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Die vorliegende Erfindung betrifft eine verschleißfeste Kette mit einer zwei Enden
aufweisenden Hülse, einem Paar von inneren Laschen, die Hülsenlöcher
aufweisen, wobei die Enden der Hülse in die Hülsenlöcher eingepresst sind, einem Paar
von äußeren Laschen, die Stiftlöcher aufweisen, und einem Verbindungsstift, wobei
der Verbindungsstift drehbar in der Hülse angeordnet ist und zwei Enden aufweist,
die in die Stiftlöcher eingepresst sind, und wobei das Paar von äußeren Laschen an
den Außenseiten der inneren Laschen angeordnet ist.
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Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung Hülsenketten und Rollenketten,
die in Kraftübertragungsvorrichtungen oder Förderern in Fahrzeugen und
industriellen Maschinen und dergleichen verwendet werden.
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Als Kraftübertragungsmittel, die in Kraftübertragungsvorrichtungen von Fahrzeugen
verwendet werden, sind in jüngerer Zeit zunehmend metallische Hülsenketten und
Rollenketten anstelle von Zahnriemen verwendet worden, die aufgrund der
Forderungen nach hoher Last, hoher Geschwindigkeit und Wartungsfreiheit oft verwendet
worden sind.
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Eine herkömmliche Kette wie beispielsweise eine Hülsenkette ist derart aufgebaut,
dass beide Enden einer zylindrischen Hülse in Hülsenlöcher eines Paars von
inneren Laschen jeweils eingepresst sind und dass beide Enden eines
Verbindungsstifts, der drehbar in der Hülse angeordnet ist, in Stiftlöcher eines Paars von
äußeren Laschen eingepresst sind, die an beiden äußeren Seiten des Paars von inneren
Laschen angeordnet sind. Des Weiteren ist eine Hülsenkette derart ausgebildet,
dass eine Rolle drehbar auf einer Hülse einer Hülsenkette angeordnet ist.
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Bei diesen Typen herkömmlicher Ketten ist als das Grundmaterial eines
Verbindungsstifts und einer Hülse ein legierter Chrom-Molybdän-Stahl oder ein Hartstahl,
der Kohlenstoff mit 0,7-1,1 Gewichtsprozent aufweist, aus dem Blickwinkel einer
leichten Verfügbarkeit und der Materialkosten verwendet worden. Dabei werden die
Oberflächen der Verbindungsstifte einer Oberflächenbehandlung wie beispielsweise
einem Aufkohlen oder Karbonitrieren unterworfen, um einen Verschleiß des
Verbindungsstifts zu unterdrücken.
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Des Weiteren ist zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit gemäß der japanischen
Patentanmeldung Nr. 2000-121311 vorgeschlagen worden, eine aufgesprühte
Schicht aus Keramik oder dergleichen auf der Oberfläche eines Verbindungsstifts
und der Innenfläche einer Hülse zu bilden.
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Jedoch ist bezüglich der oben erwähnten Hülsenkette oder Rollenkette berichtet
worden, dass trotz der Oberflächenbehandlung oder der Bildung einer
aufgesprühten Schicht auf der Oberfläche des Verbindungsstifts oder der Oberfläche der Hülse
einige Ketten vorliegen können, die eine erwartete Beständigkeit nicht zeigen.
Solche Ketten verschleißen in ungewöhnlicher Weise, wenn sie als Steuerkette oder
dergleichen eines Kraftfahrzeugs verwendet werden. Daher war das Überwinden
der ungewöhnlichen verschleißbedingten Längung einer Kette zur weiteren
Erhöhung der Zuverlässigkeit eines Motors eine dringende Aufgabe. Eine
verschleißbedingte Längung tritt auf, wenn Komponenten der Kette Verschleiß zeigen und die
Komponenten locker werden, was dann dazu führt, dass sich die Kette längt und
auf den Kettenrädern locker wird, die die Kette antreiben. Daher haben die
vorliegenden Erfinder die Aufgabe ernsthaft studiert und herausgefunden, dass die
ungewöhnliche verschleißbedingte Längung der Kette durch die Tatsachen erzeugt
wird, dass sich ein Schmieröl in einem Motor extrem verschlechtert und nach der
Oxidation des Schmieröls einen pH-Wert von 3,0 oder weniger aufweist und dass
die innere Oberfläche der Hülse durch ein Schmieröl korrodiert, das einen hohen
Oxidationsgrad aufweist, wodurch der Verschleiß auf der inneren Oberfläche der
Hülse beschleunigt wird. Die vorliegenden Erfinder haben des Weiteren
herausgefunden, dass wenn die Materialien des Verbindungsstifts und der Hülse dieselben
sind, beide dazu neigen, aneinander anzuhaften, so dass der Verschleiß weiter
beschleunigt wird.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgage zugrunde, die oben genannten
Probleme zu lösen, die herkömmliche Ketten aufweisen, und eine verschleißfeste
Kette bereitzustellen, die eine lange Zeitdauer problemlos gelenkig schwenkt und
gleitet, ohne dass eine ungewöhnliche verschleißbedingte Längung erzeugt wird,
und zwar selbst wenn sie mit einem extrem verschlechterten Schmieröl verwendet
wird, das einen hohen Oxidationsgrad aufweist.
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Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe gemäß einem ersten Aspekt der
vorliegenden Erfindung durch eine verschleißfeste Kette mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 gelöst. Danach ist die Kette derart ausgestaltet und
weitergebildet, dass die Hülse ein Grundmaterial aus einem rostfreien Austenit-Stahl, einem
rostfreien Martensit-Stahl, einem Ausscheidungshärtungs-Stahl, einem
kohlenstoffreichen Chrom-Lagerstahl oder einem legierten Werkzeugstahl aufweist, die jeweils
einer Aushärtung unter Wärmeeinwirkung unterzogen worden sind. Hierbei ist die
Wärmeeinwirkung oder Wärmebehandlung nicht auf eine spezielle
Wärmeeinwirkung oder Wärmebehandlung eingeschränkt, sondern es können
Wärmeeinwirkungen oder Wärmebehandlungen verwendet werden, die üblicherweise als
Oberflächen-Wärmebehandlung von Stahlmaterialien verwendet werden. Da ein
Unterschied hinsichtlich der Effekte der jeweiligen Wärmeeinwirkung oder
Wärmebehandlung zwischen den Grundmaterialien vorliegt, ist es jedoch bevorzugt, auf die
verwendeten Grundmaterialien abgestimmte Arten der Wärmeeinwirkung oder
Wärmebehandlung auszuwählen. Im Konkreten ist für einen rostfreien Austenit-
Stahl ein Tuftride-Verfahren, das als weich machendes Salzbadnitrieren bezeichnet
wird, das eines der Nitrier-Verfahren ist, geeignet und für einen rostfreien Martensit-
Stahl ein Aufkohlhärte-Verfahren.
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Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe gemäß einem zweiten Aspekt
der vorliegenden Erfindung durch eine verschleißfeste Kette mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 5 gelöst, die derart ausgestaltet und weitergebildet ist, dass
eine Schicht aus zumindest TiN, CrN, DLC, Al2O3, Mo, TiAIN, TiC, TiCN, AIN, Si3N4,
SiC oder NiP auf zumindest der inneren Oberfläche der Hülse ausgebildet ist.
Hierbei bedeutet DLC eine Kohlenstoffschicht, die Eigenschaften aufweist, die
denjenigen des Diamanten ähnlich sind, wobei diese Kohlenstoffschicht als diamantartiger
amorpher Kohlenstoff bekannt ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung ist die
voranstehende Aufgabe dadurch gelöst, dass zusätzlich zu den voranstehenden
Ausführungen der Erfindung eine metallische harte Schicht, die zumindest Cr, V, Nb, Ti, Zr,
Ta, Mo oder W aufweist, auf eine Oberfläche des Verbindungsstifts aufgebracht ist.
Hierbei können als die metallische harte Schicht Beschichtungen aus Metallkarbid,
Metallnitrid, Metalloxid, metallischem Karbonitrid und dergleichen verwendet
werden. Jedoch ist im Hinblick auf ein leichtes Beschichten, die Affinität zu dem
Grundmaterial und dergleichen eine Beschichtung aus Metallkarbid besonders
bevorzugt.
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Gemäß einem zusätzlichen Merkmal der vorliegenden Erfindung wird die
voranstehende Aufgabe bei jedem der voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele
der Erfindung durch die Tatsache gelöst, dass der Verbindungsstift und die Hülse
voneinander verschiedene Materialien als das Grundmaterial verwenden.
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Bei der verschleißfesten Kette gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ist als das
Grundmaterial einer Hülse ein Stahl verwendet, der unter einem rostfreien Austenit-
Stahl, einem rostfreien Martensit-Stahl, einem Ausscheidungshärtungs-Stahl, einem
kohlenstoffreichen Chrom-Lagerstahl und einem legierten Werkzeugstahl
ausgewählt ist, wobei jeder einer Wärmeeinwirkung oder Wärmebehandlung unterzogen
ist. Folglich ist die Oxidationsbeständigkeit der Hülse erhöht und kann eine Kette für
eine lange Zeitdauer problemlos gelenkig schwenken und gleiten, ohne dass eine
ungewöhnliche verschleißbedingte Längung erzeugt wird, und zwar selbst in einer
oxidierenden Atmosphäre.
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Bei der verschleißfesten Kette gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden
Erfindung ist auf zumindest der inneren Oberfläche der Hülse eine Schicht ausgebildet,
die zumindest aus einem Material besteht, das unter TiN, CrN, DLC, Al2O3, Mo, TiAIN,
TiC, TiCN, AIN, Si3N4, SiC und NiP ausgewählt ist. Folglich ist die
Oxidationsfestigkeit der Hülse erhöht und kann eine Kette für eine lange Zeitdauer problemlos
gelenkig schwenken und gleiten, ohne dass eine ungewöhnliche verschleißbedingte
Längung erzeugt wird, und zwar selbst in einer oxidierenden Atmosphäre.
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Zusätzlich zu der Wirkung, die durch die verschleißfeste Kette mit
Stahlkomponenten oder beschichteten Komponenten erreicht wird, ist gemäß einem weiteren
Merkmal eine metallische harte Schicht auf eine Oberfläche des Verbindungsstifts
aufgebracht, welche zumindest ein Metall aufweist, dass unter Cr, V, Nb, Ti, Zr, Ta,
Mo und W ausgewählt ist. Folglich ist die Oxidationsfestigkeit der Hülse weiter
erhöht und kann eine Kette für eine lange Zeitdauer noch problemloser gelenkig
schwenken und gleiten, ohne dass eine ungewöhnliche verschleißbedingte
Längung erzeugt wird, und zwar selbst in einer oxidierenden Atmosphäre.
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Gemäß der verschleißfesten Kette der vorliegenden Erfindung, bei der sich das
Grundmaterial des Verbindungsstifts von dem Grundmaterial der Hülsen
unterscheidet, ist zusätzlich zu der Wirkung, die die verschleißfeste Kette der
vorliegenden Erfindung erreicht, die Adhäsion zwischen dem Verbindungsstift und der Hülse
unterdrückt und ebenfalls das Entstehen einer ungewöhnlichen verschleißbedigten
Längung in einer oxidierenden Atmosphäre unterdrückt, wodurch die Kette noch
problemloser für eine lange Zeitdauer gelenkig schwenken und gleiten kann.
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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 erfindungsgemäßen Kette anhand der Zeichnung werden auch im
Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In
der Zeichnung zeigen
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Fig. 1 in einer perspektivischen Darstellung einen Teil einer
erfindungsgemäßen verschleißfesten Kette und
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Fig. 2 in einem Diagramm Testergebnisse hinsichtlich der
Verschleißfestigkeit der erfindungsgemäßen verschleißfesten Kette.
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Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 werden im Folgenden
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung auf der Basis von Beispielen 1 und 2
beschrieben.
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Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung, die ein Beispiel einer verschleißfesten
Kette 10 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei der verschleißfesten Kette 10
sind beide Enden einer Hülse 12 in Hülsenlöcher 11a eines Paars von inneren
Laschen 11 jeweils eingepresst und sind beide Enden eines Verbindungsstifts 15, der
drehbar in den Hülsen 12 angeordnet ist, in Stiftlöcher 14a eines Paars von
äußeren Laschen 14 eingepresst, die an beiden Außenseiten des Paars von inneren
Laschen 11 angeordnet sind. Dann ist eine Rolle 13 drehbar auf der Hülse 12
angeordnet. In Fig. 1 sind perspektivische Ansichten von Teilen der Kette gemeinsam
mit einer perspektivischen Gesamtansicht der Kette gezeigt. Obgleich die in Fig. 1
gezeigte verschleißfeste Kette eine Rollenkette ist, bei der die Rolle 13 drehbar um
die Hülse 12 angeordnet ist, ist die erfindungsgemäße verschleißfeste Kette nicht
auf eine Rollenkette beschränkt und kann eine Hülsenkette ohne Rolle verwendet
werden.
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In Beispiel 1 wurde als das Grundmaterial der Hülse 12 ein SUS 304 - 18%Cr-
8%Ni - verwendet, der ein rostfreier Austenit-Stahl ist, und wurde das
Grundmaterial einem "Tuftride"-Verfahren unterzogen, das als weiches Salzbadnitrieren
bezeichnet wird, das eines von Nitrier-Verfahren ist. Des Weiteren wurde bei Beispiel
2 als das Grundmaterial der Hülse 12 ein SCM 435 verwendet, der ein
herkömmlicher legierter Chrom-Molybdän-Stahl ist, und wurde die innere Oberfläche der
Hülse 12 einem Nickel-Phosphor(NiP)-Legierungs-Plattieren mittels eines
stromlosen Plattier-Verfahrens unterzogen. In diesem Fall wurde als Material der
Verbindungsstifte 15, inneren Laschen 11 und äußeren Laschen 14 in den Beispielen 1
und 2 ein herkömmlicher legierter Chrom-Molybdän-Stahl - SCM 435 - verwendet,
der einem Karbonitrierverfahren unterworfen worden ist.
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Fig. 2 zeigt Testergebnisse der verschleißbedingten Längungseigenschaften der
verschleißfesten Ketten der Beispiele 1 und 2 in einer gewöhnlichen Atmosphäre
und in einer oxidierenden Atmosphäre - pH = 3. Die Tests wurden durch ein
Anordnen einer verschleißfesten Kette mit einer Kettengliedzahl von 96 um zwei
Kettenräder mit Zahnanzahlen von 18 und 36, ein Drehen der Kettenräder bei 6.500 U/m,
während die Spannung bei 0,5 kN gehalten ist, und durch Messen der Indizes-%
- der Längung der Ketten durchgeführt. In Fig. 2 zeigen die durchgezogenen
Linien, die mittels a1 bis a3 gekennzeichnet sind, Ergebnisse der verschleißfesten
Ketten der Beispiele 1 und 2 bzw. einer herkömmlichen verschleißfesten Kette in
einer oxidierenden Atmosphäre. Des Weiteren zeigen die unterbrochenen Linien,
die durch b1 bis b3 bezeichnet sind, Ergebnisse der verschleißfesten Ketten der
Beispiele 1 und 2 bzw. einer herkömmlichen verschleißfesten Kette in einer
gewöhnlichen Atmosphäre.
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Wie in Fig. 2 ersichtlich, können in einer gewöhnlichen Atmosphäre keine großen
Unterschiede zwischen den Längungs-lndizes der Beispiele 1 und 2 und des
herkömmlichen Beispiels gefunden werden. Jedoch ist in einer oxidierenden
Atmosphäre der Längungs-lndex der herkömmlichen verschleißfesten Kette um den
Faktor 2 oder noch mehr verschlechtert als im Fall der gewöhnlichen Atmosphäre.
Andererseits sind die Länungs-Indizes der Beispiele 1 und 2 fast nicht verändert. Es
ist nämlich bestätigt worden, dass selbst in dem Fall, in dem ein Schmieröl extrem
oxidiert und verschlechtert war, die verschleißfeste Kette entweder des Beispiels 1
oder des Beispiels 2 keine ungewöhnliche verschleißbedingte Längung erfährt und
für eine lange Zeitdauer problemlos gelenkig schwenkt und gleitet.
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Hier wurde als das Material der Hülse ein rostfreier Austenit-Stahl SUS 304 in dem
obigen Beispiel 1 verwendet. Dieselben Ergebnisse wie in den oben beschriebenen
Fällen konnten in Fällen erhalten werden, in denen andere Materialien verwendet
wurden, beispielsweise SUS 316, SUS 410 und SUS 440, die rostfreie Martensit-
Stähle sind, SUS 630 und SUS 631, die rostfreie Ausscheidungshärtungs-Stähle
sind, SUJ 2, der ein kohlenstoffreicher Chrom-Lagerstahl ist, und SKD 11, der ein
legierter Werkzeugstahl ist.
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Des Weiteren wurde in Beispiel 2 die Hülse 12 mit demselben Grundmaterial wie in
einem herkömmlichen Fall verwendet, auf deren inneren Oberfläche eine
Beschichtung aus einer Nickel-Phosphor(NiP)-Legierungs-Plattierung aufgebracht war.
Selbst wenn als das Beschichtungsmaterial TiN, CrN, DLC, Al2O3, Mo, TiAIN, TiC,
TiCN, AIN, Si3N4 oder SiC verwendet wurde, konnten jedoch dieselben Ergebnisse
wie in dem Fall des NiP erhalten werden. Obgleich die Beschichtung auf der
inneren Oberfläche der Hülse 12 aufgebracht war, welche einen Gleitkontakt mit dem
Verbindungsstift erfährt, kann des Weiteren die gesamte Oberfläche der Hülse 12
einer Beschichtung unterzogen werden. Insbesondere in dem Fall einer wie in Fig.
1 gezeigten Rollenkette kann durch das Beschichten der gesamten Hülse mit einer
Schicht der aufgrund des Gleitkontakts zwischen der inneren Oberfläche einer Rolle
und der äußeren Oberfläche einer Hülse auftretende Verschleiß besser unterdrückt
werden.
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Des Weiteren kann durch die Bildung einer solchen, im Rahmen des Beispiels 2
beschriebenen Schicht auf einer Oberfläche des im Rahmen des Beispiels 1
beschriebenen Grundmaterials die Verschleißfestigkeit einer Kette in einer
oxidierenden Atmosphäre weiter verbessert werden. Zusätzlich zu der Ausgestaltung der
verschleißfesten Kette, die im Rahmen der Beispiele 1 oder 2 beschrieben ist, ist es
des Weiteren im Hinblick auf die Verschleißfestigkeit vorteilhaft, eine metallische
harte Schicht auf einer Oberfläche des Verbindungsstifts zu bilden, welche
zumindest ein Metall aufweist, das unter Cr, V, Nb, Ti, Zr, Ta, Mo und W ausgewählt ist.
Hier kann als die metallische harte Schicht eine Schicht aus Metallkarbid,
Metallnitrid, Metalloxid, metallischem Karbonitrid oder dergleichen verwendet werden.
Jedoch ist es aus dem Blickwinkel einer einfachen Bildung einer Schicht, der Affinität
zu dem Grundmaterial und dergleichen besonders vorteilhaft, eine Metallkarbid-
Schicht zu verwenden. Als Verfahren zur Bildung einer Schicht können gut
bekannte Verfahren wie beispielsweise ein Diffusionsbeschichtungsverfahren und
dergleichen angewendet werden.
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Des Weiteren haben kontinuierliche Belastungstests gezeigt, dass selbst wenn die
im Rahmen des Beispiels 1 beschriebene verschleißfeste Kette einem Gleiten auf
Kettenrädern mit hoher Geschwindigkeit und hoher Last für eine lange Zeitdauer
unterzogen ist und zwar bis das Grundmaterial der Kette eine hohe Temperatur
erreicht, die herkömmliche Adhäsion zwischen einem Verbindungsstift und einer
Hülse nicht erzeugt wird. Man nimmt an, dass dies darin begründet ist, dass bei der
verschleißfesten Kette gemäß Beispiel 1 die Grundmaterialien des
Verbindungsstifts und der Hülse aus unterschiedlichen metallischen Materialien hergestellt sind
und die Abstände zwischen Kristallgittern der beiden Materialien verschieden
voneinander sind, wodurch die Herstellung einer Verbindung aufgrund von Diffusion an
einer kontaktierenden Zwischenstelle schwerlich auftritt. Diese Annahme kann
durch die Ergebnisse unterstützt werden, dass die verschleißfeste Kette gemäß
Beispiel 2 zwar keiner Hochgeschwindigkeit standhalten kann, aber schwer
beladenden kontinuierlichen Belastungstests, und zwar bis zu dem Ausmaß der
verschleißfesten Kette gemäß Beispiel 1.
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Wie oben beschrieben, wird bei der verschleißfesten Kette gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung als das Grundmaterial einer Hülse
ein Stahl verwendet, der unter einem rostfreien Austenit-Stahl, einem rostfreien
Martensit-Stahl, einem Ausscheidungshärtungs-Stahl, einem kohlenstoffreichen
Chrom-Lagerstahl und einem legierten Werkzeugstahl ausgewählt ist, die jeweils
einer Aushärtung unter Wärmeeinwirkung unterzogen worden sind. Folglich ist die
Oxidationswiderstandsfähigkeit der Hülse verbessert und wird bei der Kette selbst
in einer oxidierenden Atmosphäre keine ungewöhnliche verschleißbedingte
Längung erzeugt.
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Gemäß der verschleißfesten Kette des zweiten Ausführungsbeispiels der
vorliegenden Erfindung ist eine Schicht aus zumindest TiN, CrN, DLC, Al2O3, Mo, TiAIN, TiC,
TiCN, AIN, Si3N4, SiC oder NiP auf zumindest der inneren Oberfläche der Hülse
ausgebildet. Folglich ist die Oxidationswiderstandsfähigkeit der Hülse verbessert
und ist das Auftreten einer ungewöhnlichen verschleißbedingten Längung der Kette
in einer oxidierenden Atmosphäre unterdrückt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist zusätzlich zu den Wirkungen, die durch die
oben diskutierte verschleißfeste Kette erzielt werden, des Weiteren eine metallische
harte Schicht, die zumindest Cr, V, Nb, Ti, Zr, Ta, Mo oder W aufweist, auf eine
Oberfläche des Verbindungsstifts aufgebracht. Folglich ist die
Oxidationswiderstandsfähigkeit der Hülse weiter erhöht und kann eine ungewöhnliche
verschleißbedingte Längung in einer oxidierenden Atmosphäre vermieden werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich zusätzlich zu den
Wirkungen, die durch die oben beschriebene verschleißfeste Kette der vorliegenden
Erfindung erzielt werden, des Weiteren das Grundmaterial des Verbindungsstifts von
dem Grundmaterial der Hülse. Folglich ist die Adhäsion bzw. Anhaftung zwischen
dem Verbindungsstift und der Hülse unterdrückt und kann die Entstehung einer
verschleißbedingten Längung vermieden werden. Deshalb kann die ungewöhnliche
verschleißbedingte Längung in der oxidierenden Atmosphäre für eine lange
Zeitdauer vermieden werden.