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Die
Erfindung betrifft eine Antriebskette, insbesondere Steuertriebskette,
für Verbrennungsmotoren,
insbesondere für
Dieselmotoren, mit über
jeweils ein Kettengelenk verbundene Innen- und Außenkettenglieder.
Ferner betrifft die Erfindung ein Steuerkettentrieb.
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Derartige
Antriebsketten sind aus der Praxis hinlänglich bekannt. Im Einsatz
werden an solche Antriebsketten hohe Anforderungen gestellt. Einerseits werden
sie mit hoher Geschwindigkeit betrieben und gleichzeitig hohe Kräfte und
hohe Belastungen auf sie ausgeübt.
Zudem fordert die Automobilindustrie immer kleinere Ketten, und
damit verbunden immer engere Winkelumsetzungen, um die Realisierung von
kleineren Motoren zu gewährleisten.
Gleichzeitig fordert die Industrie, da es sich bei den Antrebsketten um
ein Massenprodukt handelt, das in einer Vielzahl von Kraftfahrzeugen
eingebaut wird, eine möglichst kostengünstige Herstellung
sowie geringe Materialkosten.
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Bei
der Auswahl der Materialien muss einerseits die Umgebung der Antriebskette
im Einsatz berücksichtigt
werden, da das zur Schmierung verwendete Öl, sowie die im Motorraum vorhandenen
Verbrennungsgase in direkten Kontakt mit der Antriebskette stehen.
Hierbei sind die Öle
mit verschiedensten Zusatzstoffen versehen, die sich auf die Antriebskette
auswirken können,
gleichzeitig dickt das Öl
im Betrieb ein und wird so aggressiver. Die Lebensdauer einer Antriebskette
wird im Einsatz in erster Linie durch die auftretende Kettenlängung begrenzt.
In diesem Zusammenhang ist die Materialauswahl im Gelenkbereich,
und insbesondere in dem Kontaktbereich zwischen Hülse und
Bolzen von besonderer Bedeutung, da in diesem Bereich verschiedenartiger Verschleiß auftritt.
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In
jüngster
Zeit konzentrieren sich daher die Untersuchungen des Verschleißverhaltens
der Antriebsketten insbesondere auf die Verbesserung des Bolzenmaterials
sowie des Hülsenmaterials,
wie auch auf die Wechselwirkung zwischen diesen. In diesem Zusammenhang
war es möglich,
ein sehr hartes und erfolgsversprechendes Bolzenmaterial zu entwickeln,
in Kombination mit den bekannten Hülsenmaterialien, sowie besonders
bei abrasionsbeständigen
Hülsenmaterialien
mit erhöhter
Härte zeigte
sich jedoch, dass nach wie vor der Verschleiß eine bedeutende Rolle spielt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Werkstoff insbesondere
für die
Kontaktfläche
von Kettengelenken zur Verfügung
zu stellen, welcher sich durch eine deutlich erhöhte Verschleißbeständigkeit
auszeichnet.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß für eine Antriebskette
für Verbrennungsmotoren
dadurch gelöst,
dass zumindestens im Kontaktbereich des Kettengelenks ein Werkstoff
eingesetzt ist, gewählt aus
der Gruppe der tribooxidations- und/oder tribokorrosionsbeständigen Werkstoffe,
die chemisch beständig
sind und zumindestens eine harte Oberflächenschicht aufweisen oder
mit dieser versehen sind.
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Bislang
hat sich die Fachwelt mit Hinblick auf die Verbesserung der Verschleißbeständigkeit
auf die Optimierung der mechanischen Eigenschaften, insbesondere
der Oberflächenhärte oder
Oberflächenprofil
konzentriert. Vollkommen außer
acht gelassen wurde hierbei, dass sich das Öl im Betrieb stark verändert. So
kann die Säurezahl
des Motoröls im
Einsatz durch Oxidation, Nitration und Sulfatation stark ansteigen. Überraschenderweise
haben die vorliegenden Erfinder nunmehr festgestellt, dass ein Zusammenhang
zwischen dem Verschleiß der
Antriebskette und dem eingesetzten Öl besteht. Insbesondere bei
den in der jüngeren
Zeit zunehmend verwendeten Leichtlaufölen zeigt sich ein erhöhter Verschleiß. Diese
Leichtlauföle
besitzen eine niedrigere Viskosität, sind mit zusätzlichen
Additiven versehen und weisen im Einsatz schlechtere Schmiereigenschaften
auf.
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Hierbei
hat ein Neuöl
typischerweise eine TAN-Zahl von 3,5. Durch die Benutzung in einem Fahrzeug
verändert
sich diese TAN-Zahl kontinuierlich. In diesem Zusammenhang wird
bereits eine TAN-Zahl von ca. 4,5 – 5,0 als kritisch eingestuft,
bei einer TAN-Zahl
von 6–7
ist bereit ein extremer Wert erreicht. Überschreitet die TAN-Zahl das
Maß für den Basengehalt,
d.h. TAN > TBN, tritt
Korrosion auf.
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In
diesem Zusammenhang hat sich gezeigt, dass neben dem abrasivem Verschleiß vermehrt auch
ein Tribokorrosionsverschleiss an der Antriebskette auftritt und
dass diese Kombination zu einer erhöhten Längung insbesondere bei Dieselketten
führt.
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Durch
den Einsatz eines Werkstoffes, gewählt aus der Gruppe der tribooxidations- und/oder tribokorrosionsbeständigen Werkstoffe
wird es möglich,
den Verschleiß deutlich
zu verringern und so die Lebensdauer der Antriebsketten zu erhöhen. Im
Einsatz werden die Werkstoffe hierbei solchermaßen ausgewählt, dass sie eine ausreichende
chemische Beständigkeit
aufweisen und zumindestens mit einer harten Oberflächenschicht
versehen sind, oder bei welchen die Härte der Oberflächenschicht
durch geeignete Maßnahmen
verändert
wird.
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Hierdurch
wird ausreichender Schutz nicht nur gegen abrasiven Verschleiß sondern
auch gegen den Tribokorrosionsverschleiss erreicht, wodurch sich
die Lebensdauer der Antriebskette auch bei Einsatz von Leichtlauföl deutlich
verlängert.
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Vorteilhafterweise
kann der Werkstoff ein martensitischer und/oder ausscheidungsgehärteter nichtrostender
Stahl sein. Ein solcher Werkstoff erfüllt alle Anforderungen an die
chemische Beständigkeit
des Werkstoffes wie auch der Korrosionsbeständigkeit, wobei der Werkstoff
zusätzlich
kostengünstig hergestellt
werden kann. Dieser Werkstoff kann zur Einstellung einer gewünschten
Gefügestruktur
noch zusätzlich
wärmebehandelt
sein. Ziel einer solchen zusätzlichen
Behandlung ist in erster Linie die Erzielung einer hohen Oberflächenhärte.
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Ferner
hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der Werkstoff
einen hohen Chromgehalt, bevorzugt mehr als 10%, aufweist. Auf diese Weise
wird eine ausreichende Festigkeit des Materials sichergestellt.
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Besonders
bevorzugt kann der Werkstoff nach der Sorte der Stähle aus
der Gruppe der martensitischen und ausscheidungshärtenden
nichtrostenden Stähle
oder der ferritischen nichtrostenden Stähle ausgewählt sein, die in DIN 10088-1,
Tabelle 1 und 2 und/oder in einem Werkstoffleistungsblatt der Luft-
und Raumfahrt (WL) genannt sind. In der Praxis haben sich diese
Werkstoffe als besonders geeignet erwiesen.
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Gemäß einer
anderen bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann der Werkstoff ein nichtniedrig legierter
Stahl sein, mit einer dichten Oberflächenbeschichtung mit hoher
Härte und
Korrosionsbeständigkeit.
Auch ein solcher Werkstoff hat sich in der Praxis als geeignet erwiesen,
die geforderten Eigenschaften aufzuweisen.
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Hierbei
kann die Oberflächenbeschichtung durch
geeignete Verfahren erzielbar sein. Vorzugsweise kann das Verfahren
gewählt
werden aus der Gruppe umfassend PVD, CVD, Eindiffundieren, Randaufsticken
ohne Ausscheidung von Nitriden und ähnlichen Verfahren. Bei den
vorgenannten Verfahren handelt es sich um auf dem Gebiet der Technik gut
bekannten Verfahren, die daher ohne weiteres durchgeführt werden
können,
sodass auch hier die Antriebskette ohne weiteres hergestellt werden
kann.
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Gemäß noch einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann ein korrosionsbeständiger Werkstoff
eingesetzt werden, bei welchem die Härte der Oberflächenschicht
durch physikalische Oberflächenhärteverfahren
gesteigert ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein entsprechender
Werkstoff durch ein zusätzlich
durchgeführtes
Verfahren erzielt, das in der Praxis einfach durchzuführen ist.
Hierbei ist es von besonderer Bedeutung, ein Verfahren auszuwählen, durch
welches die Korrosionsbeständigkeit
des Werkstoffes nicht beeinträchtigt
wird.
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Ein
bevorzugtes Verfahren zur Erhöhung
der Härte
der Oberflächenschicht
kann Kugelstrahlen sein.
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Vorteilhafterweise
können
als Werkstoff Stähle,
die in DIN 10088-1, Tabelle 1 und 2 oder in WL 1.4564 genannt sind,
eingesetzt werden. Vorzugsweise können hierbei die Stähle 1.4021
oder 1.4122 oder 1.4564 der DIN 10088-1 eingesetzt werden. Diese
Werkstoffe haben sich in der Praxis als besonders geeignet erwiesen.
Ferner hat sich gezeigt, dass bei diesen Werkstoffen eine Kugelbestrahlung
durchgeführt
werden kann, ohne dass die Korrosionseigenschaften des Werkstoffes
beeinträchtigt
werden.
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Es
zeigt sich, dass durch die vorliegende Erfindung verschiedene Möglichkeiten
bereitgestellt werden, einen entsprechenden Werkstoff einzusetzen,
so dass ein entsprechender Werkstoff je nach Einsatzgebiet auf einfache
Art und Weise hergestellt werden kann.
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Vorteilhafterweise
kann jedes Kettengelenk einen Stiftbolzen eines Außenkettengliedes
und eine Hülse
eines benachbarten Innenkettengliedes umfassen. Ein entsprechender
Aufbau der Kette hat sich seit langer Zeit bewährt.
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Vorteilhafterweise
kann der Werkstoff zumindestens als Oberflächenschicht der Hülse eingesetzt werden,
d.h. der Schicht, welche sich im unmittelbaren Kontakt mit dem Stiftbolzen
befindet. Auf diese Weise ist es möglich, insbesondere die am
stärksten beanspruchte
Kontaktfläche
besonders verschleißfest
auszugestalten.
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Ferner
kann die ganze Hülse
aus dem Werkstoff gefertigt werden.
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Ferner
hat sich gezeigt, dass auch die Kombination der Werkstoffe der Hülse und
des Bolzens von besondere Bedeutung ist.
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In
diesem Zusammenhang kann der Bolzen vorzugsweise ein inchromierter
und/oder vanadierter Bolzen aus geeignetem Stahl mit hohem C-Gehalt sein.
Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
kann der Bolzen ein Bolzen aus ferritischem nichtrostenden oder
martensitisch und ausscheidungshärtenden
nichtrostenden Stahl sein. Vorteilhafterweise kann der Bolzen aus
dem Stahl 1.4122 oder 1.4564 der DIN 10088-1 bestehen. Diese Werkstoffe
haben sich in der Praxis besonders bewährt, insbesondere auch in der
Kombination mit einem der vorgenannten Hülsenmaterialien.
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Die
Erfindung betrifft des weiteren ein Steuerkettentrieb für einen
Verbrennungsmotor, insbesondere Dieselmotor, mit einer zuvor beschriebenen Antriebskette,
mindestens zwei Kettenrädern
und einem Schmieröl,
wobei das Schmieröl
ein Leichtlauföl ist.
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Ferner
kann die beschriebene Antriebskette in einem Steuerkettentrieb für einen
Verbrennungsmotor, insbesondere Dieselmotor verwendet werden, der
ein Leichtlauföl
zur Kettenschmierung einsetzt.
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Im
Folgenden wird eine Ausführungsform der
Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
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1 in
einer Seitenansicht eine Antriebskette, und
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2 die
Antriebskette aus 1 in Laufrichtung in einer geschnittenen
Draufsicht.
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Die
in der Zeichnung dargestellte Antriebskette besteht aus Außenkettengliedern 1,
Innenkettengliedern 2 sowie den die Innenkettenglieder
und Außenkettenglieder
verbindenden Kettengelenken 3. Hierbei umfasst jedes Kettengelenk 3 einen
Stiftbolzen 4 sowie eine Hülse 5. Bei der folgenden
Beschreibung wird gleichzeitig auf 2 Bezug genommen,
aus welcher die Anordnung der Kettengelenke deutlicher wird.
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Im
Einzelnen sind die äußeren Kettenglieder 1,
die als Führungsglieder
dienen, auf die Stiftbolzen 4 aufgepresst. Hierbei kann
sich der Stiftbolzen 4 jeweils ein vorbestimmtes Stück über die
Außenoberfläche des
Außenkettengliedes
erstrecken. Die Innenkettenglieder 2 sind versetzt zu den
Außenkettengliedern 1 an
der Innenoberfläche
der Außenkettenglieder 1 angeordnet.
Hierbei sind jeweils 2 Innenkettenglieder 2 über eine
Hülse 5 miteinander
verbunden, wobei die Innenkettenglieder auf die Hülsen aufgepresst
sind. Die Stiftbolzen 4 erstrecken sich hierbei durch die
Hülse,
und sind in dieser beweglich gelagert, so dass die Innenkettenglieder
zu den Außenkettengliedern
beweglich gehalten werden.
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Selbstverständlich sind
andere Ausführungsformen
von Antriebsketten auch möglich.
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Hierbei
wird die Hülse 5 entweder
aus dem erfindungsgemäßen Werkstoff
als Ganzes gefertigt, oder gemäß einer
anderen Ausführungsform
kann die Hülse 5 auch
an ihrer Innenoberfläche,
d.h. die mit dem Stiftbolzen 4 in Kontakt stehende Fläche, mit einer
zusätzlichen
Beschichtung 6 versehen sein, welche aus dem erfindungsgemäßen Werkstoff
besteht und so die notwendigen Eigenschaften bereitstellt.