DE112018000361T5

DE112018000361T5 - Umhüllungsstruktur und verfahren

Info

Publication number: DE112018000361T5
Application number: DE112018000361.2T
Authority: DE
Inventors: John Johnson
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2017-02-16
Filing date: 2018-01-25
Publication date: 2019-10-02
Also published as: US20180229565A1; WO2018151917A3; CN110267762A; CN110267762B; WO2018151917A2; US10479155B2

Abstract

Eine Umhüllungsstruktur und ein Verfahren für das Umhüllen von Maschinenkomponenten (10) zum Behindern der Rissausbreitung beinhaltet mindestens einen Satz von primären Bahnen (56), wobei jede primäre Bahn (56) angrenzend und anliegend an mindestens eine andere primäre Bahn (56) aufgebracht wird, wobei mindestens eine Hüllgrenze (60) zwischen den Lagen ausgebildet wird, und mindestens eine Satz von sekundären Bahnen (58), die in einer beabstandeten Konfiguration aufgebracht werden und so ausgerichtet sind, dass sie mindestens eine Hüllgrenze (60) zwischen den Lagen schneiden.

Description

Gebiet der Technik
Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen das Gebiet der Maschinenkomponenten-Umhüllung und, insbesondere, das Umhüllen von Maschinenkomponenten, um Rissausbreitung zu behindern.
Stand der Technik
Maschinenkomponenten wie Verstrebungen, Wellen, Rahmenteile, Verbindungen, Scheiben, Platten und alle möglichen anderen sind häufig „wiederkehrender Beanspruchung“ während des Betriebs ausgesetzt. Wiederkehrende Beanspruchung kann zu einer vorzeitigen Ermüdung der Materialien führen, wodurch der nominelle maximale Spannungswert sinkt, der Ausfall, wie z. B. Reißen, plastische Verformung, bestimmte Arten des Verschleißes oder dergleichen, verursachen kann. Maschinenkomponenten, die wiederkehrender Beanspruchung ausgesetzt sind, werden häufig während des Betriebs genau überwacht, da unerkannte Materialfehler sich schnell ausbreiten können, wenn sie fortgesetzter Belastung ausgesetzt sind, was möglicherweise einen katastrophalen Ausfall der Maschinenkomponente verursachen kann. Die Erkennung von Materialfehlern in Maschinenkomponenten kann jedoch, insbesondere in komplexen Maschinen, schwierig und kostspielig sein. Daher ist die Verhinderung von Materialfehler oder zumindest eine Verringerung des Ermüdungsphänomens seit langem ein Gegenstand derjenigen, die versuchen, die Lebensdauer von Maschinenkomponenten zu verlängern. Eine Strategie zur Erhöhung der Beständigkeit gegen Ermüdung beinhaltet das Umhüllen von Maschinenkomponenten mit einem Umhüllungsmaterial. Das Umhüllen der Maschinenkomponenten kann die Komponente beständiger gegen Schäden oder Ausfall durch einheitlichere Verteilung der Spannung über oder durch die Materialien der Maschinenkomponente machen und dadurch lokale Spannungskonzentrationen verringern. Ein Versuch, Rissbildung zu verhindern, ist in der chinesischen Patentanmeldung Publikation Nr. 104816093 von Yao et al. („Yao“) offenbart. Yao offenbart ein Verfahren für das Laserauftragschweißen einer Innenfläche eines Ventils. In Yao wird eine spiralförmige Laserhülle auf einer nicht dichtenden Fläche eines Ventils aufgebracht, um die Bildung von Kraterrissen im Ventil zu verhindern. Während diese und andere Lösungen die Bildung einiger Risse oder andere Arten von Materialfehlern mit verschiedenen Grundursachen, zumindest in einigen Maschinenkomponenten, verhindern können, bleiben verbesserte und/oder alternative Strategien zur Verhinderung von Rissbildung und auch der Behinderung der Ausbreitung von Rissen, die sich bilden, wünschenswert.
Kurzdarstellung der Erfindung
In einem Aspekt beinhaltet eine Maschinenkomponente einen Kern mit mindestens einer ermüdungsempfindlichen Region und mindestens einer ermüdungsunempfindlichen Region und eine Umhüllung, die sich durch die gesamte mindestens eine ermüdungsempfindliche Region erstreckt. Die Umhüllung wird durch einen Satz von primären Bahnen Umhüllungsmaterial ausgebildet, das auf den Kern aufgebracht und damit verbunden wird, und einem Satz von sekundären Bahnen Umhüllungsmaterial, das auf den Kern aufgebracht und mit ihm verbunden wird. Jede der primären Bahnen befindet sich angrenzend und anliegend an mindestens eine andere primäre Bahn und jede der sekundären Bahnen ist quer zu den primären Bahnen ausgerichtet, um die Ausbreitung von Rissen durch die Umhüllung entlang den Richtungen der primären Bahnen zu behindern.
In einem anderen Aspekt beinhaltet die Maschinenkomponente einen Kern und eine Umhüllung auf dem Kern mit einem Satz von primären Bahnen und einem Satz von sekundären Bahnen. Die primären Bahnen sind angrenzend und anliegend an mindestens eine andere der primären Bahnen ausgerichtet, sodass eine Hüllgrenze zwischen den Lagen sich zwischen angrenzenden primären Bahnen erstreckt, und die sekundären Bahnen voneinander beabstandet und jeweils so ausgerichtet sind, dass sie mindestens eine der HüllgrenzeMan zwischen den Lagen schneiden. In noch einem anderen Aspekt beinhaltet ein Verfahren zur Umhüllung eines Werkstücks das Ausbilden eines Satzes von primären Umhüllungsbahnen auf einem Kern des Werkstücks, sodass eine Vielzahl von Hüllgrenzen zwischen den Lagen sich zwischen angrenzenden des Satzes von primären Umhüllungsbahnen erstrecken, und das Ausbilden eines Satzes von sekundären Umhüllungsbahnen quer zu den primären Umhüllungsbahnen, sodass die sekundären Umhüllungsbahnen mindestens eine Hüllgrenze zwischen den Lagen schneidet, um die Rissausbreitung in der Richtung der mindestens einen Hüllgrenze zwischen den Lagen zu behindern.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht einer Maschinenkomponente im Betrieb in einer Maschine, gemäß einer Ausführungsform;
2 ist eine schematische Ansicht einer Maschinenkomponente, die außer Betrieb genommen wurde gemäß einer Ausführungsform;
3 ist eine schematische Ansicht einer generalüberholten Maschinenkomponente, gemäß einer Ausführungsform;
4 ist eine Schnittansicht einer generalüberholten Maschinenkomponente, gemäß einer Ausführungsform;
5 ist eine schematische Ansicht einer Maschinenkomponente mit einem ersten Segment in eine Umhüllung, gemäß einer Ausführungsform;
6 ist eine teilweise geschnittene schematische Ansicht einer generalüberholten Maschinenkomponente mit einer Vielzahl von ersten Segmenten in einer Umhüllung, gemäß einer Ausführungsform;
7 ist eine schematische Ansicht einer Maschinenkomponente mit teilweise entfernter Umhüllung in einer Phase der Bearbeitung zur Generalüberholung, gemäß einer Ausführungsform;
8 ist eine schematische Ansicht einer Maschinenkomponente in einer Phase der Bearbeitung zur Generalüberholung, gemäß einer Ausführungsform; und
9 ist eine schematische Ansicht einer Maschinenkomponente in einer Phase der Bearbeitung zur Generalüberholung, gemäß einer Ausführungsform.

Detaillierte Beschreibung
Bezugnehmend auf 1 ist eine Ansicht einer Maschinenkomponente 10 mit einem Riss 12 im Betrieb gemäß einer Ausführungsform dargestellt. Die Maschinenkomponente 10 der vorliegenden Offenbarung beinhaltet eine Verstrebung (im Folgenden „Verstrebung 10“), die einen Teil einer Verstrebungsanordnung 18 in einem Aufhängungssystem einer Maschine 20 bildet, wie z. B. einem Bergwerkswagen oder einer anderen Art von Geländemaschine, einer Straßenmaschine oder einer stationären Maschine. In einigen Ausführungsformen kann die Maschinenkomponente eine andere Art von Schaft- oder schaftähnlicher Struktur sein, die Belastung in einer anderen Betriebsumgebung ausgesetzt ist, wie z. B. eine Achse, ein Stützstab, ein Kolben, ein Träger oder noch andere. Unter jetziger Bezugnahme ebenfalls auf 2 ist die Verstrebung 10 als außer Betrieb genommen dargestellt. Die Verstrebung 10 kann einen Körper 22 beinhalten. Der Körper 22 der vorliegenden Offenbarung kann einen länglichen Schaft (im Folgenden „länglicher Schaft 22“) beinhalten, der eine Längsachse 28 definiert, die sich zwischen einem ersten Ende 24 und einem zweiten Ende 26 erstreckt, mit einer Öffnung 30, die durch den länglichen Schaft 22 im zweiten Ende 26 definiert wird, wobei das zweite Ende 26 so strukturiert ist, dass es durch eine Spindel 17 aufgenommen wird, und das erste Ende 24 so strukturiert ist, dass es durch ein Gehäuseelement 16 aufgenommen wird. Das Gehäuseelement 16 kann mit einem Rahmen 14 gekoppelt sein, wodurch das Montieren der Verstrebungsanordnung 18 in der Maschine 20 ermöglicht wird. Der längliche Schaft 22 kann außerdem einen Kern 32 beinhalten, der aus einem Kernmaterial 34 ausgebildet ist, und eine Umhüllung 36, die aus einem Umhüllungsmaterial 38 ausgebildet ist.
Es wurde beobachtet, dass bestimmte Arten von Maschinenkomponenten oder Maschinenkomponenten, die in bestimmten Betriebsumgebungen verwendet werden, wie z. B. die Verstrebung 10, ein oder mehrere ermüdungsempfindliche Regionen 40 haben können, entweder infolge der Geometrie, der Materialzusammensetzung(en) oder der Betriebsumgebung. Ermüdungsempfindlichkeit kann als inhärente Eigenschaft einer Materialkomponente auftreten, könnte sich aber in anderen Fällen mit der Zeit entwickeln. Spannungen können sich in ermüdungsempfindlichen Regionen in Reaktion auf eine aufgebrachte Last konzentrieren. Maschinenkomponenten können ferner ein oder mehrere ermüdungsunempfindliche Regionen 42 haben, in denen Spannungen gleichmäßiger verteilt sein können. Es sollte selbstverständlich sein, dass Ermüdungsempfindlichkeit und Ermüdungsunempfindlichkeit Begriffe sind, die hierin in einem relativen Sinn, in Bezug aufeinander, verwendet werden. Wiederkehrende Beanspruchung kann zum Beispiel vorzeitige(n) Materialermüdung und/oder -fehler, wie z. B. Riss 12 in 2, im Kernmaterial 34 und/oder Umhüllungsmaterial 38 in der ermüdungsempfindlichen Region 40 verursachen. In einigen Ausführungsformen kann wiederkehrende Beanspruchung in anderen Arten von Materialfehlern resultieren, wie z. B. plastische Verformung, Verschleiß, Korrosion, Schlupf, Beulen oder dergleichen. Beschreibungen von Riss 12 oder von Rissen, Reißen oder dergleichen hierin sollten so verstanden werden, dass sie sich auf jedwede Art von dauerhaftem Materialfehler beziehen, der einen Spalt oder Hohlraum im Material produziert, wie z. B. aus wiederkehrender oder anderweitig wiederholter Beanspruchung, Temperaturzyklen oder aus irgendeiner anderen Ursache resultieren können. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf Rissbehinderung oder -unterdrückung beschränkt und andere Formen von Materialfehlern können durch Anwendung der hierin dargelegten Lehren behandelt werden.
Spannung kann sich in ermüdungsempfindlichen Regionen 40 zumindest teilweise aufgrund von ein oder mehreren Spannungserhöhern, wie z. B. einer Veränderung bei einem Dimensions- oder Materialattribut innerhalb oder in der Nähe der ermüdungsempfindlichen Region 40, konzentrieren, wie z. B. Durchmesser, Form, Mikrogefüge, Zugfestigkeit, Materialzusammensetzung, Härte oder Elastizität. Ein Übergang von einem ersten Abschnitt 44 mit einem ersten Wert eines Dimensions- oder Materialattributs zu einem zweiten Abschnitt 46 mit einem zweiten Wert des Dimensions- oder Materialattributs kann ein Spannungserhöher sein, was angibt, dass ein Bereich in der Nähe des Übergangs ermüdungempfindlich sein kann. Ermüdungsempfindliche Regionen 40 können zum Beispiel einen Übergang zwischen dem zylindrisch geformten ersten Abschnitt 44 und dem konisch geformten zweiten Abschnitt 46 umfassen oder dadurch definiert werden, was ein Faktor bei der Bildung des Risses 12 sein kann. In einer praktischen Implementierungsstrategie können die ermüdungsempfindliche(n) Region oder Regionen bei einigen Maschinenkomponenten vor dem Reißen identifiziert werden, durch Identifizieren von Übergangsbereichen zwischen Regionen, die sich analog zu den hierin beschriebenen Beispielen in Bezug auf Dimensions- oder Materialattribute unterscheiden. Bereiche der Verstrebung 10, in denen das Dimensions- oder Materialattribut im Wesentlichen einheitlich ist, wie z. B. die ermüdungsunempfindliche Region 42, können jedoch eine einheitlichere Verteilung der Spannung über und/oder durch die Materialien 34, 38 erlauben, was die Region beständiger gegen Ermüdung macht. Während sich Erörterungen der Spannungsermüdung in Maschinenkomponenten 10 hierin allgemein auf Materialermüdung und/oder -fehler beziehen, die aus einachsiger wiederkehrender Beanspruchung resultieren, sollte die vorliegende Offenbarung so verstanden werden, dass sie auf Materialermüdung und/oder - fehler anwendbar ist, die aus jedweder anderen Art von Belastung resultieren, wie z. B. thermomechanische Belastung oder mehrachsige, Biege-, Stoß- oder Torsionsbelastung.
Während umhüllte Maschinenkomponenten, wie oben erwähnt, beständiger gegenüber Ermüdung sein können, wurden immer noch Materialfehler beobachtet. Es wurde jedoch erkannt, dass Hüllgrenzen zwischen den Lagen zwischen parallelen, anliegenden Umhüllungsbahnen als Verbreitungswege für Risse dienen können, die sich in der Umhüllung bilden können. Unentdeckte Risse können sich in der Maschinenkomponente weiter verbreiten und schließlich eine kritische Region der Maschinenkomponente erreichen, was die Maschinenkomponente für die Reparatur oder Generalüberholung ungeeignet machen oder dazu führen kann, dass die Maschinenkomponente im Betrieb ausfällt. Daher werden Maschinenkomponenten manchmal mithilfe zerstörungsfreier Prüfverfahren wie Magnetpulveruntersuchung oder Farbeindringprüfung auf Risse überwacht. Solche Techniken können selbstverständlich die Wartungs- und Servicekosten wegen verlorener Servicezeit und erhöhten Arbeitskräfte- und anderen Kosten erhöhen, die mit regelmäßigen Prüfungen verbunden sind. Demgemäß können Umhüllungsstrategien, die die Rissausbreitung in den Hüllgrenzen zwischen den Lagen behindern können, sowohl zur Verringerung der Wartungskosten als auch zur Verlängerung der Lebensdauer der Maschinenkomponenten dienen.
Unter jetziger Bezugnahme ebenfalls auf 3 ist eine generalüberholte Maschinenkomponente 48 gemäß einer Ausführungsform dargestellt, wobei die generalüberholte Maschinenkomponente 48 eine generalüberholte Verstrebung (im Folgenden „generalüberholte Verstrebung“) 48 beinhaltet. Die generalüberholte Verstrebung 48 kann im Wesentlichen ähnlich der Verstrebung 10 sein, außer dass die Umhüllung 36 der generalüberholten Verstrebung 48 eine erst Art von Segment (im Folgenden „erstes Segment“) 52 und eine zweite Art von Segment (im Folgenden „zweites Segment“) 54 haben kann. Das erste Segment 52 kann einen Satz von primären Bahnen 56 und einen Satz von sekundären Bahnen 58 haben, um die Rissausbreitung im länglichen Schaft 22 zu behindern, und dadurch dem ersten Segment 52 ein gemustertes Erscheinungsbild verleihen. Primäre Bahnen 56 können auf das Kernmaterial 34 perimetrisch und umfangsmäßig um die Längsachse 28 aufgebracht und mit ihm verbunden werden und sich in axiale Richtung zwischen dem ersten Ende 24 und dem zweiten Ende 26 erstrecken, wobei jede primäre Bahn 56 mindestens einmal um einen Perimeter der Maschinenkomponente 10 gewickelt ist. In einer praktischen Implementierungsstrategie kann das erste Segment 52 eine axialen Erstreckung von nicht weniger als einer axialen Erstreckung der ermüdungsempfindlichen Region 40 haben. Die primären Bahnen 56 können auf Kern 32 so aufgebracht werden, dass jede primäre Bahn 56 angrenzend und anliegend an mindestens eine andere primäre 56 Bahn ist, wobei eine Hüllgrenze 60 zwischen den Lagen ausgebildet wird, die sich zwischen angrenzenden primären Bahnen 56 erstreckt. Die sekundären Bahnen 58 können auf den Kern 32 in einer beabstandeten Konfiguration aufgebracht und mit diesem verbunden werden und quer zu den primären Bahnen 56 ausgerichtet sein, wobei sie die Hüllgrenzen 60 zwischen den Lagen schneiden, um die Ausbreitung der Risse 12 in der Umhüllung 36 in der Richtung der primären Bahnen 56 durch Unterbrechung eines Ausbreitungswegs zu behindern, der durch die Hüllgrenzen 60 zwischen den Lagen gebildet wird. Das zweite Segment 54 der Umhüllung 36 kann eine andere Struktur und/oder ein anderes Erscheinungsbild als das erste Segment 52 haben. Das zweite Segment 54 kann zum Beispiel keinen Satz von primären Bahnen 56 und/oder sekundären Bahnen 58 haben, was dem zweiten Segment 54 eine unidirektionale Strukturierung gibt, oder es kann durch einen kontinuierlichen Arbeitsgang ausgebildet werden oder sonst ein im Wesentlichen glattes Erscheinungsbild haben, das im Wesentlichen frei von Strukturierung sein kann.
Unter jetziger Bezugnahme auf 4 ist ein Querschnitt der generalüberholten Verstrebung 48 an Linie 4-4 von 3 dargestellt. In der vorliegenden Ausführungsform können die sekundären Bahnen 58 um die Längsachse 28 im Wesentlichen gleich beabstandet sein, wobei im Wesentlichen gleich bedeutet, dass ein Bogenwinkel 80 zwischen den Mittellinien der aufeinanderfolgenden sekundären Bahnen 58 gleich oder innerhalb von etwa 2 bis 3 Grad ist, wobei der Bogenwinkel 80 = n/360 Grad, wobei n für eine Anzahl von sekundären Bahnen 58 steht, die auf dem Kern 32 aufgebracht werden. Als eine praktische Implementierungsstrategie kann jedes aufeinanderfolgende Paar von sekundären Bahnen 58 der vorliegenden Ausführungsform außerdem eine im Wesentlichen gleiche Bogenlänge 82 zwischen den Mittellinien haben. In einigen Ausführungsformen können die sekundären Bahnen 58 aus Gründen, die aus der Erörterung hierin offensichtlich sind, ungleich beabstandet sein. Die primären Bahnen 56 können dahingehend im Wesentlichen linear sein, dass sie ein lineares Erscheinungsbild aus mindestens einer Perspektive, zum Beispiel in einer Projektionsebene, haben. Die sekundären Bahnen 28 können parallel zur Längsachse 28 innerhalb des zylindrischen ersten Abschnitts 44 und am Umfang um die Längsachse 28 beabstandet sein, und sie sind zur Längsachse 28 innerhalb des konischen zweiten Abschnitts 46 geneigt und am Umfang um die Längsachse 28 beabstandet. Das zweite Segment 54 der vorliegenden Ausführungsform kann während der Herstellung der Verstrebung 10 auf dem Kern 32 ausgebildet oder aufgebracht werden. In einigen Ausführungsformen kann das zweite Segment 54 auf dem Kern 32 nach der Fertigung, zum Beispiel während der Generalüberholung, aufgebracht werden.
Unter jetziger Bezugnahme auf 5 ist eine Maschinenkomponente 100 gemäß einer anderen Ausführungsform dargestellt. Die Maschinenkomponente 100 kann einen Körper 104 mit einer im Wesentlichen flachen Form haben, der eine Öffnung 106 definiert. Die Maschinenkomponente 100 kann zum Beispiel eine Verschleißplatte, ein struktureller Anschluss, ein Maschinenrahmen, eine Anhängerkupplung oder viele anderen Arten von Maschinenkomponenten sein. Die Maschinenkomponente 100 der vorliegenden Offenbarung kann außerdem ein Kettenglied (im Folgende „Kettenglied 100“) oder eine andere Unterwagenkomponente sein. Außerdem kann, in der vorliegenden Ausführungsform, der Körper 104 eine Platte (im Folgenden „Platte 104“) sein. Das Kettenglied 100 der vorliegenden Ausführungsform kann ein neues Kettenglied sein. In alternativen Ausführungsformen kann das Kettenglied 100 ein gebrauchtes Kettenglied sein, das außer Betrieb genommen und gemäß der vorliegenden Offenbarung generalüberholt wurde. Die Platte 104 kann eine Längsachse 128 definieren, die sich zwischen einem ersten Ende 124 und einem zweiten Ende (nicht dargestellt) erstreckt, und kann eine Längsachse 108 definieren, die rechtwinklig zur Längsachse 128 ausgerichtet ist und sich zwischen einer rechten Seite 110 und einer linken Seite 112 der Platte 104 erstreckt. Die Platte 104 kann außerdem eine obere Umhüllung 114 und eine untere Umhüllung 116 mit einem Kern 132 dazwischen angeordnet beinhalten, wobei die obere Umhüllung 114 und die untere Umhüllung 116 im Wesentlichen planar und im Wesentlichen parallel zueinander sind. Die Begriffe „obere“ und „untere“ sowie „rechte“ und „linke“ werden hierin in einem relativen Sinn verwendet, jeweils in Bezug zueinander bei Betrachtung des Kettenglieds 100, und sollten nicht notwendigerweise bedeuten, dass die hierin erörterten Maschinenkomponenten eine bestimmte Ausrichtung haben. In einigen Ausführungsformen kann eine obere Umhüllung 114 und eine untere Umhüllung 116 in einem Winkel zueinander angeordnet sein und/oder kann im Wesentlichen nicht planar sein. Die Öffnung 106 kann sich zwischen der oberen Umhüllung 114 und der unteren Umhüllung 116 durch den Kern 132 erstrecken. Das Kettenglied 100 kann einen Übergangsbereich in einer ermüdungsempfindlichen Region 140 von einem rechteckig geformten ersten Abschnitt 144 zu einem ösenförmigen zweiten Abschnitt 146 und einen Bereich mit einer im Wesentlichen einheitlichen Geometrie und Materialzusammensetzung in einer ermüdungsunempfindlichen Region 142 haben. Die obere Umhüllung 114 kann ein erstes Segment 152 mit einem Satz von im Wesentlichen linearen primären Bahnen 156 und einen Satz von sekundären Bahnen 158 quer zu den primären Bahnen 156 haben. Die primären Bahnen 156 können eine ähnliche Konfiguration wie die primären Bahnen 56 der vorstehenden Ausführungsform haben, außer dass die primären Bahnen 156 der vorliegenden Ausführungsform parallel zur Längsachse 128 zwischen dem ersten Ende 124 und einem zweiten Ende ausgerichtet sind, statt perimetrisch um die Längsachse 128 gewickelt zu sein, und sie können sowohl ermüdungsempfindliche Region 140 als auch die ermüdungsunempfindliche Region 142 bedecken. Die sekundären Bahnen 158 der vorliegenden Ausführungsform können eine ähnliche Konfiguration wie die sekundären Bahnen 58 der vorstehenden Ausführungsform haben, außer dass die sekundären Bahnen 158 auf der Platte 104 zwischen der rechten Seite 110 und der linken Seite 112 ungleichmäßig beabstandet sein und sich diametrisch über diese erstrecken können, statt perimetrisch um die Längsachse 128 gewickelt zu sein. In einer praktischen Implementierungsstrategie können die sekundären Bahnen 156 ungleichmäßig auf der Platte 104 beabstandet sein, wenn zum Beispiel einige Bereiche der ermüdungsempfindlichen Region 140 empfindlicher gegenüber Spannung sein können als andere Bereiche der ermüdungsempfindlichen Region 140. In einigen Ausführungsformen können die untere Umhüllung 116, die rechte Seite 110 und/oder die linke Seite 112 das erste Segment 152 beinhalten. In noch anderen Ausführungsformen kann das erste Segment 152 auf dem Kern 132 perimetrisch um die Längsachse 132 oder die Breitenachse 108 aufgetragen werden.
Unter jetziger Bezugnahme auf 6 ist eine teilweise geschnittene generalüberholte Maschinenkomponente 200 gemäß einer anderen Ausführungsform dargestellt. Die generalüberholte Maschinenkomponente 200 kann einen Körper 204 haben, der eine im Wesentlichen flache kreisförmige oder längliche Form hat und der eine Öffnung 206, zum Beispiel für ein Kettenrad, ein Zahnrad oder dergleichen, beinhalten kann. Die generalüberholte Maschinenkomponente 200 der vorliegenden Ausführungsform kann eine gebrauchte Scheibe (im Folgenden „Scheibe 200“) beinhalten, die außer Betrieb genommen und gemäß der vorliegenden Offenbarung überarbeitet wurde. Der Körper 204 der vorliegenden Ausführungsform kann eine Platte (im Folgenden „Platte 204“) mit einer oberen Umhüllung 214, einer unteren Umhüllung 216 und einer seitlichen Umhüllung 262 sein, die jeweils an einem Kernmaterial 234, das einen Kern 232 ausbildet, angeordnet und mit diesem verbunden sein kann. Die Durchlass 206 kann sich zwischen der oberen Umhüllung 214 und der unteren Umhüllung 216 durch den Kern 232 erstrecken. Die Scheibe 200 kann eine Längsachse 228 definieren, die sich zwischen der oberen Umhüllung 214 und der unteren Umhüllung 216 erstreckt. Die Scheibe 200 kann mehrere Spannungserhöher haben. Die Scheibe 200 der vorliegenden Ausführungsform kann zum Beispiel die Öffnung 206 haben, die sich durch die Platte 204 an einer ersten ermüdungsempfindlichen Region 240 erstreckt, und eine starke Änderung bei der Geometrie in einer zweiten ermüdungsempfindlichen Region 272, bei denen es sich jeweils um einen Spannungserhöher handeln kann. Die Platte 204 kann eine im Wesentlichen einheitliche Geometrie und Materialzusammensetzung in der ermüdungsempfindlichen Region 242 haben. Die obere Umhüllung 214 kann ein erstes eines ersten Segments (im Folgenden „mediales erstes Segment“) 252 in der ersten ermüdungsempfindlichen Region 240 und ein zweites des ersten Segments (im Folgenden „laterales erstes Segment“) 274 in der zweiten ermüdungsempfindlichen Region 272 und ein zweites Segment 254 in der ermüdungsunempfindlichen Region 242 haben, wobei die erste ermüdungsempfindliche Region 240 medialer zur Längsachse 228 ist als die zweite ermüdungsempfindliche Region 272. Das mediale erste Segment 252 kann auf dem Kernmaterial 234 in der ersten ermüdungsempfindlichen Region 240 angeordnet und mit diesem verbunden sein und kann einen Satz von nicht-linearen primären Bahnen 256 haben, die um die Längsachse 228 gewickelt sind und eine radiale Erstreckung haben, die nicht kleiner ist als die radiale Erstreckung der ersten ermüdungsempfindlichen Region 240. In einigen Ausführungsformen können die nicht-linearen primären Bahnen 256 ein anderes Muster haben, wie z. B. ein Wellenmuster oder ein unregelmäßiges Muster. Das erste mediale Segment 252 kann außerdem einen Satz von sekundären Bahnen 258 haben, wobei jede sekundäre Bahn 258 im Wesentlichen rechtwinklig zu den primären Bahnen 256 ausgerichtet ist, mit denen sich jede sekundäre Bahn 258 schneidet, und am Umfang um die Längsachse 228 beabstandet sein und sich radial nach außen in Bezug darauf erstrecken. Das laterale erste Segment 274 kann in der zweiten ermüdungsempfindlichen Region 272 auf dem Kernmaterial 234 angeordnet und mit diesem verbunden sein. Das laterale erste Segment 274 kann sich axial um den Umfang der Scheibe 200 zwischen einer oberen Kante 276 und einer unteren Kante 278 erstrecken bzw. kann sich über die Kanten 276, 278 zur Umhüllung 214, 216 erstrecken. Das laterale erste Segment 274 kann einen Satz von primären Bahnen 256 beinhalten, die um die Längsachse 228 in einer angrenzenden und anliegenden Konfiguration gewickelt sind und sich axial zwischen der oberen Kante 276 und der unteren Kante 278 erstrecken, und kann über die Kanten 276, 278 hinaus fortlaufen, um einen Teil der oberen Umhüllung 214 bzw. der unteren Umhüllung 216 auszubilden. Teile des lateralen ersten Segments 274, die Teil der oberen Umhüllung 214 und der unteren Umhüllung 216 bilden, können im Wesentlichen ähnlich wie das mediale erste Segment 252 konfiguriert sein. In jedem der ersten Segmente 252, 274 der vorliegenden Ausführungsform können primäre Bahnen 256 auf den sekundären Bahnen 258 aufgebracht sein und diese bedecken.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Wie oben angedeutet, können die Kosten der Überprüfung und/oder Wartung von Maschinen mit bestimmten Komponenten, einschließlich bestimmte Arten von Hüllkomponenten, erheblich sein, ganz zu schweigen von den Kosten, die mit einem Ausfall im Betrieb verbunden sind. Selbst in Situationen, in denen die Kosten der Überprüfung und Untersuchung von Hüllteilen anderweitig begründet ist, kann die Unfähigkeit aktueller Umhüllungsstrategien zum Behindern oder sonstigen Verlangsamen der Ausbreitung von Rissen, die sich in der Umhüllung bilden, trotzdem zu negativen Ergebnissen führen, wie z. B. Ausfall der Maschinenkomponente oder Nichteignung für die Generalüberholung. Die Anwendung einer Umhüllungsstruktur, die sich schneidende Sätze von Bahnen aufweist, gemäß der vorliegenden Ausführungsform und wie hierin näher erörtert, wurde als effektiver bei der Behinderung der Rissausbreitung in Maschinenkomponenten erkannt, als bekannte Umhüllungsmuster. Die Umhüllungsstruktur der vorliegenden Offenbarung kann daher die Kosten zur Wartung umhüllter Maschinenkomponenten aufgrund einer höheren Sicherheit in Bezug auf das Rissrisiko und/oder die Verhinderung, dass Risse kritische Regionen, wie z. B. den Kern 32 der Verstrebung 10, erreichen, verringern.
Unter jetziger Bezugnahme auf 7 ist die Verstrebung 10 von 1-2 dargestellt, wobei die Umhüllung 36 in der ermüdungsempfindlichen Region 40 entfernt wurde, was den Kern 32 freilegt. Wie in 7 zu sehen, wurde durch Entfernen der Umhüllung 36 auch der Riss 12 entfernt. In einigen Ausführungsformen kann die Umhüllung 36 sowohl von der ermüdungsempfindlichen Region 40 als auch der ermüdungsunempfindlichen Region 42 entfernt werden. In noch anderen Ausführungsformen können die Maschinenkomponenten neue Maschinenkomponenten sein, die noch nicht mit einer Umhüllung auf dem Kern in ermüdungsunempfindlichen Regionen und/oder ermüdungsempfindlichen Regionen ausgestattet sind.
Unter jetziger Bezugnahme ebenfalls auf 8 ist die Verstrebung 10 im Prozess der Aufbringung der sekundären Bahnen 58 auf dem Kern 32 dargestellt. Die sekundären Bahnen 58 der vorliegenden Ausführungsform werden durch Laserschweißen auf dem Kernmaterial 34 aufgebracht und mit diesem verbunden. Eine Laserbaugruppe 64, die so strukturiert ist, dass sie einen Laserstrahl 66 erzeugt, kann über der ermüdungsempfindlichen Region 40 strukturiert sein, sodass der Laserstrahl 66 eine Schmelzzone 68 auf dem Kern 32 ausbildet. Die Laserbaugruppe 64 kann ferner so strukturiert sein, dass sie Umhüllungsmaterial 38 in Pulverform in einer Sprühwolke 70 in Richtung Schmelzzone 68 sprüht, wodurch das Umhüllungsmaterial 38 schmilzt und geschmolzenes Umhüllungsmaterial 38 auf dem Kern 32 aufgebracht wird. In einigen Ausführungsformen kann das Umhüllungsmaterial 38 ein Draht oder eine andere massive Form sein. Das Umhüllungsmaterial 38 kann zum Beispiel ein niedriglegierter Stahl sein oder jedwede andere Legierung oder anderes Metallmaterial, das für das Verbinden mit dem Kernmaterial 34 kompatibel ist. Das Kernmaterial 34 und das Umhüllungsmaterial 38 der vorliegenden Ausführungsform können unterschiedliche Materialzusammensetzungen haben. In anderen Ausführungsformen können des Kernmaterial 34 und das Umhüllungsmaterial 38 eine identische Materialzusammensetzung haben. Es sollte offensichtlich sein, dass in einigen Ausführungsformen das Umhüllungsmaterial 38 eine Klasse von Material sein kann, die zum Beispiel ein primäres Umhüllungsmaterial mit einer ersten Materialzusammensetzung, das verwendet wird, um die primären Bahnen 56 aufzutragen, und ein zweites Umhüllungsmaterial mit einer zweiten Materialzusammensetzung, das verwendet wird, um die sekundären Bahnen 58 aufzubringen, beinhalten kann. Die Laserbaugruppe 64 der vorliegenden Ausführungsform kann so konfiguriert sein, dass sie sekundäre Bahnen 58 aufbringt, die um die Längsachse 28 im Wesentlichen gleich beabstandet sind, was bedeutet, dass jedes aufeinanderfolgende Paar von sekundären Bahnen 58 eine im Wesentlichen gleiche Bogenlänge 82 hat, und kann parallel zur Längsachse 28 ausgerichtet sein. In anderen Ausführungsformen kann die Laserbaugruppe 64 so strukturiert sein, dass sie sekundäre Bahnen 58 in einer unterschiedlichen Konfiguration gemäß der vorliegenden Offenbarung und in Übereinstimmung mit der Geometrie der Regionen des Kerns 32, auf dem das erste Segment 52 aufgebracht werden kann, aufbringt. Unter jetziger Bezugnahme ebenfalls auf 9 ist die Verstrebung 10 im Prozess der Aufbringung der primären Bahnen 56 auf dem Kern 34 und mit diesem verbunden dargestellt. Die Laserbaugruppe 64 kann so konfiguriert sein, dass sie primäre Bahnen 56 aufbringt, die um den Kern 32 gewickelt sind, wobei sie sich am Umfang um die Längsachse 32 gemäß der vorliegenden Offenbarung erstrecken. In anderen Ausführungsformen kann die Laserbaugruppe 64 so konfiguriert sein, dass sie die primären Bahnen 56 in einer unterschiedlichen Konfiguration gemäß der vorliegenden Offenbarung aufbringt. Die primären Bahnen 56 können auf dem Kern 32 aufgebracht werden, bis der Kern 32 durch das erste Segment 52 bedeckt ist, was zu einer generalüberholten Strebe 48 führt. In einigen Ausführungsformen kann die Umhüllung 36 auf dem Kern 36 durch andere Techniken aufgebracht werden, wie z. B. Lichtbogenschweißen, Schmelzschweißen oder dergleichen.
Sobald der Kern 32 mit der Umhüllung 36 bedeckt ist, können das erste Segment 52 und/oder das zweite Segment 54 gemäß einer Spezifikation bearbeitet werden. In alternativen Ausführungsformen wird die generalüberholte Verstrebung 48 möglicherweise nicht gemäß der Spezifikation bearbeitet. Unter jetziger erneuter Bezugnahme auf 4 ist ein Querschnitt der generalüberholten Verstrebung 48 an Linie 4-4 von 8 nach der Bearbeitung dargestellt. Die sekundären Bahnen 58 sind auf dem Kern 32 gleichmäßig um die Längsachse 28 beabstandet. Die primären Bahnen 56 sind um einen Umfang des Kerns 32 gewickelt und werden durch die zweiten Bahnen 58 unterbrochen und geschnitten, was die Rissausbreitung entlang der Hüllgrenzen 60 zwischen den Lagen behindern kann. Diese Prinzipien und die offenbarte Geometrie sind auch in anderen Maschinenkomponenten-Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung zu sehen. Es sollte daher offensichtlich sein, dass die Beschreibung irgendeiner einzigen der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung hierin für jedwede andere der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung gelten kann, außer wo anders angegeben oder aus dem Zusammenhang offensichtlich.
Die vorliegende Beschreibung dient nur veranschaulichenden Zwecken und sollte nicht so ausgelegt werden, dass sie den Umfang der vorliegenden Offenbarung in irgendeiner Weise einschränkt. Daher werden Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass verschiedene Modifikationen an den hierin offenbarten Ausführungsformen erfolgen könnten, ohne von dem beabsichtigten und angemessenen Umfang und Geist der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Wie oben angegeben, gelten die hierin erörterten Lehren für eine Vielzahl von unterschiedlichen Maschinenkomponenten mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Strukturen als die, die speziell hierin beschrieben sind. Andere Aspekte, Merkmale und Vorteile werden bei einer Prüfung der angehängten Zeichnungen und der beigefügten Ansprüche offensichtlich. Wie hierin verwendet, sollen die Artikel „einer“, „eine“, „ein“ ein oder mehrere Elemente beinhalten und können mit „mindestens eine/r/s“ austauschbar verwendet werden. Wenn nur ein Element gemeint ist, wird der Begriff „ein einzige/r/s“ oder ein ähnlicher Wortlaut verwendet. Außerdem sollen die Begriffe „hat“, „haben“, „habend“ oder dergleichen, wie hierin verwendet, offene Begriffe sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

CN 104816093 [0002]

Claims

Maschinenkomponente (10), umfassend: einen Kern (32) mit mindestens einer ermüdungsempfindlichen Region (40) und mindestens einer ermüdungsunempfindlichen Region (42); und eine Umhüllung (36), die sich über die mindestens eine ermüdungsempfindliche Region (40) erstreckt; wobei die Umhüllung (36) durch einen Satz von primären Bahnen (56) Umhüllungsmaterial (34) ausgebildet wird, das auf den Kern (32) aufgebracht und damit verbunden wird, und einem Satz von sekundären Bahnen (58) Umhüllungsmaterial (34), das auf den Kern (32) aufgebracht und mit ihm verbunden wird; wobei jede der primären Bahnen (56) angrenzend und anliegend an mindestens einer primären Bahn (56) ist; und wobei jede der zweiten Bahnen (58) quer zu den primären Bahnen (56) ausgerichtet ist, um die Ausbreitung von Rissen (12) durch die Umhüllung (36) entlang Richtungen der primären Bahnen (56) zu behindern.
Maschinenkomponente (10) nach Anspruch 1, wobei: die Maschinenkomponente (10) einen länglichen Schaft (22) beinhaltet, der eine Längsachse (28) definiert, die sich zwischen einem ersten Ende (24) des länglichen Schafts (22) und einem zweiten Ende (26) des länglichen Schafts (22) erstreckt, wobei die Maschinenkomponente (10) eine Vielzahl von Dimensions- oder Materialattributen beinhaltet und mindestens eines der Vielzahl von Dimensions- oder Materialattributen einen ersten Wert innerhalb der mindestens einen ermüdungsempfindlichen Region (40) und einen zweiten Wert innerhalb der mindestens einen ermüdungsunempfindlichen Region (42) hat; wobei die ermüdungsempfindliche Region (40) ein axiales Segment des länglichen Schafts (22) beinhaltet, das so geformt ist, dass Spannungen, die durch axiale Lasten auf dem länglichen Schaft (22) verursacht werden, sich im axialen Segment konzentrieren, wobei sich die ermüdungsempfindliche Region (40) perimetrisch um die Längsachse (28) erstreckt und sich in eine axiale Richtung zwischen dem ersten Ende (24) und dem zweiten Ende (26) erstreckt; und wobei die Umhüllung (36) sich perimetrisch um die Längsachse (28) erstreckt und sich in eine axiale Richtung zwischen dem ersten Ende (24) und dem zweiten Ende (26) erstreckt, sodass die Umhüllung (36) eine axiale Erstreckung hat, die nicht kleiner ist als die axiale Erstreckung der ermüdungsempfindlichen Region (40).
Maschinenkomponente (10) nach Anspruch 2, wobei: die Maschinenkomponente (10) eine Verstrebung mit einer Öffnung ist, die im zweiten Ende (26) ausgebildet ist; der Kern (32) einen zylindrischen Abschnitt (44) und einen konischen Abschnitt (46) hat; die ermüdungsempfindliche Region (40) zumindest teilweise durch einen Übergang zwischen dem zylindrischen Abschnitt (44) und dem konischen Abschnitt (46) gebildet wird; und die sekundären Bahnen (58) parallel zur Längsachse (28) innerhalb des zylindrischen ersten Abschnitts (44) und am Umfang um die Längsachse (28) beabstandet sind, und die sekundären Bahnen (58) zur Längsachse (28) innerhalb des konischen Abschnitts (46) geneigt und am Umfang um die Längsachse (28) beabstandet sind.
Maschinenkomponente (10) nach Anspruch 2, wobei das mindestens eine der Vielzahl von Dimensions- und Materialattributen einen Durchmesser des länglichen Schafts (22) beinhaltet.
Maschinenkomponente (10), umfassend: einen Kern (32); und eine Umhüllung (36) auf dem Kern (32) und beinhaltend einen Satz von primären Bahnen (56) und einen Satz von sekundären Bahnen (58); wobei jede der primären Bahnen (56) angrenzend und anliegend an mindestens eine andere primäre Bahn (56) ausgerichtet ist, sodass eine Hüllgrenze (60) zwischen den Lagen sich zwischen angrenzenden der primären Bahnen (56) erstreckt; und jede des zweiten Satzes von Bahnen (58) voneinander beabstandet und jeweils so ausgerichtet ist, dass sie mindestens eine der Hüllgrenzen (60) zwischen den Lagen schneidet.
Maschinenkomponente (10) nach Anspruch 5, wobei: die sekundären Bahnen (58) parallel zueinander sind und einen einheitlichen Abstand voneinander in der Richtung der primären Bahnen (56) haben, wobei jede der sekundären Bahnen (58) im Wesentlichen linear ist; ein Winkel zwischen jeder der sekundären Bahnen (58) und der mindestens einen Hüllgrenze (60) zwischen den Lagen von etwa 45 Grad bis etwa 90 Grad ist; und der Kern (32) aus einem Kernmaterial (34) ausgebildet ist und jede des sekundären Satzes von Bahnen (58) auf dem Kernmaterial (34) aufgebracht und mit diesem verbunden ist.
Maschinenkomponente (10) nach Anspruch 5, wobei die Maschinenkomponente (10) einen länglichen Schaft (22) beinhaltet, der eine Längsachse (28) definiert, die sich zwischen einem ersten Ende (24) des länglichen Schafts (22) und einem zweiten Ende (26) des länglichen Schafts (22) erstreckt, und jede der primären Bahnen (24) zumindest einmal um einen Perimeter der Maschinenkomponente (10) gewickelt ist.
Verfahren zum Umhüllen einer Maschinenkomponente (10), umfassend: Ausbilden eines Satzes von primären Umhüllungsbahnen (56) auf einem Kern (32) der Maschinenkomponente (10), sodass eine Vielzahl von Hüllgrenzen (60) sich zwischen angrenzenden des Satzes von primären Umhüllungsbahnen (56) erstreckt; und Ausbilden eines Satzes von sekundären Umhüllungsbahnen (58) quer zu den primären Umhüllungsbahnen (56), sodass die sekundären Umhüllungsbahnen (58) mindestens eine Hüllgrenze (60) zwischen den Lagen schneiden, um die Ausbreitung des Risses (12) in die Richtung der mindestens einen Hüllgrenze (60) zwischen den Lagen zu behindern.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Ausbilden des Satzes von sekundären Umhüllungsbahnen (58) ferner das Aufbringen der sekundären Umhüllungsbahnen (58) auf einer ermüdungsempfindlichen Region (40) der Maschinenkomponente (10) beinhaltet, wobei die ermüdungsempfindliche Region (40) durch einen Übergang zwischen einem ersten Abschnitt (44) des Werkstücks (10), wo ein Dimensionsattribut des Werkstücks (10) einen ersten Wert hat, und einem zweiten Abschnitt (46) des Werkstücks (10) wo ein Dimensionsattribut des Werkstücks (10) einen zweiten Wert hat, der sich vom ersten Wert unterscheidet, definiert.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend das Entfernen einer vorhandenen Umhüllung (36) vom Kern (32) vor Ausbilden des Satzes von primären Umhüllungsbahnen (56), und wobei das Ausbilden des Satzes von primären Umhüllungsbahnen (56) und das Ausbilden des Satzes von sekundären Umhüllungsbahnen (58) das Ausbilden des Satzes von primären Umhüllungsbahnen (56) auf einem Kern (32) einer Verstrebung beinhaltet, die ein erstes Ende (24) und ein zweites Ende (26) und eine Öffnung (30), die im zweiten Ende (26) ausgebildet ist, aufweist, wobei das zweite Ende (26) so strukturiert ist, dass es durch eine Spindel (17) aufgenommen wird, und das erste Ende (24) so strukturiert ist, dass es durch ein Gehäuseelement (16) aufgenommen wird, wobei die Verstrebung, die Spindel (17) und das Gehäuseelement (16) eine Verstrebungsanordnung (18) ausbilden, die für das Montieren in einer Maschine (20) strukturiert ist.