des Gelenkbolzens weist eine nitrierte Oberflächenschicht auf. Um den Verschleiß an den Gelenkflächen zu optimieren, stehen zwei unterschiedliche Materialien, nämlich die gesinterte Gelenköffnung sowie die nitrierte Oberfläche des Gelenkbolzen, in Wirkverbindung miteinander. Das teilweise Sintern der Kettenlaschen an ihrer Gelenkfläche bedeutet einen zusätzlichen und somit kostenverursachenden Prozessablauf.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Steuerkette mit geringen Herstellungskosten zu fertigen.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der aus einer kostengünstigen Stahlsorte 100Cr6 oder 32MnCrMo6-4-3 hergestellte Bolzen einem Carbonitrierverfahren unterzogen wird und dass der Bolzen nach einem Schleifabtrag an der carbonitrierten Bolzenoberfläche eine Verschleißzonen zwischen dem 1/30 und dem 1/60 Teil seines Durchmessers aufweist. Beim Carbonitrierten wird in die Randschicht des Bolzens in erster Linie Kohlenstoff eindiffundiert, wobei zusätzlich Stickstoff eingebracht wird, welcher die Kohlenstoffdiffusion beschleunigt.
Die Einsatzstähle 100Cr6 sowie 32MnCrMo6-4-3 enthalten je nach Stahlsorte kostengünstige Elemente wie Mn, Si und Cr, von den teuren Legierungselementen wie Ni und Mo hingegen nichts oder lediglich 0,3%. Dem gegenüber enthalten die heute verwendeten Einsatzstähle SAE4320 bzw. SAE3311 etwa 2 bzw. 4% Ni. Auf Grund der Legierungszusammensetzung eignen sich sowohl 100Cr6 als auch 32MnCrMo6-4-3 zur Carbonitrierung.
Das Carbonitrieren zählt zu den thermochemischen Härteverfahren. Es nimmt praktisch die Mittelstellung zwischen Einsatzhärten und Nitrieren ein. Die Carbo nitriertemperaturen sind niedriger als bei der Einsatzhärtung, jedoch höher als die Nitriertemperaturen. Die Temperaturen bei der Carbonitrierhärtung im Gas liegen im Allgemeinen zwischen 700°C und 950°C. Während beim Einsatzhärten Kohlenstoff und beim Nitrieren Stickstoff in die Stahloberfläche eindringt, beruht die Wirkung der Carbonitrierung auf Kohlenstoff- und gleichzeitiger Stickstoffdiffusion. Die Behandlung kann bei Austenitisierungstemperatur oder darunter erfolgen. Als Austenit werden γ-Mischkristalle des Eisens bezeichnet. Es ist der Hauptgefügebestandteil vieler nichtrostender Stähle. Durch die Eindiffusion von Stickstoff wird die Austenitisierungstemperatur der Randschicht abgesenkt. Da die Kohlenstoffdiffusion im Austenit wesentlich schneller als im Ferrit verläuft, ist die Behandlungsdauer unter diesen Bedingungen sehr viel kürzer als beim Nitrieren. Ferrit ist die Bezeichnung für kristallographische Modifikationen des Eisens, es ist relativ weich und korrosionsanfällig. Aufgrund der kürzeren Behandlungsdauer werden die Prozesskosten zur Herstellung der Kettenbolzen optimiert. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass der Kernbereich des Bolzens nicht in Austenit umgewandelt wird und dadurch kaum Verzug auftritt. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Montage des durch Zug – und Druck belasteten Bolzen auf. Der Bolzen ist in den, innerhalb der Kettenlaschen angeordneten Aufnahmebohrungen der Steuerkette angeordnet.
Beim Carbonitrierten bildet sich in der äußeren Randschicht eine Verbindungsschicht aus Carbonitrid. Schreckt man den Bolzen nach dem Carbonitrieren ab, so entsteht unter der Verbindungsschicht eine martensitische Stützschicht. Bei dem anschließenden Schleifprozess, zur Entfernung des spröden Oberflächenanteils, muss darauf geachtet werden, dass ein komplettes Abtragen der Verbindungsschicht vermieden wird, damit der Widerstand gegenüber Abrasion und Korrosion erhalten bleibt. Die Parameter des Wärmebehandlung- und Schleifprozesses sind so gewählt, dass die Tiefe der Verschleißzone dem 1/30 und dem 1/60 Teil des Bolzendurchmessers entspricht.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung weist der Bolzen nach dem Carbonitrieren im Härtezonenbereich Härtewerte zwischen 600 HV und 900 HV auf.
Eine weitere Möglichkeit sieht vor, den Bolzen anstelle einem Carbonitrierverfahrens einem Nitrierverfahren zu unterziehen, so dass die Verschleißzonen nach einem Schleifabtrag an der nitrierten Oberfläche des Bolzens ebenfalls zwischen dem 1/30 und dem 1/60 Teil seines Durchmessers liegt. Das Nitrierverfahren bietet eine Alternative zum Carbonitrierverfahren. Wie bereits erwähnt verlängert sich die Behandlungsdauer beim Nitrierverfahren, wenn die gleichen Tiefe- und Härtewerte an der Bolzenoberfläche erreicht werden sollen wie beim Carbonitrierverfahren. Jedoch können wiederum Kosten dadurch eingespart werden, dass beim Nitrierverfahren lediglich Stickstoff verwandt wird und auf Kohlenstoff verzichtet werden kann.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird die vorgenannte Steuerkette in Verbrennungsmotoren eingesetzt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt, die nachfolgend detailliert beschrieben sind, wobei sich die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt.
Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer Steuerkette,
2 eine perspektivische Ansicht eines Bolzens,
3A einen Bolzen in geschnittener Ansicht wobei der Härteverlauf sichtbar wird und
3B ein Diagramm in welchem die Härtewerte H über die Tiefe der Härtezonen T angetragen sind.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine montierte Steuerkette 1 welche Kettenlaschen 2 aufweist, die mittels Bolzen 3 miteinander dadurch verbunden sind. Die Bolzenenden 4 sind in innerhalb der Kettenlaschen 2 angeordneten Aufnahmebohrungen 5 angeordnet. Der Kontaktbereich zwischen der Aufnahmebohrung 5 und dem Bolzenende 4 wird als Gelenkfläche 8 bezeichnet. Während des Kettenumlaufes verschleißen diese Gelenkflächen 8 z. B. beim Umlenken der Steuerkette 1 um die Antriebsräder, sowie beim Spannen der Steuerkette 1. Um diesem Verschleiß entgegenzuwirken, werden die Bolzen 3 einem Härteverfahren unterzogen.
2 zeigt einen einzelnen Bolzen 3 mit carbonitrierten Bolzenoberfläche 6.
In 3A ist der Querschnitt eines carbonitrierten Bolzens 3 dargestellt. Aufgrund des durchgeführten Carbonitrierverfahrens ist der Bolzen 3 nur an seiner Oberfläche 6 gehärtet. Diese relativ geringe Härtezone T, bezogen auf den gesamten Bolzendurchmesser D, ergibt sich aufgrund der kurzen Härtungsdauer, die für das Carbonitrierverfahren charakteristisch ist. Diese Härtezone T bildet nach dem Schleifabtrag S die verbleibende Verschleißzone V. Aufgrund dessen, dass der Bolzen 3 nicht komplett durchgehärtet ist, befindet sich innerhalb des Bolzens ein weicher, axial angeordneter Kern 7. Dieser Kern 7 ermöglicht es Zug- und Druckkräfte aus dem Kettentrieb aufzunehmen. Die Tiefe der Verschleißzone V liegt zwischen dem 1/30 und dem 1/60 Teil des Bolzendurchmessers D.
In 3B ist ein Diagramm dargestellt aus welchem abzulesen ist, dass bei einer Verringerung der Härtezonen T, durch den im Herstellungsprozess bedingten Schleifabtrag und dem Verschleiß an der Gelenkfläche bzw. Bolzenoberfläche 6, die Härte H abnimmt.

1: Steuerkette
2: Kettenlaschen
3: Bolzen
4: Bolzenenden
5: Aufnahmebohrungen
6: Bolzenoberfläche
7: Kern
8: Gelenkfläche
D: Durchmesser
H: Härte
S: Schleifabtrag
T: Härtezone
V: Verschleißzone

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10256689 A1 [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- SAE4320 [0005]
- SAE3311 [0005]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Steuerkette (1), aufweisend Kettenlaschen (2), welche durch Bolzen (3) miteinander verbunden sind, wobei die Bolzenenden (4) in innerhalb der Kettenlaschen (2) angeordneten Aufnahmebohrungen (5) angeordnet sind und der Bolzen (3) aus Stahl der Sorte 100Cr6 oder 32MnCrMo6-4-3 hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (3) einem Carbonitrierverfahren unterzogen wird und das der Bolzen (3) nach einem Schleifabtrag (5) an der carbonitrierten Bolzenoberfläche (6) eine Verschleißzone (V) zwischen dem 1/30 und dem 1/60 Teil seines Durchmessers (D) aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Steuerkette (1) nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (3) nach dem carbonitrieren der Bolzenoberfläche (6) ein Härtezonenbereich (T) mit einer Härte (H) zwischen 600 HV und 900 HV aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Steuerkette (1) aufweisend Kettenlaschen (2), welche durch Bolzen (3) miteinander verbunden sind, wobei die Bolzenenden (4) in innerhalb der Kettenlaschen (2) angeordneten Aufnahmebohrungen (5) angeordnet sind und der Bolzen (3) aus Stahl der Sorte 100Cr6 hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (3) einem Nitrierverfahren unterzogen wird und das der Bolzen (3) nach einem Schleifabtrag (S) an der nitrierten Bolzenoberfläche (6) eine Verschleißzone (V) zwischen dem 1/30 und dem 1/60 Teil seines Durchmessers (D) aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Steuerkette (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkette (1) für einen Verbrennungsmotor ausgebildet ist.