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Die Erfindung betrifft einen reibungsreduzierten Kettentrieb mit einer Spann- und/oder Führungsschiene und einer Kette mit jeweils mittels eines Kettengelenks miteinander verbundenen Kettengliedern.
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Reibungsreduzierte Kettentriebe umfassend Spann- und/oder Führungsschienen sowie eine Kette sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. Beispielhaft wird auf die
DE 10 2009 040 285 A1 verwiesen, die eine Zahnkette für einen Zahnkettentrieb offenbart. Bei dieser Kette sind die in Eingriff mit einem Kettenrad bringbaren Zahnlaschen zumindest im Bereich der am Kettenrad anliegenden Kontaktflächen mit einem Trockenschmiermittel beschichtet.
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Aus der
WO 20006/094496 ist eine verschleißverbesserte Kette bekannt, bei welcher ein Element der Kette, insbesondere ein Bolzen, eine Hülse, eine Lasche oder eine Rolle im Bereich seiner Oberfläche eine Gleitstoffbeschichtung aufweist. Zusätzlich zu der beschriebenen Gleitstoffbeschichtung kann hierbei noch eine Hartstoffschicht unter der Gleitstoffbeschichtung vorgesehen sein, um die Haltbarkeit der Kette deutlich zu verbessern.
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Die bekannten Ketten beziehungsweise Kettentriebe stellen darauf ab, den im Kettenbetrieb auftretenden Verschleiß zu vermindern. Insbesondere wird auf den Verschleiß abgestellt, der durch eine dauerhafte kraftbelastete Reibung entsteht, das heißt im Bereich der direkt miteinander im Eingriff stehenden Flächen, beispielsweise der Kontaktflächen zwischen Zahnlaschen und Kettenrad.
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Neben dieser im Kettenbetrieb auftretenden Hauptreibung tritt jedoch in anderen Bereichen der Kette zusätzliche Reibung auf, die zwar geringer als die Hauptreibung ist, die Leistung der Kette jedoch auch beeinträchtigt. Beispiele für diese zusätzliche Reibung sind unter anderem Bereiche der Ketten, in denen Innen- und Außenlaschen aneinander reiben, wie auch die zwischen den Außengliedern der Kette und den Seitenwänden von Führungs- und Spannschienen auftretenden Bereiche, das heißt eine Reibung, die sich als Führungsreibung umschreiben lässt. Diese Führungsreibung ist zumeist nur eine zufällige Reibung, die beispielsweise durch Toleranzen bei der Fertigung der Kette auftreten kann. Gleichermaßen kann die Führungsreibung durch ein Schieflaufen der Kette – hervorgerufen durch Spurversatz der Kettenräder – bewirkt werden. Im Vergleich mit der Hauptreibung sind die bei der Führungsreibung auftretenden Kräfte deutlich geringer.
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Im Hinblick auf die insbesondere im Bereich der Kraftfahrzeugindustrie zunehmende Forderung, einen Beitrag zur CO2-Reduzierung zu leisten, rückt auch die Reibungsreduzierung von Kettentrieben zunehmend in den Fokus. Durch Detailverbesserungen bei der Materialauswahl einerseits sowie fertigungstechnische und konstruktive Maßnahmen an allen Bauteilen des Kettentriebes andererseits konnten bereits CO2-Reduzierungen von bis zu 2 g/km mehrfach bestätigt werden. Um den Beitrag der CO2-Reduzierung weiter zu erhöhen, wird daher nicht nur der Hauptreibung, sondern immer mehr auch der nebengeordneten Führungsreibung erhöhte Aufmerksamkeit geschenkt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen reibungsreduzierten Kettentrieb zur Verfügung zu stellen, der einen erhöhten Beitrag zur CO2-Reduzierung leisten kann.
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Diese Aufgabe wird durch einen reibungsreduzierten Kettentrieb mit einer Spann- und/oder Führungsschiene und einer Kette mit jeweils mittels eines Kettengelenks miteinander verbundenen Kettengliedern dadurch gelöst, dass die Spann- und/oder Führungsschiene zumindest im Bereich ihrer Führungsfläche diese überragende Seitenwände aufweist und wenigstens die in Wirkkontakt mit den Seitenwänden der Spann- und/oder Führungsschiene stehenden Oberflächenbereiche der Kettenglieder mit einer Gleitbeschichtung versehen sind.
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Durch die Breitstellung einer entsprechenden den Seitenwänden der Spann- und/oder Führungsschiene zugeordneten Gleitbeschichtung kann die Reibung zwischen der Spann- und/oder Führungsschiene und der Kette erheblich vermindert werden. Hierdurch reduziert sich die Verlustleistung und der Wirkungsgrad von Kettentrieb und Motor kann erhöht werden. Gleichzeitig können auch Toleranzen bei der Fertigung der Kette durch die Gleitbeschichtung ausgeglichen werden, ohne dass aufwendige Schleifverfahren oder andere Glättvorgänge durchgeführt werden müssen. Hierbei hat sich im Betrieb gezeigt, dass die Beschichtung der Außenfläche der Kettenglieder ausreichend ist, um die Reduzierung der Reibung zu erzielen, so dass es nicht notwendig ist noch weitere Maßnahmen durchzuführen, beispielsweise die Innenseiten der Bunde der Spann- beziehungsweise Führungsschiene zusätzlich mit einem Gleitmittel zu versehen, so dass keine zusätzliche Behandlung der Spann- und/oder Führungsschienen notwendig ist. Dies wirkt sich wiederum in einer Verringerung der Herstellungskosten aus.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Gleitbeschichtung auf der Unterseite und den daran angrenzenden Seitenflächen der Kettenglieder aufgebracht ist. Eine entsprechende Aufbringung kann beispielsweise durch Eintauchen der Kettenglieder in die Gleitbeschichtungslösung erzielt werden. Hier ist es durch einfache Art und Weise möglich die Höhe der Gleitbeschichtung entsprechen der Anforderungen durch die Eintauchhöhe zu bestimmen. Da nicht das ganze Kettenglied beschichtet wird können die Materialkosten gering gehalten werden.
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Verzugsweise kann die Gleitbeschichtung im Bereich der Seitenflächen der Kettenglieder bis maximal unterhalb der Öffnung des Kettengelenks aufgebracht ist. Auf diese Weise wird verhindert, dass die Gleitbeschichtungslösung in die Öffnung eindringt und sich negativ auf den Zusammenbau der Kette im Bereich des Kettengelenks oder die Funktionsweise des Kettengelenks auswirkt.
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Ferner kann die Gleitbeschichtung auf den Seitenwänden der Kettenglieder in einer Höhe aufgebracht sein, welche der 0,8 bis 1,2, bevorzugt 1,0-fachen Höhe der Seitenwand der Spann- und/oder Führungsschiene entspricht. Auf diese Weise wird ein vollflächiger Gleitkontakt der Kettengliedoberfläche mit der Seitenwandinnenfläche der Spann- und/oder Führungsschiene sichergestellt.
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Die Gleitbeschichtung kann auf den Seitenwänden der Kettenglieder auch in einer Höhe aufgebracht sein, welche wenigstens der halben Höhe der Seitenwand der Spann- und/oder Führungsschiene entspricht. Versuche haben gezeigt, dass eine Höhe der Gleitbeschichtung, gemessen von der Unterseite des Kettengliedes, dass heißt, der auf der Spann- und/oder Führungsschiene aufliegenden Fläche bis zur halben Höhe der Seitenwand ausreichend ist, um die Reibung zwischen Kettenglied und Spann- und/oder Führungsschiene deutlich zu verringern.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Schichtdicke der Gleitbeschichtung zur Basis der Seitenwände der Spann- und/oder Führungsschiene hin zunehmend aufgebracht ist. Das heißt, die Schichtdicke erhöht sich ausgehend von der oberen Kante des seitlichen Bundes der Spann- und/oder Führungsschiene nach zur unteren Kante der Seitenwand hin. Durch die Bereitstellung einer entsprechenden Gleitbeschichtung kann die im Betrieb auftretende Führungsreibung deutlich vermindert werden. Da die Beschichtung keine gleichbleibende Schichtdicke aufweist, sondern über den Bereich der Seitenwände dicker wird, kann die Wirkung erhöht werden Die erhöhte Schichtdicke der Gleitbeschichtung wirkt sich zusätzlich positiv auf die Führung der Kette innerhalb der Spann- und/oder Führungsschiene aus. Die Kette läuft im Bereich der Spannschiene ruhiger, da das Spiel zwischen der Kette und der Spannschiene verringert wird. Dies wirkt sich nicht nur positiv auf die Reibung sondern insbesondere auch auf die Geräuschbildung der Kette aus.
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Vorteilhafterweise kann die Schichtdicke der Gleitbeschichtung zur Basis der Seitenwände der Spann- und/oder Führungsschiene hin kontinuierlich zunehmen. Diese Ausführungsform wirkt sich besonders vorteilhaft auf die Führung innerhalb der Spannschiene aus, da die Kette besonders ruhig gehalten wird.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann die Schichtdicke der Gleitbeschichtung zur Basis der Seitenwände der Spann- und/oder Führungsschiene hin graduell zunehmen. Diese Ausführungsform zeichnet sich durch eine besonders einfache Fertigung aus, da die einzelnen Schichten durch Einsatz unterschiedlicher Masken auf den Kettengliedern aufgebracht werden können, um so die Erhöhung der Schichtdicke zu erzielen.
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Hierbei besteht die Möglichkeit, die jede Stufe bildende Schicht aus dem gleichen oder einem unterschiedlichen Material zu fertigen, um so besondere zusätzliche Materialeigenschaften zu erzielen, beispielsweise in die äußerste Schicht zusätzliche Gleitpartikel mit einzubetten.
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Ferner können wenigstens zwei Stufen ausgebildet sein. Versuche haben gezeigt, dass die Ausbildung von zwei Stufen im Bereich des Gleitbelages bereits zu deutlich verbesserten Ergebnissen führt.
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Vorzugsweise kann sich die Schichtdicke der Gleitbeschichtung über die Seitenwandhöhe der Spann- und/oder Führungsschiene wenigstens verdoppeln. Die Reibung kann bei einer entsprechenden Erhöhung der Schichtdicke effektiv reduziert werden, wie im Versuchsbetrieb nachgewiesen werden kann.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Schichtdicke der Gleitbeschichtung wenigstens in den an die Basis der Seitenwände der Spann- und/oder Führungsschiene angrenzenden Bereichen der Kettenglieder 3 bis 6 μm betragen. Eine entsprechende Schichtdicke hat sich als besonders geeignet erwiesen, um einerseits eine ausreichende reibungsreduzierende Wirkung zu erzielen, wie auch einen positiven Einfluss auf die Geräuschentwicklung der Kette und die Laufeigenschaften dieser im Bereich der Spannschiene zu bewirken.
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Ferner kann die Gleitbeschichtung auf der ganzen an die Seitenwand angrenzende Oberfläche des Kettengliedes aufgebracht sein. Hierbei kann die Gleitbeschichtung über den ganzen Bereich des Kettenglieds mit einer zunehmenden Schichtdicke ausgebildet sein, oder die Schichtdicke kann sich lediglich in dem Bereich erhöhen, welcher in Wirkkontakt mit dem seitlichen Bund der Spannschiene steht. Hierdurch kann das Aufbringverfahren der Gleitbeschichtung vereinfacht werden.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann die Gleitbeschichtung aus einem Trockenschmiermittel, insbesondere enthaltend MoS2 und/oder Graphit und/oder PTFE enthalten. Ein entsprechendes Trockenschmiermittel hat sich in der Praxis als besonders geeignet erwiesen, insbesondere beim Einsatz in Kraftfahrzeugen, da dieses motorölbeständig ist und über breite Temperaturbereiche temperaturbeständig ist.
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Vorteilhafterweise kann die Kette eine Zahn-, Hülsen- oder Rollenkette sein.
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Die Kette kann eine Zahnkette mit seitlichen, bevorzugt nicht verzahnten, Führungslaschen sein, wobei die Führungslaschen wenigstens im Bereich der Kontaktfläche mit der Seitenwand der Spann- und/oder Führungsschiene mit einer Gleitbeschichtung versehen sind. Diese Ausführungsform dient der weiteren Verringerung der Reibung zwischen Laschenelementen und Seitenwand der Spann- und/oder Führungsschiene.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine in einer Spann- und/oder Führungsschiene laufende Kette in perspektivischer Ansicht ohne seitliche Beschichtungen;
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2 einen Schnitt durch die in 1 dargestellte Kombination aus Kette und Spannschiene, mit aufgebrachter seitlicher Beschichtung gemäß einer ersten Ausführungsform im Schnitt;
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3 einen Schnitt durch die in 1 dargestellte Kombination aus Kette und Spannschiene, mit aufgebrachter seitlicher Beschichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung im Schnitt; und
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4 einen Schnitt durch die in 1 dargestellte Kombination aus Kette und Spannschiene, mit aufgebrachter seitlicher Beschichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
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1 zeigt in einer perspektivischen Teilansicht eine bekannte Spann- und/oder Führungsschiene 1 sowie einen Ausschnitt einer Hülsenkette 2. Die Hülsenkette 2 läuft auf einer Grundfläche 3 der Spann- und/oder Führungsschiene 1, welche sich zwischen zwei Seitenwänden 4 erstreckt. Die Seitenwände 4 der Schiene 1 erstrecken sich senkrecht zu der Grundfläche 3 und kommen mit den Außenkettenlaschen 5 der Kette 2 in Kontakt und üben somit Seitenführungskräfte auf die Kette 2 aus. Da es hier zu Berührungen zwischen der Außenfläche der Außenkettenlaschen 5 und der Innenfläche der Seitenwände 4 kommt, entsteht Reibung und damit Reibungsverluste.
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Um diese Reibungsverluste zwischen den Seitenwänden der Führungsschiene und den Außenlaschen der Kette zu reduzieren, sieht die Erfindung eine zusätzliche Gleitbeschichtung an der Außenoberfläche der Außenlaschen 5 vor, wie in 2 dargestellt.
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2 zeigt einen Schnitt durch die in 1 dargestellte Kombination aus Kette- und Spannschiene, wobei eine zusätzliche Gleitbeschichtung 6 aufgebracht wurde. Hierbei ist die Gleitbeschichtung 6 nicht maßstabsgetreu dargestellt, sondern zur besseren Darstellung stark vergrößert dargestellt. die Gleitbeschichtung selber weist in der Regel eine Dicke von 1 bis 6 μm auf.
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Wie in 2 dargestellt, ist die Gleitbeschichtung lediglich auf der Außenoberfläche der Außenlaschen 5 aufgebracht, weder die Innenlaschen 7 noch die Hülse 8 weisen eine entsprechende Beschichtung auf. Die Gleitbeschichtung 6 erstreckt sich über die gesamte Oberfläche der Außenlasche, das heißt über die ganze den Seitenwänden zugewandte Außenfläche der Außenlaschen 5. Hierbei erhöht sich die Schichtdicke der Beschichtung 6 kontinuierlich in Richtung der Grundfläche 3 der Spann- und/oder Führungsschiene 1, so dass die Beschichtung im Schnitt keilförmig ausgebildet ist. Die Beschichtungsdicke wird solchermaßen gewählt, dass sich die Schichtdicke zwischen Oberkante 9 der Seitenwand 4 und der an die Grundfläche 3 angrenzende Kante zumindest verdoppelt, sich beispielsweise von einer Schichtdicke von 2 μm auf eine Schichtdicke von 5 μm erhöht.
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Als Material für die Beschichtung wird vorzugsweise ein Trockenschmiermittel, wie ein Gleitlack eingesetzt. Ein Gleitlack zeichnet sich durch besonders leichte partielle oder vollflächige Aufbringung aus, und ist zudem korrosions- und hitzebeständig. Ein entsprechender Gleitlack besteht beziehungsweise enthält im Allgemeinen MoS2, Graphit und/oder PTFE als Trockenschmierstoff.
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Der Gleitlack kann durch bekannte Verfahren, wie Aufsprühen, Tauchen etc. aufgebracht werden.
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Die Spann- und/oder Führungsschiene kann eine herkömmlich eingesetzte Spann- und/oder Führungsschiene sein, wobei sich insbesondere Kunststoffmaterialien besonders geeignet erwiesen haben, wie beispielsweise Polyamid, polyamidische Werkstoffe mit querstrahlenvernetzem PA wie auch Polyamide, die Dotierungen mit PTFE und/oder MoS2 aufweisen. Werkstoffkombinationen für Führungs-, Gleit- und Spannschienen umfassen insbesondere Standardwerkstoffe aus Polyamid, PA (z. B. PA66 unverstärkt und PA46 unverstärkt), Hersteller DuPont (z. B. Zytel E41HSBNC10) oder DSM (z. B. Stanyl TW341), Werkstoffe mit PTFE und/oder MoS2 dotierte PA-Werkstoffe; z. B. DSM Stanyl TW371 mit PTFE, polyamidische Werkstoffe mit quer strahlenvernetztem PA (z. B. Asahi LEONA 1352S oder PTS CREAMID A4H9L05), Polyphthalamide (Kurzzeichen PPA), bei denen es sich um wenig verbreitete aromatische Polyamide handelt und bei denen auch mit Dotierung mit PTFE und/oder MoS2 möglich sind.
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Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 3 dargestellt, bei welcher die Beschichtung 6 graduell aufgebracht wurde. Die einzelnen Stufen 6', 6'', 6''' können durch Einsatz von Masken einfach auf der Außenlasche erzielt werden. Hierbei ist es möglich, die Beschichtung, sofern erwünscht, aus unterschiedlichen Materialien zusammenzusetzen, so dass jede Stufe eine andere Materialkombination aufweist, oder zusätzliche Gleitbestandteile enthält.
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Schließlich zeigt 4 eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Gleitbeschichtung 6 nur abschnittsweise auf der Außenseite der Außenlasche 5 aufgebracht ist. Die Gleitbeschichtung erstreckt sich von der unteren Kante der Außenlasche 5, d. h. der auf der Grundfläche 3 aufliegenden Kante bis zu einer Höhe, die im Wesentlichen der Höhe der Seitenwand 4 der Spann- und/oder Führungsschiene entspricht. Ferner weist die Gleitbeschichtung im Wesentlichen die gleiche Dicke über den gesamten Beschichtungsbereich auf.
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Durch Einsatz der erfindungsgemäßen Beschichtung auf den Außenlaschen der Kette wird die Reibung zwischen Seitenwand der Spann- und/oder Führungsschiene sowie der Kette stark reduziert, wodurch die Antriebsleistung der Kette reduziert werden kann. Dies wirkt sich wiederum auf den Kraftstoffverbrauch und damit auf den CO2-Ausstoß aus.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009040285 A1 [0002]
- WO 20006/094496 [0003]