DE10311915A1

DE10311915A1 - Verschleißfeste Kette

Info

Publication number: DE10311915A1
Application number: DE10311915A
Authority: DE
Inventors: Takerou Nakagawa; Shigeo Tamura
Original assignee: Tsubakimoto Chain Co
Current assignee: Tsubakimoto Chain Co
Priority date: 2002-03-19
Filing date: 2003-03-17
Publication date: 2003-10-02
Also published as: GB0305186D0; GB2388175A; GB2388175B; JP2003269549A; US20030177752A1; US6666013B2

Abstract

Eine Kette, bei der keine Wasserstoff-Versprödung erzeugt wird, ist aus Bestandteilen (R) gebildet, die eine erhöhte Verschleißfestigkeit aufweisen. Zumindest ein Teil der Kette, beispielsweise eine Oberfläche (R1, R2, R3), ist mit einer diamantartigen amorphen Kohlenstoffschicht (DLC) beschichtet. Des Weiteren sind metallische Partikel in die diamantartige amorphe Kohlenstoffschicht (DLC) dispergiert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine verschleißfeste Kette mit Bestandteilen, die mit anderen Bestandteilen eingreifen. Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung Ketten, die gelenkig schwenken und gleiten, beispielsweise eine Kette zur Kraftübertragung, eine Kette zur Kabelführung, eine Förderkette oder dergleichen.
Als Mittel zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit einer Kette, die gelenkig schwenkt und gleitet, offenbart der Stand der Technik eine Bleiauflage oder eine Nickelauflage auf den Oberflächen der Bestandteile, die die Kette bilden, ein Bilden einer gehärteten Schicht aus einem Metallkarbid oder einem Metallnitrid, einen MoS₂- Heizvorgang und ein Sulfurisieren mittels FeS, wozu auf die japanischen Patentveröffentlichungen Nr. 3122037 und 3199225 verwiesen wird.
Wenn Oberflächen eines Teils einer Kette einer Bleibeschichtung oder Nickelbeschichtung unterworfen werden, wird Wasserstoff, der beim Beizen bei dem vorherigen Schritt oder dem Beschichten erzeugt worden ist, in einer Metallstruktur eines Teils der Kette absorbiert, wodurch eine Wasserstoff-Versprödung bei der Bildung eines Schichtfilms erzeugt wird und die mechanische Festigkeit des Teils merklich reduziert wird.
Des Weiteren weist die gehärtete Schicht aus Metallnitrid oder Metallkarbid oder dergleichen im Vergleich mit einer durch Plattieren erzeugten Bleischicht oder Nickelschicht eine verbesserte Verschleißfestigkeit auf. Da die Erfordernisse an hohe Geschwindigkeit und hohe Last für Ketten kürzlich gesteigert worden sind, ist jedoch eine weitere Verbesserung der Verschleißfestigkeit erforderlich. Des Weiteren kann die Heizbehandlung oder die Sulfurisierbehandlung nur bei metallischen Materialien angewendet werden und nicht bei Kettenbestandteilen aus Kunststoff, die bei jüngeren Entwicklungen erforderlich sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verschleißfeste Kette mit höherer Verschleißfestigkeit bereitzustellen, bei der keine Wasserstoff- Versprödung stattfindet.
Die voranstehende Aufgabe ist durch eine verschleißfeste Kette mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach ist die verschleißfeste Kette derart ausgestaltet und weitergebildet, dass eine Oberfläche zumindest eines die Kette bildenden Bestandteils mit einer diamantartigen amorphen Kohlenstoffschicht versehen ist.
Des Weiteren könnte eine verschleißfeste Kette dadurch gekennzeichnet sein, dass zusätzlich zu dem Aufbau der verschleißfesten Kette metallische Partikel in der diamantartigen amorphen Kohlenstoffschicht dispergiert oder feinst verteilt sind.
Die Ketten gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen alle Ketten, die gelenkig schwenken und gleiten, beispielsweise eine Kraftübertragungskette, die bei einem Motor oder dergleichen verwendet wird, eine Förderkette, die bei einer Verteilungs- Beförderung verwendet wird, eine Kabelführungskette zum Schutz und zur Führung eines Kabels oder ähnliche Ketten. Des Weiteren kann die Erfindung auf Ketten angewendet werden, die aus jeglichem Material hergestellt sind, beispielsweise aus Metall, Kunstharz oder anderen Materialien. Der diamantartige amorphe Kohlenstoff (DLC) ergibt einen Kohlenstoffbeschichtungsfilm, der Eigenschaften aufweist, die einem Diamanten ähnlich sind, und der Kohlenstoffbeschichtungsfilm ist eines von neuen Materialien einer harten Dünnschicht. Jedoch ist bis jetzt kein diamantartiger amorpher Kohlenstoff (DLC) für die Verwendung als ein Beschichtungsfilm oder eine Beschichtung einer Kette berücksichtigt worden. Die vorliegende Erfindung ist aufgrund der Entdeckung der Tatsache gemacht worden, dass wenn ein diamantartiger amorpher Kohlenstoff, der bislang noch nicht berücksichtigt worden ist, als Beschichtungsfilm oder Beschichtungsmaterial für eine Kette verwendet wird, eine exzellente Verschleißfestigkeit erhalten wird.
Wenn die vorliegende Erfindung die oben beschriebene Bauteilbeschichtung aufweist, werden daher die folgenden besonderen Wirkungen erhalten.
Gemäß der Erfindung wird ein eingegrenzter Oberflächenbereich zumindest eines der Bestandteile, die die Kette bilden, welcher dem größten Verschleiß unterworfen ist, mit einer diamantartigen amorphen Kohlenstoffschicht beschichtet, wodurch die Erzeugung von Wasserstoff-Versprödung vermieden und die Verschleißfestigkeit erhöht wird.
Gemäß einem zusätzlichen Aspekt der Erfindung werden metallische Partikel in die diamantartige amorphe Kohlenstoffschicht dispergiert oder feinst verteilt. Folglich wird die innere Spannung der Beschichtung reduziert und die Haftkraft der Beschichtung an dem Material eines Bestandteils einer Kette erhöht. Des Weiteren wird.die Festigkeit der Beschichtung erhöht und wird eine resultierende Eigenschaft des beschichteten Bestandteils hinsichtlich des Widerstehens gegen eine plastische Deformation des Materials ebenfalls verbessert. Da die verschleißfeste Kette einen geringen Verschleißkoeffizienten oder Reibungskoeffizienten aufweist, ist zusätzlich die Verschleißfestigkeit der Kette weiter erhöht und ist gleichzeitig die Flexibilität der Kette erhöht, wodurch das Auftreten von Lärm und fremden Geräuschen vermindert ist.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kette anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer verschleißfesten Kette gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist eine Draufsicht einer Lasche der verschleißfesten Kette aus Fig. 1.
Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Vickers-Härte einer diamantartigen amorphen Kohlenstoffschicht, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, im Vergleich mit Beschichtungen gemäß dem Stand der Technik zeigt.
Fig. 4 ist eine Tabelle, die die Werte physikalischer Eigenschaften der diamantartigen amorphen Kohlenstoffschichten, die bei den Beispielen 1 und 2 der vorliegenden Erfindung verwendet werden, und vergleichender Beispiele gemäß dem Stand der Technik zeigt.
Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Ausführungsbeispiel zeigt, bei dem die vorliegende Erfindung bei einer Rollenkette verwendet wird.
Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Ausführungsbeispiel zeigt, bei dem die vorliegende Erfindung bei einer Kabelführungskette verwendet wird.
Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Ausführungsbeispiel zeigt, bei dem die vorliegende Erfindung bei einer Kunststoffkette verwendet wird.
Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. Fig. 1 zeigt die vorliegende Erfindung bei ihrer Anwendung auf eine Zahnkette 10. Die Zahnkette 10 weist drei Laschen R in einer Verbindungsreihe A und vier Laschen P in einer Führungsreihe B auf. In Fig. 1 ist bei zwei Laschen ein Teil abgebrochen, so dass die innere Struktur verstanden werden kann. Die Laschen R der Verbindungsreihe A sind auf dem Stift Q schwenkbar gelagert, und die Laschen P der Führungsreihe B sind mit ihrer Schwenkbegrenzung an dem Stift Q befestigt. Jede Lasche R in der Verbindungsreihe A ist auf einer Seite gabelförmig ausgebildet. Die äußeren Flanken der gabelförmigen Abschnitte umfassen zwei Oberflächen R1 auf beiden Seiten, welche mit einem Kettenrad eingreifen, und die inneren Flanken der gabelförmigen Abschnitte umfassen zwei Oberflächen R2, die ebenfalls mit einem Kettenrad eingreifen. Die Oberflächen R1 und R2 sind eingegrenzte Oberflächenbereiche, die normalerweise dem größten Verschleiß unterworfen sind.
Deshalb weist die Lasche R in der Verbindungsreihe A im Vergleich mit der Lasche P in der Führungsreihe B einen größeren Verschleiß auf der inneren Oberfläche und auf der Eingriffsfläche des Stiftlochs auf. Folglich sind die äußeren Oberflächen R1 und die inneren Oberflächen R2 der gabelförmigen Abschnitt mit einer diamantartigen amorphen Kohlenstoffschicht - DLC - beschichtet.
Fig. 3 zeigt die Vickers-Härten von diamantartigen amorphen Kohlenstoffschichten oder -schichtfilmen, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden, gemeinsam mit Metallnitriden und Metallkarbiden, die Materialien von herkömmlichen Kettenbeschichtungen oder -beschichtungsfilmen sind. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, weisen die diamantartigen amorphen Kohlenstoffbeschichtungen oder -beschichtungsfilme eine signifikantere Vickers-Härte im Vergleich mit der Vickers-Härte der Metallnitride und der Metallkarbide auf.
Fig. 4 zeigt die Werte physikalischer Eigenschaften einer diamantartigen amorphen Kohlenstoffschicht - DLC -, die bei einem ersten Beispiel - Beispiel 1 - der vorliegenden Erfindung verwendet wird, und eines Beschichtungsmaterials, bei dem Wolfram in eine diamantartige amorphe Kohlenstoffschicht dispergiert ist und das bei einem zweiten Beispiel - Beispiel 2 der Fig. 3 und 4 - der vorliegenden Erfindung - Me-DLC - verwendet ist, sowie die Werte physikalischer Eigenschaften von herkömmlichen Metallnitriden - Vergleichsbeispiele 1, 2 und 3 gemäß Fig. 4. Obgleich die Härte der DLC-Schicht mit dem dispergierten Wolfram, welche bei dem zweiten Beispiel verwendet wird, geringer ist als die Härte der DLC-Schicht, die bei dem ersten Beispiel verwendet wird, und im Wesentlichen gleich groß wie bei herkömmlichen Metallnitriden ist, weist der Reibungskoeffizient der DLC-Schicht mit dem dispergierten Wolfram gemäß dem zweiten Beispiel wie die DLC-Schicht gemäß dem ersten Beispiel einen extrem niedrigen Wert auf, d. h. etwa 1/10 des Werts eines herkömmlichen Metallnitrids. Des Weiteren weist die DLC-Schicht mit dem dispergierten Wolfram im Vergleich mit der DLC-Schicht eine signifikant verminderte innere Spannung in dem Beschichtungsfilm oder in der Beschichtung auf, wobei es unwahrscheinlich ist, dass die DLC-Schicht mit dem dispergierten Wolfram abplatzt. Daher ist die DLC-Schicht mit dem dispergierten Wolfram gemäß dem zweiten Beispiel besonders herausragend als Schichtmaterial für eine Kette, auf die ein großer Oberflächendruck und große Stöße ausgeübt werden, und für eine Kette, die in einer Umgebung verwendet wird, wo eine große Temperaturveränderung stattfindet. Es sei bemerkt, dass obwohl bei dem zweiten Beispiel Partikel aus Wolfram als metallische Partikel verwendet sind, die in eine diamantartige amorphe Kohlenstoffschicht dispergiert sind, auch andere metallische Partikel wie beispielsweise Partikel aus Chrom oder Titan verwendet werden können.
Bei der vorliegenden Erfindung kann als Verfahren zur Bildung einer diamantartigen amorphen Kohlenstoffschicht - DLC - ein bekanntes DLC-Schichtbildeverfahren verwendet werden. Konkrete Verfahren zur Bildung der DLC-Schicht umfassen ein Hochfrequenzplasma-CVD-Verfahren, wobei ein Kohlenwasserstoffgas als reaktives Gas verwendet wird, ein Ionenstrahl-Aufdampf-Verfahren, bei dem Ionen mit kontrollierter kinetischer Energie auf ein Substrat in einer Hochvakuum-Atmosphäre gestrahlt werden, und ein Vakuum-Lichtbogen- oder Sputter-Verfahren, bei dem feine Kohlenstoffpartikel mittels eines Vakuum-Lichtbogens oder eines Sputterns von festem Kohlenstoff erzeugt werden. Da die diamantartige amorphe Kohlenstoffschicht bei der vorliegenden Erfindung - wie oben beschrieben - durch die trockenen Verfahren erzeugt wird, kann sie bei Kunstharz angewendet werden. Wenn sie bei Metall angewendet wird, wird des Weiteren Wasserstoff bei den schichtbildenden Schritten nicht in die metallischen Bestandteile einer Kette eingebracht und wird keine Wasserstoff-Versprödung erzeugt, wodurch eine Verminderung der mechanischen Festigkeit verhindert werden kann.
Die Fig. 5 bis 7 zeigen weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung. Insbesondere die Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel bei dem eine Beschichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bei einer Rollenkette 20 angewendet wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die äußere Oberfläche eines Stifts 25, die eine Gleitfläche der Rollenkette 20 ist, die inneren und äußeren Umfangsflächen einer Hülse 22, die inneren und äußeren Umfangsflächen einer Rolle 23 und ein Gleitabschnitt und Endflächen einer Lasche 24 einer diamantartigen amorphen Kohlenstoffbeschichtung - DLC - unterworfen worden.
Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die vorliegenden Erfindung auf eine Kabelführungskette 30 angewendet ist, die Kabel schützt und führt. Bei diesem Ausführungsbeispiel weisen die Gleitfläche einer Lasche 32 und die Seitenflächen von Verbindungsstiften 37, die zwischen den Laschen 32 koppelnd angeordnet sind, und die Seitenflächen von die Schwenkung begrenzenden Stiften 38 eine diamantartige amorphe Kohlenstoffschicht - DLC - auf.
Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die vorliegende Erfindung bei einer Kunststoffkette 40 angewendet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel weisen die äußeren Umfangsflächen von Stiften 44, die äußeren Flächen von Hülsen 42, die mit einem Kettenrad eingreifen, die äußeren Oberflächen von oberen Platten 41, die Lastflächen für zu befördernde Gegenstände sind, und die inneren und äußeren Oberflächen von Kettengliedkörpern 43 eine diamantartige amorphe Kohlenstoffschicht - DLC - auf.
Bei den oben erwähnten Ausführungsbeispielen weisen die Oberflächen von Bestandteilen, die eine Kette bilden, eine diamantartige amorphe Kohlenstoffschicht - DLC - auf. Durch das Aufbringen von ebenfalls einer diamantartigen amorphen Kohlenstoffschicht - DLC - auf die Oberflächen eines Kettenrads, das gemeinsam mit einer Kette verwendet wird, können die Erhöhung der Haltbarkeit und das Unterdrücken von Lärm und fremden Geräuschen in der gesamten Vorrichtung, in der eine Kette verwendet wird, realisiert werden.
Wie oben beschrieben, weist die verschleißfeste Kette gemäß der vorliegenden Erfindung die folgenden besonderen Wirkungen auf:
Da ein eingegrenzter Oberflächenbereich zumindest eines der Bestandteile, die eine Kette bilden, welcher dem größten Verschleiß unterworfen ist, eine diamantartige amorphe Kohlenstoffschicht aufweist, kann bei einer verschleißfesten Kette mit einer Schicht gemäß Beispiel 1 die Verminderung der mechanischen Festigkeit aufgrund einer Wasserstoff-Versprödung verhindert werden und kann eine hohe Verschleißfestigkeit für eine lange Zeitdauer aufrecht erhalten werden.
Bei einer verschleißfesten Kette mit einer Schicht gemäß Beispiel 2 sind zusätzlich zu der Wirkung der verschleißfesten Kette mit einer Schicht gemäß Beispiel 1 Metallpartikel in die diamantartige amorphe Kohlenstoffschicht dispergiert. Folglich ist die innere Spannung der Schicht vermindert und ist die Haftkraft der Schicht an dem Material eines Bestandteils einer Kette erhöht. Des Weiteren ist die Festigkeit der Schicht erhöht und ist eine resultierende Eigenschaft des beschichteten Bestandteils im Hinblick auf das Widerstehen gegen eine plastische Deformation ebenfalls verbessert. Deshalb kann in einer Umgebung, in der ein hoher Oberflächendruck oder ein großer Stoß ausgeübt wird, oder in einer Umgebung, in der eine große Temperaturveränderung stattfindet, die Verschleißfestigkeit einer Kette für eine lange Zeitdauer aufrecht erhalten werden. Da der Reibungskoeffizient der Kette gering wird, ist des Weiteren die Verschleißfestigkeit der Kette weiter erhöht und ist die Flexibilität der Kette ebenfalls erhöht, wodurch Lärm und fremde Geräusche vermindert sind.

Claims

1. Verschleißfeste Kette (10; 20; 30; 40) mit Bestandteilen (R; 21, 22, 23, 24, 25; 42), die mit anderen Bestandteilen eingreifen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche (R1, R2, R3) zumindest eines Bestandteils (R; 21, 22, 23, 24, 25; 42) mit einer diamantartigen amorphen Kohlenstoffschicht (DLC) beschichtet ist.

2. Kette (10; 20; 30; 40) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kette (10; 20; 30; 40) metallische Partikel aufweist, die in der diamantartigen amorphen Kohlenstoffschicht (DLC) dispergiert sind.

3. Kette (10; 20; 30; 40) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Partikel aus Wolfram bestehen.

4. Kette (10; 20; 30; 40) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Partikel aus Chrom bestehen.

5. Kette (10; 20; 30; 40) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Partikel aus Titan bestehen.

6. Kette (10; 20; 30; 40) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (DLC) auf eine eingegrenzte Oberfläche (R1, R2, R3) zumindest eines Bestandteils (R; 21, 22, 23, 24, 25; 42) aufgebracht ist, wobei die eingegrenzte Oberfläche (R1, R2, R3) eine Oberfläche (R1, R2, R3) ist, die dem höchsten Verschleiß unterworfen ist.

7. Kette (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kette (10) Laschen (R) mit einer gabelförmigen Flanke zum Eingriff mit einem Kettenrad aufweist und dass die Schicht (DLC) auf eingegrenzte Oberflächenbereiche (R1, R2) der Flanke aufgebracht ist, die dem höchsten Verschleiß unterworfen sind.

8. Kette (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Laschen (R) Stiftlöcher aufweisen und dass die Schicht (DLC) auf innere Oberflächen (R3) der Stiftlöcher aufgebracht ist.

9. Kette (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kette (20) Laschen (21, 24), Rollen (23), Hülsen (22) und Stifte (25) aufweist und dass die Schicht (DLC) auf eingegrenzte Oberflächenbereiche der Laschen (21, 24) und/oder Rollen (23) und/oder Hülsen (22) und/oder Stifte (25) aufgebracht ist, die dem höchsten Verschleiß unterworfen sind.

10. Kette (40) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kette (40) Kettengliedkörper (43) aus Kunststoff mit Lastflächen aufweist und dass die Schicht (DLC) auf die Lastflächen aufgebracht ist, die dem höchsten Verschleiß unterworfen sind.

11. Kette (40) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kette (40) einen Stift (44) und eine Hülse (42) mit einer äußeren Oberfläche aufweist und dass die Schicht (DLC) auf die äußere Oberfläche der Hülse (42) aufgebracht ist.