-
Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Erfindung betrifft Triebräder sowie Verfahren zum Herstellen der Triebräder und insbesondere ein Triebrad, das eine an seiner Außenumfangsfläche ausgebildete Beschichtung aufweist, sowie ein Verfahren zum Herstellen des Triebrades.
-
Technischer Hintergrund
-
Ein Triebrad, das eine Antriebskraft auf eine Raupenkette in einem Raupenketten-Unterwagen überträgt, dreht sich und ist dabei mit Buchsen der Raupenkette in einer Umgebung in Eingriff, in der Erde und Sand vorhanden sind. Die Außenumfangsfläche des Triebrades, die mit den Buchsen in Eingriff ist, muss daher hohe Verschleißfestigkeit aufweisen. Als eine Möglichkeit zum Verbessern von Verschleißfestigkeit kann eine Beschichtung an der Außenumfangsfläche des Triebrades ausgebildet werden. Als eine derartige Beschichtung kann beispielsweise eine Beschichtung zum Einsatz kommen, die in einer aus Stahl bestehenden Matrix dispergierte Teilchen aufweist. Die Beschichtung kann beispielsweise mittels Auftragschweißen ausgebildet werden. Zum Ausbilden einer Beschichtung an einer Außenumfangsfläche eines Triebrades mittels Auftragschweißen ist vorgeschlagen worden, die Beschichtung so auszubilden, das Wulste, die die Beschichtung bilden, sich in einer Richtung senkrecht zu der Umfangsrichtung oder in einer Zahn-Breitenrichtung des Triebrades erstrecken (siehe beispielsweise die
japanische Patentoffenlegungsschrift Nummer 2000-343219 (Patentdokument 1), die
japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2008-763 (Patentdokument 2) sowie die
japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. H8-47774 (Patentdokument 3)).
-
Liste der Anführungen
-
Patentdokumente
-
- Patentdokument 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nummer 2000-343219
- Patentdokument 2: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2008-763
- Patentdokument 3: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. H8-47774
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Technisches Problem
-
Bei dem Triebrad Kommen Vorsprünge, die an der Außenumfangsfläche ausgebildet sind, mit den Buchsen in Eingriff, um die Raupenkette zu drehen. Die Vorsprünge des Triebrades nehmen so eine Kraft auf, die bewirkt, dass sich die Vorsprünge in der Umfangsrichtung neigen. Wenn die Wulste so ausgebildet sind, dass sie sich wie in dem oben erwähnten Patentdokument 1 in der Richtung senkrecht zu der Umfangsrichtung erstrecken, wirkt die Kraft in der Richtung senkrecht zu der Grenzfläche zwischen den benachbarten Wulsten. Wenn eine derartige Kraft auf die Grenzfläche wirkt, an der die metallischen Strukturen unterbrochen sind, können Risse auftreten und sich auch an der Grenzfläche entlang ausbreiten. Auftreten und Ausbreitung derartiger Risse führt zu Spaltbildung an der Beschichtung sowie zu Beeinträchtigung der Verschleißfestigkeit des Triebrades.
-
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Verschleißfestigkeit eines Triebrades zu verbessern, indem Auftreten und Ausbreitung von Rissen in der Beschichtung verhindert werden.
-
Lösung des Problems
-
Ein Triebrad gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Triebrad, das eine Ringform hat und eine Vielzahl an einer Außenumfangsfläche ausgebildeter Vorsprünge zum Übertragen einer Antriebskraft auf eine Raupenkette aufweist. Das Triebrad enthält ein Trägermaterial, das aus einem ersten Metall besteht, sowie eine Beschichtung, die ein zweites Metall enthält und das Trägermaterial so abdeckt, dass sie wenigstens einen Teil der Außenumfangsfläche bildet. Die Beschichtung ist mit einer metallischen Struktur ausgebildet, die sich in einer Umfangsrichtung durchgehend erstreckt und Verbindung zwischen benachbarten der Vorsprünge herstellt.
-
Bei dem Triebrad der vorliegenden Erfindung ist die Beschichtung mit der metallischen Struktur ausgebildet, die sich in der Umfangsrichtung durchgehend erstreckt und Verbindung zwischen benachbarten der Vorsprünge herstellt. Damit wird Auftreten von Rissen in der Beschichtung aufgrund der Kraft verhindert, die bewirkt, dass sich die Vorsprünge in der Umfangsrichtung neigen, und wird die Verschleißfestigkeit des Triebrades verbessert. So ist es mit dem Triebrad gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die Verschleißfestigkeit des Triebrad des zu verbessern, indem Auftreten und Ausbreitung von Rissen in der Beschichtung verhindert werden.
-
Bei dem oben beschriebenen Triebrad kann die Beschichtung mit der metallischen Struktur ausgebildet sein, die sich auch in einer Richtung, die die Umfangsrichtung schneidet, durchgehend erstreckt. Wenn die Beschichtung so ausgebildet wird, dass sie eine metallische Struktur aufweist, die sich nicht nur in der Umfangsrichtung sondern auch in einer Richtung durchgehend erstreckt, die die Umfangsrichtung schneidet, können Auftreten und Ausbreitung von Rissen gegen Kräfte verhindert werden, die in verschiedenen Richtungen wirken.
-
Bei dem oben beschriebenen Triebrad kann die Beschichtung eine aus dem zweiten Metall bestehende Matrix sowie in der Matrix dispergierte harte Teilchen enthalten. Damit wird Ausbildung einer Beschichtung mit ausgezeichneter Verschleißfestigkeit erleichtert.
-
Bei dem oben beschriebenen Triebrad können die harten Teilchen, die sich in dem Oberflächenbereich der Beschichtung befinden, der ein Bereich innerhalb eines durchschnittlichen Teilchendurchmessers der harten Teilchen von der Oberfläche der Beschichtung aus ist, in der Beschichtung eingebettet und dabei nebeneinander angeordnet sein. Damit wird verhindert, dass die harten Teilchen so angeordnet sind, dass sie nennenswert von der Oberfläche der Beschichtung vorstehen. Dadurch wird verhindert, dass die harten Teilchen während des Einsatzes des Triebrades herausfallen. Es ist anzumerken, dass der durchschnittliche Teilchendurchmesser der harten Teilchen mittels Betrachtung eines Querschnitts senkrecht zu der Oberfläche der Beschichtung mit einem Lichtmikroskop und Berechnung eines Mittelwerts der Durchmesser zehn betrachteter harter Teilchen ermittelt werden kann.
-
Bei dem oben beschriebenen Triebrad können die in dem Oberflächenbereich der Beschichtung befindlichen harten Teilchen in Kontakt mit der Oberfläche der Beschichtung angeordnet sein. Dadurch wird der Bereich eines harten Teilchens, der an der Oberfläche der Beschichtung freiliegt, klein, wodurch verhindert wird, dass sich das harte Teilchen löst.
-
Bei dem oben beschriebenen Triebrad kann von den in dem Oberflächenbereich der Beschichtung befindlichen harten Teilchen jedes beliebige harte Teilchen, das einen Bereich aufweist, der an der Oberfläche der Beschichtung freiliegt, einen spitzen Zentriwinkel (von weniger als 90°) haben, der dem Bereich entspricht, der an der Oberfläche der Beschichtung freiliegt. Dadurch wird der Bereich eines harten Teilchens, der an der Oberfläche der Beschichtung freiliegt, klein, wodurch verhindert wird, dass das harte Teilchen herausfällt.
-
Bei dem oben beschriebenen Triebrad kann die Beschichtung in einem Bereich, der eine Grenzfläche zwischen der Beschichtung und dem Trägermaterial einschließt, einen Vorsprung enthalten, der auf das Trägermaterial zu vorsteht. Damit wird verhindert, dass sich die Beschichtung von dem Trägermaterial löst.
-
Bei dem oben beschriebenen Triebrad kann in dem Vorsprung wenigstens ein Teil des harten Teilchens aufgenommen sein. Damit wird zuverlässiger verhindert, dass sich die Beschichtung von dem Trägermaterial löst.
-
Ein Verfahren zum Herstellen eines Triebrades gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Triebrades, das eine Ringform hat und eine Vielzahl an einer Außenumfangsfläche ausgebildeter Vorsprünge zum Übertragen einer Antriebskraft auf eine Raupenkette aufweist. Dieses Verfahren zum Herstellen eines Triebrades schließt die Schritte ein, in denen ein aus einem ersten Metall bestehendes Trägerelement gefertigt wird, eine Beschichtung ausgebildet wird, die ein zweites Metall enthält, das in Kontakt mit einer Oberfläche des Trägerelementes ist und wenigstens einen Teil der Oberfläche abdeckt, und das Trägerelement, an dem die Beschichtung ausgebildet ist, so warmgeschmiedet wird, dass die Beschichtung die Außenumfangsfläche bildet und die Vielzahl von Vorsprüngen an der Außenumfangsfläche so ausgebildet werden, dass sie radial nach außen vorstehen, und die Beschichtung bearbeitet wird
-
Bei dem Verfahren zum Herstellen eines Triebrades der vorliegenden Erfindung wird das Trägerelement, an dem die Beschichtung ausgebildet ist, warmgeschmiedet, so dass die Beschichtung bearbeitet wird. So rekristallisiert das Metall, das die Beschichtung bildet, so dass eine kontinuierliche metallische Struktur in der Beschichtung entsteht. Bei dem Verfahren zum Herstellen eines Triebrades gemäß der vorliegenden Erfindung ist es leicht möglich, das oben dargestellte Triebrad der vorliegenden Erfindung herzustellen, indem die metallische Struktur in der Beschichtung kontinuierlich ausgebildet wird.
-
Bei dem oben beschriebenen Verfahren zum Herstellen eines Triebrades kann der Schritt des Ausbildens der Beschichtung einschließen, dass die Beschichtung ausgebildet wird, die eine aus dem zweiten Metall bestehende Matrix sowie in der Matrix dispergierte harte Teilchen enthält. Dadurch wird Ausbildung einer Beschichtung mit ausgezeichneter Verschleißfestigkeit erleichtert.
-
Effekte der Erfindung
-
Wie aus der obenstehenden Beschreibung hervorgeht, ist es mit dem Triebrad und dem Verfahren zum Herstellen desselben der vorliegenden Erfindung möglich, Verschleißfestigkeit des Triebrades zu verbessern, indem Auftreten und Ausbreitung von Rissen in der Beschichtung verhindert werden.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 ist eine schematische Darstellung, die den Aufbau einer Raupenketten-Fahrvorrichtung zeigt;
-
2 ist eine schematische Darstellung, die die Funktion eines Triebrades und von Buchsen veranschaulicht;
-
3 ist eine schematische Perspektivansicht, die den Aufbau einer Buchse zeigt;
-
4 ist eine schematische Draufsicht, die den Kontaktzustand des Triebrades und einer Buchse zeigt;
-
5 ist eine schematische Schnittansicht entlang der Linie V-V in 4;
-
6 ist eine schematische Schnittansicht, die den Aufbau einer Beschichtung an ihrer Oberfläche und in deren Nähe zeigt;
-
7 ist eine schematische Schnittansicht, die den Aufbau an einer Grenzfläche zwischen der Beschichtung und einem Trägermaterial und in deren Nähe zeigt;
-
8 ist ein Flussdiagramm, das schematisch ein Verfahren zum Herstellen eines Triebrades darstellt;
-
9 ist eine schematische Perspektivansicht, die ein Verfahren zum Herstellen eines Triebrades darstellt;
-
10 ist eine schematische Perspektivansicht, die das Verfahren zum Herstellen des Triebrades darstellt;
-
11 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Verfahren zum Ausbilden einer Beschichtung darstellt;
-
12 ist eine schematische Perspektivansicht, die das Verfahren zum Herstellen des Triebrades darstellt;
-
13 ist eine schematische Perspektivansicht, die das Verfahren zum Herstellen des Triebrades darstellt;
-
14 ist eine optische Mikroaufnahme, die eine Oberfläche einer Beschichtung und ihre Umgebung zeigt (Beispiel);
-
15 ist eine optische Mikroaufnahme, die eine Oberfläche einer Beschichtung und ihre Umgebung zeigt (Vergleichsbeispiel);
-
16 ist eine optische Mikroaufnahme, die eine Grenzfläche zwischen einer Beschichtung und einem Trägermaterial sowie ihre Umgebung zeigt (Beispiel); und
-
17 ist er eine optische Mikroaufnahme, die eine Grenzfläche zwischen einer Beschichtung und einem Trägermaterial sowie ihre Umgebung zeigt (Vergleichsbeispiel).
-
Beschreibung von Ausführungsformen
-
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden beschrieben. In den folgenden Zeichnungen sind die gleichen oder entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und die Beschreibung derselben wird nicht wiederholt.
-
Ein Triebrad gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 1 bis 5 beschrieben. 1 ist eine schematische Darstellung, die den Aufbau einer Raupenketten-Fahrvorrichtung zeigt. 2 ist eine schematische Darstellung, die die Funktion eines Triebrades und von Buchsen veranschaulicht. 3 ist eine schematische Perspektivansicht, die den Aufbau einer Buchse zeigt. 4 und 5 sind schematische Schnittansichten, die den Kontaktzustand des Triebrades und einer Buchse zeigen.
-
Eine Raupenketten-Fahrvorrichtung 1 in der vorliegenden Ausführungsform, wie sie in 1 zu sehen ist, ist eine Fahrvorrichtung für eine Arbeitsmaschine, wie beispielsweise eine Planierraupe, und enthält eine Raupenkette 2, einen Raupenketten-Rahmen 3, einen Umlenkturas 4, ein Triebrad 5 sowie eine Vielzahl (im vorliegenden Fall sieben) von Laufrollen 10 und eine Vielzahl (im vorliegenden Fall zwei) von Tragrollen 11.
-
Die Raupenkette 2 enthält eine Vielzahl von Raupenketten-Gliedern 9, die in endloser Form verbunden sind, sowie Raupenplatten 6, die an den entsprechenden Raupenketten-Gliedern 9 befestigt sind. Die Raupenketten-Glieder 9 schließen äußere Glieder 7 und innere Glieder 8 ein. Die äußeren Glieder 7 und die inneren Glieder 8 sind abwechselnd verbunden.
-
Der Umlenkturas 4, die Vielzahl von Laufrollen 10 und die Vielzahl von Tragrollen 11 sind so an dem Raupenketten-Rahmen 3 angebracht, dass sie um ihre jeweiligen Achsen herum gedreht werden können. Das Triebrad 5 ist an einem Ende des Raupenketten-Rahmens 3 angeordnet. Eine Kraftquelle, wie beispielsweise ein Motor, ist mit dem Triebrad 5 verbunden, und das Triebrad 5 dreht sich, von der Kraftquelle angetrieben, um seine Achse herum. An einer Außenumfangsfläche des Triebrades 5 sind eine Vielzahl von Vorsprüngen 51 angeordnet, die radial nach außen vorstehen. Die Vorsprünge 51 sind mit der Raupenkette 2 in Eingriff. Die Drehung des Triebrades 5 wird so auf die Raupenkette 2 übertragen. Die durch die Drehung des Triebrades 5 angetriebene Raupenkette 2 dreht sich in einer Umfangsrichtung.
-
Der Umlenkturas 4 ist an dem anderen Ende (dem Ende gegenüberliegend, an dem das Triebrad 5 angeordnet ist) des Raupenketten-Rahmens 3 angebracht. Des Weiteren sind an dem Raupenketten-Rahmen 3 in dem Bereich, der zwischen dem Triebrad 5 und dem Umlenkturas 4 eingeschlossen ist, die Laufrollen 10 und die Tragrollen 11 jeweils an der mit dem Boden in Kontakt befindlichen Seite und an der Seite angebracht, die der mit dem Boden in Kontakt befindlichen Seite gegenüberliegt. Die Außenumfangsflächen des Umlenkturas 4, der Laufrollen 10 und der Tragrollen 11 kommen jeweils in Kontakt mit der Innenumfangsfläche der Raupenkette 2. Dadurch dreht sich die durch die Drehung des Triebrades 5 angetriebene Raupenkette 2 in der Umfangsrichtung und wird dabei von dem Umlenkturas 4, dem Triebrad 5, den Laufrollen 10 und den Tragrollen 11 geführt.
-
Ein äußeres Glied 7 und ein inneres Glied 8, die aneinandergrenzen, sind, wie unter Bezugnahme auf 2 zu sehen ist, mittels eines Verbindungsbolzens 12 und einer Buchse 13 verbunden. Jedes innere Glied 8 weist 2 Durchgangslöcher 15 auf, die so ausgebildet sind, dass sie in einer Richtung senkrecht zu der Ebene der Drehung der Raupenkette 2 verlaufen. Das eine und das andere dieser zwei Durchgangslöcher 15 sind an einem Ende bzw. dem anderen Ende in der Längsrichtung des Gliedes ausgebildet. Jedes äußere Glied 7 weist zwei Durchgangslöcher 15 auf, die so ausgebildet sind, dass sie in einer Richtung senkrecht zu der Ebene der Drehung der Raupenkette 2 verlaufen. Das eine und das andere dieser zwei Durchgangslöcher 15 sind an einem Ende bzw. dem anderen Ende in der Längsrichtung des Gliedes ausgebildet.
-
Die Buchse 13 hat, wie unter Bezugnahme auf 3 zu sehen ist, die Form eines hohlen Zylinders. Die Buchse 13 weist einen an jedem Ende ausgebildeten Abschnitt 139 mit kleinerem Durchmesser auf, der einen kleineren Außendurchmesser hat. Die Buchse 13 hat eine Innenumfangsfläche 133, die über ihre Länge einen konstanten Durchmesser hat. In den Abschnitten 139 mit kleinerem Durchmesser ist die Dicke der Buchse 13 verringert.
-
Paarige äußere Glieder 7 sind, wie unter Bezugnahme auf 2 und 3 zu sehen ist, so angeordnet, dass ihre zwei Durchgangslöcher 15, in der Richtung senkrecht zu der Ebene der Drehung der Raupenkette 2 gesehen, jeweils fluchtend sind. Paarige innere Glieder 8 sind so angeordnet, dass ihre zwei Durchgangslöcher 15, in der Richtung senkrecht zu der Ebene der Drehung der Raupenkette 2 gesehen, jeweils fluchtend sind. Ein äußeres Glied 7 und ein inneres Glied 8, die aneinandergrenzen, sind so angeordnet, dass ein Durchgangsloch 15 des äußeren Gliedes 7 und ein Durchgangsloch 15 des inneren Gliedes 8, in der Richtung senkrecht zu der Ebene der Drehung der Raupenkette 2 gesehen, fluchtend sind. Eine Buchse 13 ist so angeordnet, dass sie zwischen einem Paar innerer Glieder 8 eingeschlossen ist und der Abschnitt 139 mit kleinerem Durchmesser an jedem Ende in ein Durchgangsloch 15 des entsprechenden inneren Gliedes 8 eingeführt ist. Ein Verbindungsbolzen 12 ist so eingerichtet, dass er sich durch die Durchgangslöcher 15 des äußeren und des inneren Gliedes 7 und 8 hindurch erstreckt, die benachbart zueinander sind, wobei die Löcher, in der Richtung senkrecht zu der Ebene der Drehung der Raupenkette 2 gesehen, fluchtend sind, und er sich durch den Raum hindurch erstreckt, der von der Innenumfangsfläche 133 der entsprechenden Buchse 13 umschlossen ist. Der Verbindungsbolzen 12 ist so eingerichtet, dass er sich in der Längsrichtung durch die Buchse 13 hindurch erstreckt.
-
Das Triebrad 5 dreht sich in einer Umfangsrichtung, wobei seine Außenumfangsfläche 53 mit Außenumfangsflächen 131 der Buchsen 13 in Eingriff ist, die die Raupenkette 2 bilden. Die Außenumfangsfläche 53 des Triebrades 5 muss daher hohe Verschleißfestigkeit aufweisen. Das Triebrad 5 ist ein Maschinenbauteil, das relativ zu einem anderen Bauteil gleitet, bei dem es sich um die Buchse 13 handelt, und dabei in dem Kontaktbereich, der die Außenumfangsfläche 53 ist, in Kontakt mit der Buchse 13 ist.
-
Das Triebrad 5 hat, wie unter Bezugnahme auf 4 und 5 zu sehen ist, eine Ringform. An der Außenumfangsfläche 53 des Triebrades 5 ist eine Vielzahl von Vorsprüngen 51 ausgebildet, die dazu dienen, eine Antriebskraft auf die Buchsen 13 der Raupenkette 2 zu übertragen. Das Triebrad 5 enthält ein Trägermaterial 50, das aus einem ersten Metall besteht, sowie eine Beschichtung 52, die das Trägermaterial 50 abdeckt und so die Außenumfangsfläche 53 bildet, die der Kontaktbereich ist. Die Beschichtung 52 enthält ein zweites Metall. Die Beschichtung 52 ist mit einer metallischen Struktur ausgebildet, die sich in der Umfangsrichtung durchgehend erstreckt und Verbindung zwischen benachbarten der Vorsprünge 51 herstellt. Als das erste Metall, das das Trägermaterial 50 bildet, kann beispielsweise Kohlenstoffstahl für den Einsatz im Maschinenbau oder Legierungsstahl für den Einsatz im Maschinenbau, spezifiziert nach dem Standard JIS (z. B. S45C oder SCM435, sowie Manganstahl (SMn), Chromstahl (SCr) oder Chrom-Molybdän-Stahl (SCM), der eine äquivalente Menge an Kohlenstoff enthält), eingesetzt werden.
-
Des Weiteren ist die Außenumfangsfläche 53, die die Oberfläche der Beschichtung 52 ist, geglättet worden. Dabei bezeichnet der Zustand, in dem die Außenumfangsfläche 53, d. h. die Oberfläche der Beschichtung 52, geglättet ist, den Zustand, in dem das Oberflächenprofil, das durch Oberflächenspannung und dergleichen bei Ausbildung der Beschichtung 52 in dem flüssigen Zustand entstanden ist, von der Oberfläche der Beschichtung 52 entfernt worden ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Außenumfangsfläche 53, die die Oberfläche der Beschichtung 52 ist, eine geschmiedete Oberfläche. Die Außenumfangsfläche 53 bzw. die Oberfläche der Beschichtung 52, die durch Oberflächenspannung und dergleichen bei Ausbildung der Beschichtung 52 in dem flüssigen Zustand entstanden ist, ist mittels Schmieden geglättet worden.
-
Eine Buchse 13 enthält ein Trägermaterial 134 sowie eine Beschichtung 132, die das Trägermaterial 134 abdeckt und so die Außenumfangsfläche 131 bildet, die der Kontaktbereich ist.
-
Bei dem Triebrad 5 in der vorliegenden Ausführungsform ist die Beschichtung 52 mit einer metallischen Struktur ausgebildet, die sich in der Umfangsrichtung durchgehend erstreckt und Verbindung zwischen benachbarten der Vorsprünge 51 herstellt. Dadurch wird Auftreten von Rissen in der Beschichtung 52 verhindert, das ansonsten durch die Kraft verursacht wird, die bewirkt, dass sich die Vorsprünge 51 in der Umfangsrichtung neigen, und wird Verschleißfestigkeit des Triebrades 5 verbessert. So ist es mit dem Triebrad 5 in der vorliegenden Ausführungsform möglich, die Verschleißfestigkeit des Triebrades 5 zu verbessern, indem Auftreten und Ausbreitung von Rissen in der Beschichtung 52 verhindert werden. Dabei steht der Zustand, in dem die metallische Struktur des zweiten Metalls sich in der Umfangsrichtung durchgehend erstreckt, für den Zustand, in dem das Metall eine Mikrostruktur hat, die sich in der Umfangsrichtung durchgehend erstreckt. Die Beschichtung 52 kann mit der metallischen Struktur ausgebildet sein, die sich auch in der Richtung durchgehend erstreckt, die die Umfangsrichtung schneidet. Dies ermöglicht es, Auftreten und Ausbreitung von Rissen gegen Kräfte zu verhindern, die in verschiedenen Richtungen wirken.
-
Es folgt eine Beschreibung des Aufbaus einer auf dem Triebrad 5 ausgebildeten Beschichtung. 6 ist eine schematische Schnittansicht, die den Aufbau einer Beschichtung an ihrer Oberfläche und in deren Nähe zeigt. 7 ist eine schematische Schnittansicht, die den Aufbau an einer Grenzfläche zwischen der Beschichtung und einem Trägermaterial und um sie herum zeigt. Eine Beschichtung 90 (Beschichtung 52), die an dem Triebrad 5 ausgebildet ist, enthält, wie unter Bezugnahme auf 6 und 7 zu sehen ist, eine aus einem zweiten Metall bestehende Matrix 95 sowie in der Matrix 95 dispergierte harte Teilchen 91. Das zweite Metall, das die Matrix 95 bildet, kann beispielsweise ein Gemisch aus einem Metall, das von einem Schweißdraht stammt, und dem Metall (erstes Metall) sein, das das Trägermaterial 100 (Trägermaterial 50) bildet. Als die harten Teilchen 91 können Teilchen eingesetzt werden, die eine höhere Härte haben als die Matrix 95, so beispielsweise Teilchen aus Sinterkarbid. Die Beschichtung 90 weist höhere Verschleißfestigkeit auf als das Trägermaterial 100.
-
Die Oberfläche 90A der Beschichtung 90, wie sie in 6 dargestellt ist, ist eine geschmiedete Oberfläche. Die harten Teilchen 91, die sich in einem Oberflächenbereich 90B der Beschichtung befinden, der ein Bereich innerhalb eines durchschnittlichen Teilchendurchmessers der harten Teilchen 91 von der Oberfläche 90A der Beschichtung 90 aus ist, sind in der Beschichtung 90 eingebettet und dabei nebeneinander bei angeordnet. Damit wird verhindert, dass die harten Teilchen 91 so angeordnet sind, dass sie nennenswert von der Oberfläche 90A der Beschichtung 90 vorstehen. Damit wiederum wird verhindert, dass die harten Teilchen 91 während des Gebrauchs des Triebrades 5 herausfallen, wodurch sich die Verschleißfestigkeit des Triebrades 5 verbessert.
-
Die in dem Oberflächenbereich 90B der Beschichtung befindlichen harten Teilchen 91 können, wie in 6 gezeigt, in Kontakt mit der Oberfläche 90A der Beschichtung 90 angeordnet sein. Dadurch wird der Bereich eines harten Teilchens 91, der an der Oberfläche 90A der Beschichtung 90 freiliegt, klein, wodurch verhindert wird, dass das harte Teilchen 91 herausfällt.
-
Von den harten Teilchen 91, die sich in dem Oberflächenbereich 90B der Beschichtung befinden, kann, wie in 6 gezeigt, jedes harte Teilchen 91, das einen Bereich aufweist, der an der Oberfläche 90A der Beschichtung 90 freiliegt, einen spitzen Zentriwinkel θ (von weniger als 90°) haben, der diesem freiliegenden Bereich entspricht. Dadurch wird der Bereich eines harten Teilchens 91, der an der Oberfläche 90A der Beschichtung 90 freiliegt, klein, wodurch verhindert wird, dass das harte Teilchen 91 herausfällt.
-
In einem Bereich, der eine Grenzfläche zwischen der Beschichtung 90 und dem Trägermaterial 100 einschließt, enthält, wie unter Bezugnahme auf 7 zu sehen ist, die Beschichtung 90 Vorsprünge 99, die auf das Trägermaterial 100 zu vorstehen. Die Vorsprünge 99 bewirken einen Verankerungseffekt, der verhindert, dass sich die Beschichtung 90 von dem Trägermaterial 100 löst. Ein Vorsprung 99 nimmt wenigstens einen Teil eines harten Teilchens 91 auf. Damit wird zuverlässiger verhindert, dass sich die Beschichtung 90 von dem Trägermaterial 100 löst. Die Matrix 95 der Beschichtung 90 befindet sich zwischen dem Trägermaterial 100 und dem in dem Vorsprung 99 aufgenommenen harten Teilchen 91. Das in dem Vorsprung 99 aufgenommene harte Teilchen 91 ist nicht in Kontakt mit dem Trägermaterial 100. Die Mitte des harten Teilchens 91 befindet sich außerhalb des Vorsprungs 99 (d. h., ein Teil des harten Teilchens 91, der ein Volumen von weniger als der Hälfte desselben hat, ist in dem Vorsprung 99 aufgenommen). Ein hartes Teilchen 91 ist in einem Vorsprung 99 aufgenommen. Jeder Vorsprung 99 hat eine Tiefe, die kleiner ist als der Radius des in dem Vorsprung 99 aufgenommenen harten Teilchens 91.
-
Ein Verfahren zum Herstellen eines Triebrades 5 in der vorliegenden Ausführungsform wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 8 bis 13 beschrieben. 8 ist ein Flussdiagramm, das schematisch ein Verfahren zum Herstellen eines Triebrades darstellt. 9, 10, 12 und 13 sind schematische Perspektivansichten, die das Verfahren zum Herstellen des Triebrades darstellen. 11 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Verfahren zum Ausbilden einer Beschichtung darstellt.
-
Bei dem Verfahren zum Herstellen eines Triebrades 5 in der vorliegenden Ausführungsform wird zunächst, wie unter Bezugnahme auf 8 zu sehen ist, ein Schritt zum Fertigen eines Trägerelementes als ein Schritt S10 ausgeführt. In diesem Schritt S10 wird, wie unter Bezugnahme auf 9 zu sehen ist, ein Trägerelement 61 gefertigt, das ein Trägermaterial 50 des Triebrades 5 wird. Das Trägerelement 61 besteht aus einem Metall, das das Trägermaterial 50 bildet. Das Trägerelement 61 hat eine zylindrische Form. Das Trägerelement 61 enthält ein Paar Endflächen 61B sowie eine Seitenfläche 61A, die die Endflächen 61B verbindet.
-
Anschließend wird ein Schritt zum Ausbilden einer Beschichtung als ein Schritt S20 ausgeführt. In diesem Schritt S20 wird, wie unter Bezugnahme auf 9 und 10 zu sehen ist, eine Beschichtung 63 so ausgebildet, dass sie einen Teil der Seitenfläche 61A des in dem Schritt S10 gefertigten Trägerelementes 61 abdeckt. Die Beschichtung 63 wird über der gesamten Ausdehnung in der Längsrichtung des Trägerelementes 61 ausgebildet. Die Beschichtung 63 wird in einem Teil in der Umfangsrichtung (ungefähr über eine Hälfte in der Umfangsrichtung) des Trägerelementes 61 ausgebildet. Die Beschichtung 63 hat einen Aufbau, bei dem Wulste 62, die sich in der Längsrichtung des Trägerelementes 61 erstrecken, ohne Zwischenräume zwischen ihnen in der Umfangsrichtung nebeneinander liegen. Die Wulste 62 sind so ausgebildet, dass sie sich in einer Richtung erstrecken, die der Umfangsrichtung des Triebrades 5 entspricht.
-
Die Beschichtung 63 kann beispielsweise, wie weiter unten beschrieben, mittels Auftragschweißen unter Einsatz von CO2-Lichtbogenschweißen ausgebildet werden. Zunächst wird eine Vorrichtung zum Ausbilden einer Beschichtung beschrieben. Die Vorrichtung zum Ausbilden einer Beschichtung enthält, wie unter Bezugnahme auf 11 zu sehen ist, einen Schweißbrenner 70 sowie eine Düse 80 zum Zuführen harter Teilchen. Der Schweißbrenner 70 enthält eine Schweißdüse 71, die die Form eines Hohlzylinders hat, sowie eine Kontaktspitze 72, die im Inneren der Schweißdüse 71 angeordnet und mit einer Stromquelle (nicht dargestellt) verbunden ist. Ein Schweißdraht 73, der in Kontakt mit der Kontaktspitze 72 ist, wird der Seite des vorderen Endes der Schweißdüse 71 kontinuierlich zugeführt. Für den Schweißdraht kann beispielsweise JIS YGW12 eingesetzt werden. Ein Spalt zwischen der Schweißdüse 71 und der Kontaktspitze 72 ist ein Strömungsweg für Schutzgas. Das Schutzgas, das über den Strömungsweg strömt, wird über das vordere Ende der Schweißdüse 71 ausgestoßen. Die Düse 80 zum Zuführen harter Teilchen hat die Form eines Hohlzylinders. Im Inneren der Düse 80 zum Zuführen harter Teilchen werden harte Teilchen 91 zugeführt, die über das vordere Ende der Düse 80 zum Zuführen harter Teilchen ausgestoßen werden.
-
Diese Vorrichtung zum Ausbilden einer Beschichtung kann eingesetzt werden, um eine Beschichtung 63 mit dem im Folgenden dargestellten Verfahren auszubilden. Mit einem Trägerelement 61 als eine Elektrode und dem Schweißdraht 73 als andere Elektrode wird Spannung über das Trägerelement 61 und den Schweißdraht 73 angelegt. Dadurch wird ein Lichtbogen 74 zwischen dem Schweißdraht 73 und dem Trägerelement 61 erzeugt. Der Lichtbogen 74 wird gegenüber der Umgebungsluft durch das Schutzgas geschützt, das über das vordere Ende der Schweißdüse 71 entlang der Pfeile β ausgestoßen wird. Als das Schutzgas kann beispielsweise Kohlendioxid eingesetzt werden. Durch die Hitze in dem Lichtbogen 74 wird ein Teil des Trägerelementes 61 zum Schmelzen gebracht und wird auch das vordere Ende des Schweißdrahtes 73 zum Schmelzen gebracht. Das so zum Schmelzen gebrachte vordere Ende des Schweißdrahtes 73 bildet Tröpfchen, die auf den geschmolzenen Bereich des Trägerelementes 61 übertragen werden. Dadurch wird ein Schmelzebad 92 gebildet, das ein flüssiger Bereich ist, in dem das geschmolzene Trägerelement 61 und der geschmolzene Schweißdraht 73 miteinander vermischt werden. Die über die Düse 80 zum Zuführen harter Teilchen ausgestoßenen harten Teilchen 91 werden diesem Schmelzebad 92 zugeführt.
-
Wenn sich der Schweißbrenner 70 und die Düse 80 zum Zuführen harter Teilchen, die die Vorrichtung zum Auftragschweißen bilden, relativ zu dem Trägerelement 61 in der mit dem Pfeil α gezeigten Richtung bewegen, verschiebt sich dementsprechend die Position, an der das Schmelzebad 92 ausgebildet wird. Das zuvor ausgebildete Schmelzebad 92 verfestigt sich, so dass eine Wulst 62 entsteht. Die Wulst 62 enthält eine Matrix 95, die durch Verfestigung des Schmelzebades 92 entsteht, sowie in der Matrix 95 dispergierte harte Teilchen 91. Eine Vielzahl derartiger Wulste 62 werden in der Breitenrichtung nebeneinander ohne Zwischenraum zwischen ihnen ausgebildet, so dass ein gewünschter Bereich an der Seitenfläche 61A des Trägerelementes 61 abgedeckt wird und damit Ausbildung der Beschichtung 63 abgeschlossen wird (siehe 10). Es ist anzumerken, dass Auftragschweißen beispielsweise unter den folgenden Bedingungen ausgeführt werden kann: Schweißstrom von 230 A, Schweißspannung von 17 V, zugeführte Menge harter Teilchen von 110 g/min und Überstehlänge der Wulste von 4 mm. Als der Schweißdraht kann JIS YGW11 eingesetzt werden. Als die harten Teilchen können Teilchen auf Basis von WC oder W2C eingesetzt werden.
-
Anschließend wird ein Schritt zum Warmschmieden als ein Schritt S30 ausgeführt. In diesem Schritt S30 wird das Trägerelement 61 mit der in dem Schritt S20 ausgebildeten Beschichtung 63 warmgeschmiedet. Das Trägerelement 61 mit der daran ausgebildeten Beschichtung 63 wird, wie unter Bezugnahme auf 10 und 12 zu sehen ist, auf eine Temperatur erhitzt, die Warmschmieden ermöglicht, und dann zum Schmieden in eine Form eingelegt, die einen Hohlraum hat, der einer gewünschten Form des Triebrades 5 entspricht. In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Vielzahl bogenförmiger Teile, die ein ringförmiges Triebrad 5 bilden, mittels Warmschmieden hergestellt. Die entstehenden Teile werden in einem späteren Schritt zusammengesetzt, um das ringförmige Triebrad 5 herzustellen. Die in dem Schritt S20 ausgebildete Beschichtung 63 wird mittels Warmschmieden bearbeitet. Das Trägerelement 61 wird so warmgeschmiedet, dass die Beschichtung 63 die Außenumfangsfläche des Triebrades 5 abdeckt. So rekristallisiert das zweite Metall, das die Beschichtung 63 bildet, so dass die Mikrostruktur des Metalls sich auch in dem Bereich durchgehend erstreckt, der die Grenzfläche zwischen den benachbarten Wulsten 62 bildete. Dadurch wird bei der geschmiedeten Beschichtung 52 die Mikrostruktur des Metalls nicht nur in der Umfangsrichtung des Triebrades 5 durchgehend, sondern auch in einer Richtung, die die Umfangsrichtung schneidet (beispielsweise in der Richtung senkrecht zu der Umfangsrichtung). Des Weiteren wird die Beschichtung 52 hergestellt, die eine glatte Oberfläche aufweist, an der das Oberflächenprofil, das durch Oberflächenspannung in dem flüssigen Zustand usw. entstanden ist, entfernt worden ist. Durch das Warmschmieden wird, wie in 12 gezeigt, Grat 59 ausgebildet. Anschließend wird, wie unter Bezugnahme auf 12 und 13 zu sehen ist, Stanzen ausgeführt, um den Grat 59 zu entfernen, so dass ein Teil entsteht, das das Triebrad 5 bildet (siehe 13).
-
Wenn das Trägerelement 61 mit der daran ausgebildeten Beschichtung 63 warmgeschmiedet wird, werden, wie unter Bezugnahme auf 11 und 6 zu sehen ist, harte Teilchen 91, die bei Ausbildung der Beschichtung 63 von einer Oberfläche der Beschichtung 63 vorstehen (Wulste 62), in die Beschichtung 63 hineingepresst (Wulste 62). Dadurch sind bei dem Triebrad 5 die in dem Oberflächenbereich 90B der Beschichtung befindlichen harten Teilchen 91 in der Beschichtung 90 eingebettet und dabei nebeneinander angeordnet. Die in dem Oberflächenbereich 90B der Beschichtung befindlichen harten Teilchen 91 sind in Kontakt mit der Oberfläche 90A der Beschichtung 90 angeordnet. Von den in dem Oberflächenbereich 90B der Beschichtung befindlichen harten Teilchen 91 hat jedes beliebige harte Teilchen 91, das einen Bereich aufweist, der an der Oberfläche 90A der Beschichtung 90 freiliegt, einen spitzen Zentriwinkel θ (von weniger als 90°), der dem freiliegenden Bereich entspricht. Dadurch wird verhindert, dass das harte Teilchen 91 während des Einsatzes des Triebrades 5 herausfällt, wodurch sich Verschleißfestigkeit des Triebrades 5 verbessert.
-
Wenn das Trägerelement 61 mit der daran ausgebildeten Beschichtung 63 warmgeschmiedet wird, werden Vorsprünge 99 in der Beschichtung 90 aufgrund der harten Teilchen 91 ausgebildet, die sich zum Zeitpunkt der Ausbildung der Beschichtung 63 (Wulste 62) in der Nähe der Grenzfläche zwischen der Beschichtung 63 (Wulste 62) und dem Trägerelement 61 befanden. In einem Vorsprung 99 wird wenigstens ein Teil eines entsprechenden harten Teilchens 91 aufgenommen. Mit dem oben dargestellten Prozess werden gleichzeitig der Oberflächenbereich der Beschichtung 90, der ausgezeichnete Verschleißfestigkeit aufweist, da die harten Teilchen 91 in Kontakt mit der Oberfläche 90A angeordnet sind, und die Vorsprünge 99 ausgebildet, die verhindern, dass sich die Beschichtung 90 von dem Trägermaterial 100 löst.
-
Anschließend wird, wie unter Bezugnahme auf 8 zu sehen ist, ein Wärmebehandlungsschritt als ein Schritt S40 ausgeführt. In diesem Schritt S40 wird das mittels Warmschmieden in dem Schritt S30 hergestellte Triebrad 5 (das Teil, das das Triebrad 5 bildet) Wärmebehandlung unterzogen. Die in dem Schritt S40 ausgeführte Wärmebehandlung besteht beispielsweise aus Vergüten. Damit wird dem Trägermaterial 50 des Triebrades 5 gewünschte Härte und Zähigkeit verliehen. Anschließend wird, um das Triebrad 5 an einem Tragekörper (nicht dargestellt) anbringen zu können, ein Bereich, in dem keine Beschichtung 90 ausgebildet worden ist, maschineller Bearbeitung unterzogen, um die Maßgenauigkeit zu verbessern, ein Anbringungsloch auszubilden usw. Das Triebrad 5 (das Teil, das das Triebrad 5 bildet) in der vorliegenden Ausführungsform ist damit fertiggestellt.
-
Beispiele
-
Ein Prüfstück wurde hergestellt, indem wie bei dem in der oben dargestellten Ausführungsform beschriebenen Herstellungsverfahren eine Beschichtung auf einem Trägerelement mittels Auftragschweißen ausgebildet wurde und das Trägerelement warmgeschmiedet wurde, um die Beschichtung zu bearbeiten (Beispiel). Zu Vergleichszwecken wurde ein weiteres Prüfstück durch Ausbilden einer Beschichtung nach Warmschmieden hergestellt (Vergleichsbeispiel). Die zum Warmschmieden eingesetzten Formwerkzeuge hatten bei dem Beispiel und dem Vergleichsbeispiel die gleiche Form. Jedes hergestellte Prüfstück wurde geschnitten, und der Zustand der Beschichtung wurde mit einem Lichtmikroskop untersucht.
-
14 ist eine optische Mikroaufnahme, die durch Abbilden einer Oberfläche der Beschichtung des Beispiels und ihrer Umgebung gewonnen wurde. 15 ist eine optische Mikroaufnahme, die durch Abbilden einer Oberfläche der Beschichtung des Vergleichsbeispiels und ihre Umgebung gewonnen wurde. Bei der Beschichtung des Vergleichsbeispiels, die mittels Auftragschweißen ausgebildet wurde und anschließend nicht mittels Schmieden bearbeitet wurde, stehen, wie in 15 gezeigt, harte Teilchen 91 erheblich von der Oberfläche 90A der Beschichtung vor. Bei der Beschichtung des Beispiels, die ausgebildet und anschließend mittels Schmieden bearbeitet wurde, sind in dem Oberflächenbereich befindliche harte Teilchen 91, wie unter Bezugnahme auf 14 zu sehen ist, in der Beschichtung (Matrix 95) eingebettet und nebeneinander angeordnet. Die harten Teilchen 91 sind in Kontakt mit der Oberfläche 90A der Beschichtung ausgerichtet. Ein hartes Teilchen 91, das einen Bereich aufweist, der an der Oberfläche 90A der Beschichtung 90 freiliegt, hat einen spitzen Zentriwinkel θ (von weniger als 90°), der dem freiliegenden Bereich entspricht. Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, dass während des Vorgangs, in dem die Beschichtung mittels Schmieden bearbeitet wird, die harten Teilchen 91, die von der Oberfläche 90A der Beschichtung vorstanden, in die Matrix 95 gepresst werden, die relativ geringe Härte hat.
-
16 ist eine optische Mikroaufnahme, die durch Abbilden einer Grenzfläche zwischen der Beschichtung und dem Trägermaterial des Beispiels sowie ihrer Umgebung gewonnen wurde. 17 ist eine optische Mikroaufnahme, die durch Abbilden einer Grenzfläche zwischen der Beschichtung und dem Trägermaterial des Vergleichsbeispiels sowie ihrer Umgebung gewonnen wurde. Bei dem Vergleichsbeispiel, bei dem die Beschichtung mittels Auftragschweißen ausgebildet wurde und anschließend nicht mittels Schmieden bearbeitet wurde, ist, wie in 17 gezeigt, die Grenzfläche zwischen der Beschichtung (Matrix 95) und dem Trägermaterial 100 flach. Bei dem Beispiel, das nach Ausbildung der Beschichtung mittels Schmieden bearbeitet wurde, sind in dem Bereich, der die Grenzfläche zwischen der Beschichtung (Matrix 95) und dem Trägermaterial 100 einschließt, wie unter Bezugnahme auf 16 zu sehen ist, Vorsprünge 99 mit der Beschichtung (Matrix 95) ausgebildet, die auf das Trägermaterial 100 zu vorstehen. In jedem Vorsprung 99 ist ein Teil eines entsprechenden harten Teilchens 91 aufgenommen. Es wird davon ausgegangen, dass die Vorsprünge 99 aufgrund des Vorhandenseins der harten Teilchen 91 in der Nähe der Grenzfläche mit dem Trägerelement ausgebildet worden sind, während die Beschichtung mittels Schmieden bearbeitet wurde. Ein hartes Teilchen 91, das zu der Ausbildung eines Vorsprungs 99 beigetragen hat, weist wenigstens einen in dem Vorsprung 99 aufgenommenen Teil auf.
-
Es sollte klar sein, dass die hier offenbarten Ausführungsformen und Beispiele in jeder Hinsicht der Veranschaulichung und nicht der Beschränkung dienen. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die Vorgaben der Ansprüche und nicht durch die oben stehende Beschreibung definiert und soll jegliche Abwandlungen innerhalb des Schutzumfangs und der Bedeutung äquivalent zu den Vorgaben der Ansprüche einschließen.
-
Industrielle Einsatzmöglichkeiten
-
Das Triebrad und das Verfahren zum Herstellen desselben gemäß der vorliegenden Erfindung können besonders vorteilhaft bei einem Triebrad, bei dem verbesserte Verschleißfestigkeit gewünscht ist, und dem Verfahren zum Herstellen desselben eingesetzt werden.
-
Beschreibung der Bezugszeichen
-
- 1: Raupenketten-Fahrvorrichtung; 2: Raupenkette; 3: Raupenketten-Rahmen; 4: Umlenkturas; 5: Triebrad; 6: Raupenplatte; 7: äußeres Glied; 8: inneres Glied; 9: Raupenketten-Glied; 10: Laufrolle; 11: Tragrolle; 12: Verbindungsbolzen; 13: Buchse; 15: Durchgangsloch; 50: Trägermaterial; 51: Vorsprung; 52: Beschichtung; 53: Außenumfangsfläche; 59: Grat; 69: Trägerelement; 61A: Seitenfläche; 61B: Endfläche; 62: Wulst; 63: Beschichtung; 70: Schweißbrenner; 71: Schweißdüse; 72: Kontaktspitze; 73: Schweißdraht; 74: Lichtbogen; 80: Düse zum Zuführen harter Teilchen; 90: Beschichtung; 90A: Oberfläche; 90B: Oberflächenbereich der Beschichtung; 91: hartes Teilchen; 92: Schmelzebad; 95: Matrix; 99: Vorsprung; 100: Trägermaterial; 131: Außenumfangsfläche; 132: Beschichtung; 133: Innenumfangsfläche; 134: Trägermaterial; und 139: Abschnitt mit kleinerem Durchmesser.
