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Die
Erfindung betrifft eine Spann- oder Führungsschiene für
ein Endlostreibelement, insbesondere für eine Steuerkette
des Steuertriebs für Verbrennungsmotoren, mit einem Tragabschnitt
und einem mit dem Endlostreibelement in Kontakt bringbaren und auf
dem Tragabschnitt angeordneten Gleitbelag, wobei der Gleitbelag
zumindest im Bereich einer mit dem Endlostreibelement in Kontakt
bringbaren Gleitfläche aus einem Basiswerkstoff mit einem reibungsreduzierenden,
im Basismaterial eingebetteten Zusatzmaterial hergestellt ist.
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Derartige
Spann- oder Führungsschiene werden üblicherweise
bei Steuerkettentrieben für Verbrennungsmotoren eingesetzt.
Sie dienen dazu, die verschleißbedingte Längung
der Steuerkette auszugleichen und diese auf Spannung zu halten.
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Eine
gattungsgemäße Spann- oder Führungsschiene
ist aus der
WO 03/044392
A1 bekannt. Die darin vorgestellte Spannschiene weist einen
Tragabschnitt auf, auf dem ein Führungsabschnitt sitzt. Die
Gleitführungsfläche des Führungsabschnitts
ist an die Steuerkette andrückbar, um diese zu spannen. Dabei
sind der Führungs- und/oder der Tragabschnitt aus einem
Duroplastwerkstoff hergestellt. Dem Duroplastwerkstoff kann dabei
mindestens ein Füllstoff zugesetzt sein, wie z. B. Glasfasern,
Glaskugeln, Minerealstoffe, Grafit, Teflon oder MoS
2.
Durch die ständige Weiterentwicklung der Technik, insbesondere mit
dem Trend des Leichtbaus und der Effizienzsteigerung der Motoren
ist es notwendig, auch Spannschienen weiter zu optimieren.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spann- oder
Führungsschiene der eingangs genannten Art bereitzustellen,
die gegenüber den bereits bekannten Spann- oder Führungsschienen
verbesserte Eigenschaften aufweist und darüber hinaus einfach,
kostengünstig und ressourcenschonend herzustellen ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass der Basiswerkstoff für den Gleitbelag aus der Gruppe
der Polyamide ausgewählt ist und dass das Zusatzmaterial
zumindest Molybdändisulfid (MoS2)
umfasst. Eine solche Kombination ist bisher aus dem Stand der Technik
noch nicht bekannt. Insbesondere wurde im Stand der Technik bisher
versucht, hochbelastbare Materialien zu verwenden, die beispielsweise
hohen Temperaturen und großen Kräften standhalten
müssen. Ein Beispiel hierfür sind z. B. verstärkte
Duroplaste. Zudem wurde erkannt, dass trotz der Schmierung durch
Motoröl der Spann schiene ein weiteres Einbringen von reibungsvermindernden
Stoffen in die Spannschiene die Reibung weiter verringern kann.
Für einen Gleitbelag wurde nunmehr erstmalig Molybdändisulfid,
das hauptsächlich als Trockenschmierstoff Verwendung findet, durch
Spritzgießen verarbeitet. Zudem besteht durch moderne Fertigungsverfahren
heute die Möglichkeit, einzelne Abschnitte von Bauteilen
aus unterschiedlichen Materialien zu fertigen. Das Polyamid eignet sich
dabei für den vorgesehenen Anwendungsbereich, da es die
benötigten technischen Eigenschaften aufweist und darüber
hinaus einfach und günstig zu verarbeiten ist. Das Molybdändisulfid
wird bevorzugt dem Polyamidgranulat zugemischt.
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Eine
weitere Variante besteht darin, dass das eingelagerte Molybdändisulfid
(MoS2) im Wesentlichen im Bereich der Gleitfläche,
einschließlich einer im Betrieb zu erwartenden Verschleißtiefe
eingebettet ist. Hierdurch wird es ermöglicht, lediglich
die tatsächlich beanspruchten Bereich mit Molybdändisulfid zu
versehen. Dies führt zu einer Materialeinsparung, was wiederum
hilft, Kosten zu senken. Darüber hinaus besteht jedoch
die Möglichkeit, das Molybdändisulfid genau an
die Stellen zu bringen, an denen es später im Betrieb auch
benötigt wird. Hierzu müssen die Kosten verglichen
werden. Unter Umständen ist es günstiger, den
gesamten Gleitbelag aus PA mit eingelagertem MoS2 herzustellen.
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Es
kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Gleitfläche im
unverschlissenen Zustand aus einer Schutzschicht aus Basiswerkstoff
gebildet ist, unterhalb derer zumindest ein Schichtbereich mit dem
eingelagerten Molybdändisulfid angeordnet ist. Im Betrieb
wird die Schutzschicht aus Basiswerkstoff durch die Steuerkette
sehr schnell abgetragen, so dass das eingelagerte Molybdändisulfid
sehr bald seine Wirkung entfalten kann. Besonders vorteilhaft ist
hierbei, dass hierdurch ein wirksamer Schutz, z. B. für
Transport und Montage, bereitgestellt werden kann, wobei die aufgebrachte
Schutzschicht im späteren Betrieb durch z. B. die Kette
problemlos beseitigt wird.
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Vorgesehen
werden kann auch, dass die Dicke der Schutzschicht aus Basiswerkstoff,
unterhalb der zumindest der Schichtbereich aus eingelagertem Molybdändisulfid
(MoS2) angeordnet ist, bis zu 0,2 mm beträgt.
Hierdurch wird sichergestellt, dass die Schutzschicht im Betrieb
schnell und rückstandslos entfernt wird und das eingelagerte
Molybdändisulfid schnell freigelegt wird.
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Weiterhin
kann vorgesehen sein, dass das Zusatzmaterial mindestens einen weiteren
reibungsvermindernden Werkstoff umfasst. Eine Reduzierung der Reibung
trägt zur Er höhung des Gesamtwirkungsgrads des
Motors bei, wodurch eine erhöhte Wirtschaftlichkeit erreicht
werden kann. Zudem können sich durch die Beimengung von
zusätzlichem reibungsverminderndem Werkstoff Kombinationseffekte
ergeben, die über die ursprünglich wirkenden der jeweiligen
reibungsvermindernden Werkstoffe hinausgehen. Denkbar ist auch,
dass die reibungsvermindernden Werkstoffe auf z. B. bestimmte Betriebszustände
abgestimmt werden. So könnte z. B. ein Zusatzmaterial für
einen reibungsarmen Lauf bei kaltem Motor sorgen, wogegen ein weiteres
Zusatzmaterial auf den Betrieb bei heißem Motor abgestimmt
ist.
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Es
kann aber auch vorgesehen sein, dass als Zusatzmaterial ausschließlich
Molybdändisulfid eingebettet ist. Hierdurch wird die Herstellung
vereinfacht, indem Reaktionen zwischen verschiedenen Zusatzmaterialien
vermieden werden.
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Unter
Umständen kann auch vorgesehen sein, dass der Tragabschnitt
und der Gleitbelag als separate Teile hergestellt und miteinander
gefügt sind. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn beide
Elemente aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sind. Zudem
besteht hierdurch die Möglichkeit, den Gleitbelag bei zunehmendem
Verschleiß auszutauschen. Zudem können sich wirtschaftliche Vorteile
ergeben, wenn z. B. der Tragabschnitt für verschiedenartige
Motoren verwendet werden kann und lediglich der Gleitbelag auf die
jeweiligen Betriebszustände angepasst werden muss.
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Eine
Weiterbildung hiervon könnte vorsehen, dass der Tragabschnitt
und der Gleitbelag jeweils Verbindungsmittel zur gegenseitigen Verbindung
miteinander aufweisen. Möglichkeiten hierfür bestehen z.
B. durch die Anformung von Rastmitteln, Löchern, vorstehenden
Elementen, sowie andere übliche Formen zum lösbaren
bzw. unlösbaren Verbinden.
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Weiter
ist möglich, dass der Anteil an eingebettetem Molybdändisulfid
(MoS2) im Gleitbelag bis zu 10% (Gew.-%)
beträgt. Es ist bekannt, dass ein reibungsreduzierender
Effekt lediglich ab einer gewissen Menge an zugesetztem Molybdändisulfid
erreicht wird. Darüber hinaus führt jedoch auch
ein Zusetzen von hohen Mengen an Molybdändisulfid nicht zu
immer besseren Ergebnissen. Insbesondere kann auch durch eine zu
hohe Zugabe an Molybdändisulfid beispielsweise die mechanische
Belastbarkeit des Gleitbelags herabgesetzt werden.
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Weiter
kann ein Gleitbelagkörper für eine Spann- oder
Führungsschiene vorgesehen sein, bestehend aus einem Basiswerkstoff
mit einem reibungsreduzierenden, im Basis material eingebetteten Zusatzmaterial,
dadurch gekennzeichnet, dass der Basiswerkstoff aus der Gruppe der
Polyamide ausgewählt ist und dass das Zusatzmaterial zumindest
Molybdändisulfid (MoS2) umfasst.
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Im
Folgenden wird die Ausführungsform anhand der Zeichnungen
näher beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
Spann- bzw. Führungsschiene in schematischer Seitenansicht,
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2 ein
Schnittbild der Spann- oder Führungsschiene entlang der
Linie II-II in 1 geschnitten.
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1 zeigt
die Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Spann-
oder Führungsschiene 1. Die Schiene 1 besteht
aus einem Tragabschnitt 2 und einem daran befindlichen
Gleitbelag 3. Der Gleitbelag 3 weist eine Gleitfläche 7 auf,
an der eine Steuerkette entlang läuft. Der Tragabschnitt 2 sowie
Gleitbelag 3 und eine Gleitfläche 7 weisen
eine bogenförmige Kontur auf. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
ist der Tragabschnitt 2 nicht aus einem Vollkörper
hergestellt, sondern weist Durchbrechungen auf, die durch ein Fachwerk
aus Verstrebungen 6 umschlossen werden.
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2 zeigt
ein Schnittbild der Schiene 1 aus 1. Dem Tragabschnitt 2 schließt
sich dabei ein Schichtbereich 8 an. Auf dem Schichtbereich 8 ist eine
Schutzschicht 9 angeordnet.
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Der
Tragabschnitt 2 kann aus einem beliebigen entsprechend
festen Material, wie verstärkter Kunststoff, Aluminiumdruckguss,
etc. hergestellt sein. Der Gleitbelag ist aus einem Polyamid hergestellt,
dem als Zusatzmaterial Molybdändisulfid (MoS2)
beigemischt ist. Als Polyamid wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel
PA66 oder alternativ PA46 verwendet. Darüber hinaus können
auch weitere, insbesondere reibungsmindernde, Werksstoffe zugesetzt
werden.
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Das
Molybdändisulfid (MoS2) wird durch
die Verarbeitung, bevorzugt durch Spritzgießen, in die Polyamidstruktur
eingebettet bzw. eingelagert. Abhängig von der Aufbereitung
des Molybdändisulfids bzw. abhängig von weiteren
zugesetzten Stoffen wird das Molybdändisulfid in die Polyamidstruktur
aufgenommen bzw. vernetzt sich mit dem Polyamid. Dabei beträgt
der Anteil an Molybdändisulfid (MoS2)
im Gleitbelag 3 nicht mehr als 10 Gew.-%. Besonders bevorzugt
liegt der Anteil an Molybdändisulfid (MoS2) im
Bauteil im Bereich von 3 bis 7 Gew.-%. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
liegt der Anteil bei ca. 5 Gew.-%.
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Das
Molybdändisulfid (MoS2) weist eine
Teilchengröße von bis zu 125 μm auf.
Alternativ kann aber auch Molybdändisulfid bis zu einer
Korngröße von 100 μm genutzt wird.
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Zur
Erlangung einer Gleitfläche 7 mit geringem Reibwert
kann es aber auch ausreichen, wenn das Molybdändisulfid
(MoS2) im Wesentlichen nur im Bereich der
Gleitfläche 7 des Gleitbelags 3 eingelagert
ist. Dabei kann sich die Schicht mit eingelagertem Molybdändisulfid
von der Gleitfläche 7 in den Gleitbelag 3 bis
zu einer zu erwartenden Verschleißtiefe hinein erstrecken.
Hierdurch wird MoS2 eingespart. Die Verschleißtiefe
kann dabei bis zu ca. der Hälfte der Dicke des Gleitbelags
entsprechen. Beispielsweise könnte dies bis zu 1,5 mm betragen.
Abhängig von der gewünschten Konfiguration bzw.
anderen Einflussgrößen, wie z. B. der erwarteten
Lebensdauer des Motors, kann die Verschleißtiefe jedoch
auch in einer anderen Größenordnung gewählt werden,
wie z. B. ein Sechstel oder bis zu einem Drittel der Gesamtdicke
(üblicherweise 3 mm) des Gleitbelags 3. Üblicherweise
liegt sie im Bereich von 0,5 bis 0,8 mm.
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Tragabschnitt 2 und
Gleitbelag 3 sind an der Kontaktfläche 5 miteinander
verbunden. Die Verbindung kann dabei dauerhaft z. B. durch Verkleben, Verschmelzen
oder integrale Herstellung gebildet sein. Darüber hinaus
besteht auch die Möglichkeit, geeignete Verbindungsmittel
bzw. Elemente oder Rastmöglichkeiten vorzusehen. Zur Befestigung
der Schiene 1 im Motorraum sind Befestigungsmittel, wie z.
B. Bohrlöcher, vorgesehen. Bevorzugt wird die Schiene 1 dabei
schwenkbar angeordnet. Um die notwendige Andrückkraft für
die Schiene 1 in Richtung der Steuerkette zu erreichen,
kann z. B. an der Rückseite 4 der Spannschiene 1 ein
Kettenspanner angeordnet sein. Zudem kann an dem Tragabschnitt 2 auch
ein geeigneter Angriffspunkt für einen Kettenspanner vorgesehen
werden.
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Als
Basismaterial für den Gleitbelag 3 werden bevorzugt
PA66 und PA46 eingesetzt. Als besonders geeignet haben sich Polyamide
herausgestellt, die zum Zeitpunkt der Einreichung dieser Anmeldung unter
dem Handelsnamen Ultramid® A 4A
der Firma BASF, dem das Molybdändisulfat (MoS2)
durch Zugabe des Produkts RIAMOS Mix SE 4002 der Firma RIA-Polymers
GmbH zugemischt wird. Alternativ kann Grilon® TSS/4
LF 2 der Firma EMS-Grivory eingesetzt werden.
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Bei
der gezeigten Ausführungsform ist auf dem Gleitbelag 3 an
der Gleitfläche 7 eine Schutzschicht 9 ohne
Molybdändisulfid angeordnet. Die Schutzschicht 9 ist
dabei aus dem Basiswerkstoff gebildet und weist eine geringe Dicke
auf. Die Dicke beträgt max. 0,2 mm (bevorzugt < 0,1 mm). An die Schutzschicht 9 schließt
sich ein Schichtbereich 8 an, der aus dem Basismaterial
mit eingelagertem Molybdändisulfid gebildet ist. Durch
die geringe Dicke der und des fehlenden MoS2 in
der Schutzschicht 9 verschleißt diese aufgrund
der entlanggleitenden Steuerkette relativ schnell, wodurch der Schichtbereich 8 freigelegt
wird und sich die Gleitreibungseigenschaften der Schiene 1 mittels
dieses Einlaufvorgangs sehr stark verbessern. Nach diesem Einlaufvorgang entfaltet
sich die Wirkung des MoS2 und der Gleitbelag
verschleißt signifikant langsamer, so dass eine ausreichende
Haltbarkeit gegeben ist. Die Vorteile der Schutzschicht 9 für
den Herstell-, Transport- und Montagevorgang überwiegen
den Nachteil, der durch den relativ kurzen Einlaufvorgang in Kauf
genommen werden muss.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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