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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kette mit einer Mehrzahl von Kettengliedern, die mittels Wiegegelenken gelenkig miteinander verbunden sind, wobei die Wiegegelenke je eine erste und eine zweite Wiegefläche umfassen.
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Bei solchen Ketten handelt es sich überwiegend um Laschenketten, bei denen jeweils ein Innenkettenglied aus mindestens zwei parallelen, miteinander verbundenen Innenlaschen mit einem Außenkettenglied aus parallelen, miteinander verbundenen Außenlaschen abwechselt. Die Kettengelenke werden durch mindestens zwei Gelenkpartner ausgebildet. Beispielsweise können zur Verbindung der Innenlaschen Hülsen eingesetzt werden, in die Bolzen eingesteckt sind, die die Außenlaschen miteinander verbinden. Die Kettengelenke sind also als Bolzengelenke ausgebildet. Es ist aber auch möglich, dass die Kettengelenke als Wiegegelenke ausgebildet sind, so dass sowohl die Innenlaschen als auch die Außenlaschen über Bolzen miteinander verbunden sind, wobei die Bolzen Wiegeflächen aufweisen, die aneinander abrollen.
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Ein typischer Einsatzbereich für solche Ketten sind automobile Anwendungen. Zahn- oder Hülsenketten mit Bolzengelenken werden beispielsweise im Steuertrieb eines Verbrennungsmotors oder als Getriebekette in einem Verteilergetriebe eingesetzt. Im Steuertrieb eines Verbrennungsmotors sind die Anforderungen an Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit besonders hoch, da eine regelmäßige Wartung oder ein Kettentausch nicht möglich ist und die Schmierung durch die mit Verbrennungsrückständen kontaminierte Ölumgebung hohe Anforderungen an das Verschleißverhalten stellt. Gleichzeitig sind bei einer möglichst kleinen Dimensionierung der Kette die Belastungen verhältnismäßig hoch und das Belastungsprofil stark schwankend. Zudem werden geringe Verlustleistung und damit eine geringerer CO2-Ausstoß des Fahrzeugs verlangt.
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Zahnketten mit den oben beschriebenen Wiegegelenken werden vorzugsweise als Getriebeketten eingesetzt. Solche Zahnketten mit Wiegegelenken werden auch „silent chains” genannt und zeichnen sich durch geringe Geräuschemissionen und ruhigen, vibrationsarmen Lauf aus. Dies wird allerdings mit dem Nachteil einer größeren Kettenlängung, geringerer Lebensdauer und geringerer Beständigkeit erkauft. In Steuertrieben, zum Antrieb von Nebenaggregaten, der Ölpumpe oder des Massenausgleichs werden aufgrund der aggressiven Umgebung, d. h. der Verbrennungsrückstände im Öl, bisher keine Wiegegelenkketten eingesetzt.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kette bereitzustellen, die die oben genannten Nachteile verringert.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest eine der Wiegeflächen mit einer Hartstoffschicht versehen ist.
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Da in der Kette Wiegegelenke vorgesehen sind, in denen die Gelenkbewegung als Abrollbewegung zwischen den Gelenkpartnern stattfindet, weisen die Gelenke nur eine geringe Reibung auf. Dadurch wird die Verlustleistung im Kettentrieb verringert und der CO2-Ausstoß des Fahrzeugs reduziert. Durch die Hartstoffbeschichtung zumindest einer der Wiegeflächen wird der Verschleiß im Kettengelenk verringert, was zu einer geringeren Verschleißlängung der Kette führt. Als besonderer Vorteil für Wiegegelenke hat sich herausgestellt, dass durch die Hartstoffschicht auf zumindest einer der Wiegeflächen die Beständigkeit gegen hohe Gelenkflächenpressungen erhöht wird. In Wiegegelenken treten aufgrund der geringen Gelenkfläche zwischen den beiden Gelenkpartnern hohe Gelenkflächenpressungen auf. Die erfindungsgemäße Hartstoffschicht trägt dazu bei, dass die auftretende Gelenkflächenpressung weniger Schäden im Gelenk anrichtet. Bei der Verwendung von erfindungsgemäßen Ketten im Steuertrieb bzw. Massenausgleichstrieb, im Ölpumpentrieb und im Nabenaggregatstrieb führt die Hartstoffbeschichtung dazu, dass eine große Beständigkeit gegen die aggressiven Verbrennungsrückstände in der Ölumgebung erreicht wird.
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Es sind zwar bereits verschleißfestere Gelenke in Zahnketten und in Rollen- bzw. Hülsenketten bekannt, die eine Hülse mit einem inneren zylindrischen Bereich aufweisen, in den ein zylindrischer Bolzen eingesteckt ist, wobei auch eine Beschichtung der Gelenkpartner vorgesehen werden kann. Allerdings treten in solchen Gelenken deutlich andere Belastungen mit deutlich geringerer Gelenkflächenpressung und deutlich anderen Gelenkbewegungen auf. Daher weisen diese Gelenke vergleichsweise hohe Reibverluste auf, da die Gelenkbewegung hauptsächlich durch Aufeinandergleiten der Gelenkbauteile erfolgt.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können die Wiegegelenke jeweils mindestens zwei Bolzen mit je einer der Wiegeflächen umfassen, wobei zumindest einer der Bolzen mit einer Hartstoffschicht versehen sein kann. Da die Wiegeflächen durch die Bolzen bzw. die Außenflächen der Bolzen ausgebildet sind, ist eine einfache Beschichtung möglich, zudem wird ein einfacher Aufbau des Wiegegelenks erzielt.
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Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Wiegegelenke jeweils eine Hülse, in der die erste Wiegefläche ausgebildet ist, und einen in der Hülse angeordneten Bolzen, der die zweite Wiegefläche ausbildet, umfassen und die Hülse und/oder der Bolzen zumindest teilweise mit einer Hartstoffschicht versehen sind. Somit können auch Hülsenketten bzw. Rollenketten mit Wiegegelenken ausgestattet werden, wodurch ein ruhiger vibrationsfreier Lauf der Kette erzielt wird. Durch die erfindungsgemäße Beschichtung weisen die Hülsen- bzw. Rollenketten die erwünschte Verschleißbeständigkeit und die geringe Reibung auf. Wird in dieser Kombination nur der Bolzen beschichtet, so ist eine einfache Beschichtung möglich. Wird nur die Hülse beschichtet, so reicht es aus, die Beschichtung im Inneren der Hülse, d. h. dort wo der Bolzen angeordnet ist, anzubringen. Der Fügebereich der Hülsen sowie der Bolzen zu den Kettenlaschen bleibt beschichtungsfrei, wodurch die Restschmutzproblematik bei der Herstellung der Gelenkketten reduziert werden kann.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass zumindest eine der Wiegeflächen mit einer karbidischen Hartstoffschicht versehen ist. Dadurch wird die gewünschte Härte und Festigkeit der Schicht erzielt.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass zumindest eine der Wiegeflächen mit einer nitridischen Hartstoffschicht versehen ist. Auch hierdurch wird die gewünschte Härte und Festigkeit der Wiegegelenke erzielt.
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Vorteilhafterweise kann ferner vorgesehen sein, dass die Hartstoffschicht mittels CVD (Chemical Vapour Deposition) aufgebracht wird. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Wiegegelenk durch eine Hülse mit der ersten Wiegefläche und einen darin angeordneten Bolzen mit der zweiten Wiegefläche ausgebildet wird, da ein CVD-Verfahren auch eine Beschichtung des inneren hohlen Teils der Hülse einfach ermöglicht.
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Es kann aber auch vorgesehen werden, dass die Hartstoffschicht mittels PVD (Physical Vapour Deposition) aufgebracht wird. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn eine niedrige Prozesstemperatur beim Aufbringen der Hartstoffschicht gewünscht ist.
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In noch einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Schichtdicke der mittels CVD aufgebrachten Hartstoffschicht in einem Bereich von etwa 8 bis 25 μm liegt.
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Dadurch wird eine gute Haftung der Hartstoffschicht ermöglicht. Höhere Schichtdicken führen meist zu Ausbrüchen bei Belastung, da sich der vergleichsweise zähe Grundwerkstoff z. B. bei Biegung verformt und die harte karbidische Schicht kaum Zähigkeit besitzt und abplatzt.
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Noch eine weitere Ausgestaltung kann vorsehen, dass die Schichtdicke bei einer mittels PVD aufgebrachten Schicht in einem Bereich von 1 bis 5 μm liegt. Diese Schichtdicken können auch bei vertretbaren Prozesszeiten erreicht werden.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Kette, teilweise im Schnitt,
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2 Draufsicht auf die Kette aus 1, teilweise im Schnitt entlang der Linie II-II,
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3 Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der Kette, teilweise im Schnitt und
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4 Draufsicht auf die Kette aus 3, teilweise im Schnitt entlang der Linie IV-IV.
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1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kette 1.1. Bei der Kette 1.1 handelt es sich um eine Zahnkette, die teilweise im Schnitt dargestellt ist. Ganz rechts in 1 ist ein Bereich der Kette 1.1 mit einem vollständigen Außenkettenglied gezeigt, in dem daneben angeordneten Außenkettenglied ist die vordere Führungslasche weggelassen, so dass ein Blick auf die Innenkettenglieder ermöglicht wird. In dem linken Außenkettenglied sind auch die äußersten Innenkettenglieder weggelassen, so dass ein Blick auf die erste Kettenlasche des Außenkettenglieds ermöglicht wird.
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Die Kette 1.1 umfasst Innenkettenglieder 2 und versetzt dazu angeordnete Außenkettenglieder 3. Die Kettenlaschen 4 der Innenkettenglieder 2 sind als Zahnlaschen ausgebildet. Ebenso sind die Kettenlaschen 5 der Außenkettenglieder 3 als Zahnlaschen ausgebildet. Die äußersten Laschen jedes Außenkettenglieds 3 sind als Führungslaschen 6 ausgebildet. Die Außenkettenglieder 3 und die Innenkettenglieder 4 sind versetzt zueinander angeordnet und mittels Wiegegelenken 7 miteinander verbunden. Jedes Wiegegelenk 7 umfasst zwei Bolzen 8, 9. Der erste Bolzen 8 weist eine erste Wiegefläche 10 auf, die mit einer zweiten Wiegefläche 11 an dem zweiten Bolzen 9 zusammenwirkt. In jeder Kettenlasche 4 der Innenkettenglieder 2, jeder Kettenlasche 5 der Außenkettenglieder 3 und jeder Führungslasche 6 sind je zwei Laschenaugen 12, 13, 14 vorgesehen, in die Bolzen 8, 9 eingesteckt sind. Die Kettenlaschen 4 der Innenkettenglieder 2 und die Kettenlaschen 5 der Außenkettenglieder 3 sind im Wesentlichen identisch ausgebildet. Daher haben auch die Laschenaugen 12 der Kettenlaschen 4 der Innenkettenglieder 2 die selbe Form wie die Laschenaugen 13 der Kettenlaschen 5 der Außenkettenglieder 3. Diese Form der Laschenaugen 12, 13 ist an die Form der Bolzen 8, 9 angepasst und derart ausgebildet, dass ein Abrollen der Bolzen 8, 9 aufeinander beim Abrollen der Kette 1.1 an einem Kettenrad ermöglicht wird. Die Führungslaschen 6 sind auf die ersten Bolzen 8 der Außenkettenglieder 3 aufgepresst. Die Form der Laschenaugen 14 der Führungslaschen 6 entspricht daher im Wesentlichen der Form der ersten Bolzen 8.
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2 zeigt eine Draufsicht auf die Kette 1.1 aus 1, teilweise im Schnitt entlang der Linie II-II aus 1. Ganz rechts ist ein Bereich der Kette 1.1 mit einem vollständigen Außenkettenglied im Schnitt entlang der Linie II-II aus 1 gezeigt, in dem daneben angeordneten Außenkettenglied ist die untere Führungslasche weggelassen, so dass ein Blick auf die Innenkettenglieder ermöglicht wird. In dem linken Außenkettenglied sind auch die äußersten Innenkettenglieder weggelassen, so dass ein Blick auf die erste Kettenlasche 5 des Außenkettenglieds 3 ermöglicht wird. Auch in 2 ist wieder deutlich zu erkennen, dass die Kette 1.1 aus versetzt zueinander angeordneten Außenkettengliedern 3 und Innenkettengliedern 2 besteht. Jedes Außenkettenglied 3 setzt sich aus einer Mehrzahl von Kettenlaschen 5 zusammen, die als Zahnlaschen ausgebildet sind. Jede der Kettenlaschen 5 weist zwei Laschenaugen 13 auf, durch die die beiden Bolzen 8, 9 des Wiegegelenks 7 geführt sind. Als äußerste Lasche ist an jedem Außenkettenglied 3 eine Führungslasche 6 angebracht.
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Versetzt zu den Außenkettengliedern 3 sind die Innenkettenglieder 2 angeordnet. Auch die Innenkettenglieder 2 umfassen eine Mehrzahl von Kettenlaschen 4, die als Zahnlaschen ausgebildet sind. Die Kettenlaschen 4 der Innenkettenglieder 2 weisen ebenfalls zwei Laschenaugen 12 auf, die die gleiche Form wie die Laschenaugen 13 der Kettenlaschen 5 der Außenkettenglieder 3 haben. Die Kettenlaschen 4 der Innenkettenglieder 2 sind mittels der zweiten Bolzen 9 miteinander verbunden, die Kettenlaschen 5 der Außenkettenglieder 3 mittels der ersten Bolzen 8. Die äußeren Enden der Wiegelenkbolzen 8 sind in die Laschenaugen 14 der Führungslaschen 6 eingepresst. Die Wiegegelenkbolzen 9 sind kürzer als die Wiegegelenkbolzen 8, so dass die Führungslaschen 6 auf die Außenkettenglieder 3 aufgebracht werden können.
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Um eine Kette mit verbesserten Reibungs- und Verschleißeigenschaften bereitzustellen, ist zumindest eine der Wiegeflächen 10, 11 jedes Wiegegelenks 7 mit einer Hartstoffschicht versehen. Als Material für die die Wiegeflächen ausbildenden Bauteile, d. h. die ersten Bolzen 8 und zweiten Bolzen 9, kommen Stähle aus der Gruppe der Nitrierstähle, z. B. 34CrAlMo5, aus der Gruppe der Kohlenstoffstähle, z. B. C60E, aus der Gruppe der legierten Stähle, z. B. 59CrV4, und aus der Gruppe der Wälzlagerstähle, z. B. 100Cr6, infrage. Alle Stähle erfahren aber vor oder nach der Beschichtung eine Wärmebehandlung, um das Ausgangsmaterial für die hohen Anforderungen der Wälzfestigkeit zu ertüchtigen.
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Auf die die Wiegeflächen ausbildenden Bauteile können beispielsweise karbidische Beschichtungen, z. B. Chromkarbid, Vanadiumkarbid, Wolframkarbid, Niobkarbid, Titankarbid, etc. sowie deren Beschichtungsderivate, als Hartstoffschicht aufgebracht werden. Auch das Aufbringen einer nitridischen Beschichtung, beispielsweise Chromnitrid, Vanadiumnitrid, Wolframnitrid, Niobnitrid, Titannitrid, etc. sowie deren Beschichtungsderivate ist denkbar. Vorteilhafterweise sind die Bolzen 8, 9 an ihrer kompletten Oberfläche mit der Hartstoffschicht versehen. Dann ist ein einfaches Aufbringen der Hartstoffschicht auf den Bolzen 8, 9 möglich. Es können aber auch nur die Wiegeflächen 10, 11 der Bolzen 8, 9 beschichtet werden.
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Das Aufbringen der Hartstoffschicht kann mittels Inchromieren oder Vanadieren im CVD (Chemical Vapour Deposition) erfolgen. Beim Aufbringen karbidischer Schichten muss der Kohlenstoffgehalt des Stahls mindestens 0,5% betragen. Vorzugsweise werden als Material für die Bolzen 8, 9 dann C60E oder 59CrV4 eingesetzt. Es ist auch ein Aufkohlen von Stählen mit geringem Kohlenstoffgehalt (z. B. 34CrAlMo5) möglich. Damit wird ausreichendes C-Potential für die Karbidbildung zur Verfügung gestellt. Bei karbidischen Schichten wie z. B. Chromkarbid sind die entstehenden Schichtdicken zwischen 8 und 25 um. Höhere Schichtdicken führen meist zu Ausbrüchen bei Belastungen, da sich der vergleichsweise zähe Grundwerkstoff (z. B. bei Biegung) verformt und die harten karbidischen Schichten kaum Zähigkeit besitzen und somit abplatzen. In CVD-Prozessen werden die Bauteile prozessbedingt komplett beschichtet. Auch innen liegende Geometrien wie der Innenbereich einer Hülse können so beschichtet werden.
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Es ist auch möglich, die Beschichtung mittels eines PVD-Verfahrens (Physical Vapour Deposition) durchzuführen. So lässt sich beispielsweise eine Chromnitrid (CrN) Schicht aufbringen. Durch PVD werden meist nitridische Schichten hergestellt, es sind aber auch karbidische Schichten möglich. Die Schichten sind ob der ohnehin schon langen Prozesszeiten meist nur zwischen 1 und 5 μm dick. Meist verwendet man speziell einen 1000r6-Stahl als Grundwerkstoff für PVD-erzeugte Schichten. Es ist aber auch denkbar, andere Werkstoffe, vorzugsweise günstigerer Werkstoffe, so zu beschichten. So könnte z. B. auch ein Kohlenstoffstahl (z. B. C60E) zum Einsatz kommen. In PVD-Prozessen werden vor allem Außenkonturen beschichtet, da man die zu beschichtende Fläche idealerweise möglichst senkrecht zum Target ausrichtet. Bei Innenkonturen wäre es daher mehr dem Zufall überlassen, welche Bereiche wie stark beschichtet würden.
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Die oben beschriebenen Schutzschichten aus Hartstoff haben eine sehr gute Verschleißbeständigkeit und können hohe Hertzsche-Pressungen übertragen ohne dass es zu Materialermudungen und anschließenden Brüchen führt. Mit dem erfindungsgemäßen, hartstoffbeschichteten Wiegegelenk ist es möglich, eine Zahnkette 1.1 bereitzustellen, die, bedingt durch das Wiegegelenk, geringe Reibung aufweist und aufgrund der Beschichtung mit Hartstoff nur geringem Verschleiß unterliegt. Zudem wird der gewünschte stoß- und vibrationsarme sowie ruhige Lauf der Kette erreicht.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kette 1.2. In 3 ist die Kette 1.2 teilweise im Schnitt entlang der Linie III-III aus 4 dargestellt. Die Kette 1.2 umfasst wieder Innenkettenglieder 16 und versetzt dazu angeordnete Außenkettenglieder 17. Die Innenkettenglieder 16 und die Außenkettenglieder 17 sind 'mittels Kettengelenken miteinander verbunden. Die Kettengelenke sind als Wiegegelenke 18 ausgebildet. Jedes Wiegegelenk 18 umfasst eine Hülse 19 und einen in der Hülse 19 angeordneten Bolzen 20. Im Inneren jeder Hülse 19 ist ein in Längsrichtung verlaufender konvexer Bereich 21 angeordnet, der eine erste Wiegefläche 22 ausbildet. Zudem ist an jedem Bolzen 20 eine zweite Wiegefläche 23 ausgebildet. Die beiden Wiegeflächen 22, 23 liegen aneinander an und rollen aneinander ab, wenn die Kette 1.2 über ein Kettenrad geführt wird.
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In 4 ist die Kette 1.2 aus 3 in der Draufsicht, teilweise im Schnitt entlang der Linie IV-IV aus 3 gezeigt. Es sind deutlich die Innenkettenglieder 16 mit den versetzt dazu angeordneten Außenkettengliedern 17 zu erkennen. Die Innenkettenglieder 16 umfassen jeweils zwei Kettenlaschen 24. Jede der Kettenlaschen 24 umfasst zwei Laschenaugen 25. Die beiden Kettenlaschen 24 der Innenkettenglieder 16 sind parallel zueinander angeordnet und über zwei jeweils in die Laschenaugen 25 der Kettenlaschen 24 eingepresste Hülsen 19 miteinander verbunden.
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Auch jedes Außenkettenglied 17 umfasst zwei Kettenlaschen 26, die parallel zueinander angeordnet sind. Die Kettenlaschen 26 der Außenkettenglieder 17 weisen ebenfalls jeweils zwei Laschenaugen 27 auf, in die die Bolzen 20 eingesteckt sind. Die Bolzen 20 verlaufen durch das Innere der Hülsen 19. So wird durch die Hülsen 19 und die Bolzen 20 das Wiegegelenk 18 ausgebildet.
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Bei der in den 3 und 4 gezeigten Kette 1.2 handelt es sich um eine Hülsenkette. Um eine reibungs- und verschleißarme Kette 1.2 bereitzustellen, ist zumindest eine der Wiegeflächen 22, 23 des Wiegegelenks 18 mit einer Hartstoffschicht beschichtet. Diese Hartstoffschicht entspricht der in Bezug auf Kette 1.1 aus 1 und 2 beschriebenen Hartstoffschicht. Als Hartstoffschicht kann beispielsweise eine karbidische Schicht, zum Beispiel Chromkarbid, Vanadiumkarbid, Wolframkarbid, Niobkarbid, Titankarbid, etc., sowie deren Beschichtungsderivate vorgesehen werden. Es ist aber auch möglich, eine nitridische Schicht, beispielsweise Chromnitrid, Vanadiumnitrid, Wolframnitrid, Niobnitrid, Titannitrid, etc. sowie deren Beschichtungsderivate, auf eine der Wiegeflächen 22, 23 aufzubringen. Das Aufbringen der Hartstoffschicht kann beispielsweise mittels der bereits beschriebenen Verfahren, z. B. mittels CVD (Chemical Vapour Deposition) erfolgen. Gut bekannt ist z. B. Inchromieren oder Vanadieren. Auch das bereits beschriebene PVD-Verfahren (Physical Vapour Deposition) ist vorstellbar. Dadurch lässt sich eine Chromnitrid (CrN) Schicht aufbringen.
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Um das Herstellverfahren möglichst einfach zu gestalten, kann vorgesehen werden, dass der komplette Bolzen 20 mit der Hartstoffschicht versehen wird. Es können aber auch nur Teilbereiche des Bolzens 20, z. B. nur die Wiegefläche 23 des Bolzens 20, beschichtet werden. Auch ist es denkbar, nur die Hülse 19 oder nur Teilbereiche der Hülse 19, z. B. nur die Wiegefläche 22 der Hülse 19 zu beschichten.
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Ein besonders verschleißfestes Wiegegelenk wird aber dann ermöglicht, wenn sowohl das Innere der Hülse 19 als auch der Bolzen 20 mit der Hartstoffschicht beschichtet werden. Durch ein derart ausgestaltetes Wiegegelenk können Ketten mit einem ähnlichen Verschleißverhalten wie die bekannten Ketten mit Bolzengelenken bereitgestellt werden, die allerdings zu deutlich geringeren Verlustleistungen im Kettentrieb führen, was sich insgesamt auf den CO2-Ausstoß eines Fahrzeugs positiv auswirkt.
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Insbesondere zeichnen sich die in Bezug auf die 1 bis 4 beschriebenen, mit einer Hartstoffschicht beschichteten Wiegeflächen dadurch aus, dass eine hohe Beständigkeit gegen die Verbrennungsrückstände, die in der Ölumgebung des Steuertriebs anfallen, gegeben ist. Ketten mit diesen mit einer Hartstoffschicht versehenen Wiegegelenke können daher in Steuertrieben, Nebenaggregatstrieben, Massenausgleichstrieben und Ölpumpentrieben zur Verwendung kommen.
