DE2628687A1

DE2628687A1 - Verfahren zur herstellung einer geschweissten kette

Info

Publication number: DE2628687A1
Application number: DE19762628687
Authority: DE
Inventors: Ronald Frederick Homeier; John Francis Mckeon
Original assignee: FMC Corp
Current assignee: FMC Corp
Priority date: 1975-10-20
Filing date: 1976-06-25
Publication date: 1977-04-21
Also published as: JPS5250943A; GB1498339A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann, 262868

Dipl.-Ing. H."Wfickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A."Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN ^St/^sc POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

FMC Corporarion

200 E. Randolph Drive

Chicago, 111./V.St.A.

Verfahren zur Herstellung einer geschweißten Kette

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer geschweißten Kette gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs,

Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit der Herstellung von Kettengliedern durch Verbinden von Seitengliedern mit Quergliedern.

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Eine übliche Kette besteht aus wärmebehandelten Gliedern, die mit Stiften zur Bildung einer langgestreckten, gelenkigen Kette zu Übertragung von Leistung und/oder Bewegung verbunden sind. Vielfach bestehen die Glieder aus im Ab- - stand liegenden, parallelen, länglichen Seitengliedern, die miteinander durch quergerichtete Buchsen verbunden sind. Die Seitenglieder werden im Interesse der Verformbarkeit und Festigkeit durchgehärtet, während die Buchsen im Interesse der Verschleißfestigkeit auf eine hohe Härte wärme^-behandelt werden. Die guergerichteten Buchsen nehmen Stifte auf, die jeweils mit dem Stift in einem angrenzenden Kettenglied durch einen weiteren Satz im Abstand liegender, paralleler, längsgerichteter Seitenglieder außerhalb der Seitenglieder der Ketten- oder Rollenglieder verbunden sind. Die Stifte und die äußeren Seitenglieder bilden Kettenglieder, die als Stiftglieder bezeichnet werden können, während die anderen Kettenglieder, die durch die Stiftglieder gelenkig verbunden werden, Buchsenglieder genannt werden können. Die Stifte und Rollen, die häufig auf den Buchsen angeordnet sind, sind ebenso wie die Buchsen auf hohe Härte wärmebehandelt.

Es ist seit langem bekannt, die wärmebehandelten Querglieder der Kettenglieder, d.h. die Buchsen der Buchse'nglieder und die Stifte der Stiftglieder, in öffnungen in den Seitengliedern der jeweiligen Kettenglieder mit^;Preßsitz einzusetzen und diese Glieder auf diese Weise miteinander zu verbinden. Kettenglieder, die nur mit Preßsitz miteinander verbunden sind, unterliegen häufig einer Relativbewegung trotz ihrer Verbindung, die zu einem zerstörerischem Verschleiß führen kann. Üblicherweise lockert sich die Verbindungsstelle nach dem Auftreten von Verschleiß, und die Kettenglieder können auseinanderfallen.

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Das wohl schwierigste Problem bei dem erwähnten Preßsitz der Glieder zeigt sich bei den Buchsengliedern. Eine starke, längsgerichtete Kraft wird durch die Stifte ausgeübt, wenn die Kette unter Zugbelastung steht. Die Kraft wird über die Buchsen auf die Enden der.Seitenglieder übertragen, die die Buchsen aufnehmen. Wegen der öffnung der Seitenglieder, die die Buchsen aufnimmt, ist die Festigkeit am Ende der Seitenglieder begrenzt. Unter der Belastung, die über die Buchsen auf die Seitenglieder über einen längeren Zeitraum übertragen wird, und insbesondere bei starken intermittierenden Belastungen, können die Seitenglieder brechen, so daß die Kette auseinanderfällt .

Es ist bekannt, daß das Schweißen von Kettengliedern an der Stelle eines Preß- oder Festsitzes zum Zusammenhalten der Kettenglieder einige Schwierigkeiten überwindet, die üblicherweise bei Preßsitz-Kettengliedern auftreten. Wenn beispielsweise eine Buchse in einer öffnung eines Seitengliedes verschweißt wird, wie es etwa die US-PS 2 319 979 zeigt, werden die Buchse und das Seitenglied ein einheitliches Bauteil, und die Buchse trägt zu der Festigkeit des Seitenglied-Endes bei. Die Buchse und das Seitenglied können gemeinsam die Kräfte besser und länger aufnehmen, ₍die durch den Stift in der Buchse auf beide ausgeübt werden.

Das herkömmliche Einbrandschweißen, das in der genannten US-PS erwähnt wird, hat jedoch einige Probleme beim Schweißen der Buchse in den Seitengliedern aufgeworfen. Die Buchse und das Seitenglied müssen an den Kanten ausgeschnitten werden, damit sie das Schweißmaterial aufnehmen können, das die Teile miteinander verbindet. Die Flamme, die das Schweißmaterial schweißt, verbreitet Hitze über einen weiten Bereich um die Verbindung von Buchse und Seitenglied herum, jedoch dringt die Hitze nicht in eine ausreichende Tiefe ein. Üblicherweise verformt die Hitze die innere Oberfläche der Buchse, so daß diese nicht mehr

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geeignet ist, den Stift in geeigneter Weise aufzunehmen, der in der Buchse frei drehbar sein muß, wenn die Kette in gewünschter Weise gelenkig sein soll. Einbrandschweißen ruft daher Probleme hervor wegen der geringen Ein- - dringtiefe der Schweißung, wegen des relativ großen Oberflächenbereiches, der für die Schweißung erforderlich ist und wegen der Einführung des Schweißmaterials in die Schweißzone, das eine Wärmebehandlung auf die verschweißten Teile am Verbindungspunkt ausübt.

Zurüberwindung der genannten Schwierigkeiten, die sich bei den bekannten Verfahren ergeben, schlägt die Erfindung ein Verfahren gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs vor.

Erfindungsgemäß wird eine tiefe, schmale Schweißung vorgesehen, die die Buchse und das Seitenglied zusammenschmilzt so daß ohne Verwendung von zusätzlichem Schweißmaterial eine gleichmäßige Verbindung entsteht. Die tiefe, schmale Schweißzone erstreckt sich nicht so weit, daß die innere Oberfläche der Buchse geschmolzen oder anderweitig durch die Hitze der Schweißung beeinträchtigt wird. Dies wird erreicht durch einen hochkonzentrierten Strahl, der auf die Zwischenfläche zwischen der Buchse, und deirt Seitenglied gerichtet wird. Der Strahl wird vollständig um die kreisförmige Verbindungslinie zwischen der äußeren Oberfläche der Buchse und dem Seitenglied herumgeführt. Die Energie des Strahls reicht aus, um eine schmale Zone zwischen den Teilen um die kreisförmige Verbindungslinie zwischen den Teilen herum zu schmelzen. Diese Zone erstreckt sich durch oder im wesentlichen durch die gesamte Dicke des Seitengliedes. Bei Verwendung einer schmalen, tiefen Schweißung können Elemente mit geringerer Wandstärke und kleineren Abmessungen verwendet werden, ohne daß die Festigkeit der Kettenglieder beeinträchtigt wird.

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Es hat sich weiterhin gezeigt, daß die Buchse und die Seitenglieder montiert und mit einem hochkonzentrierten Strahl geschweißt werden sollten, während diese Teile "grün" sind, d.h. vor jeglicher Wärmebehandlung der Teile. - Dies beruht darauf, daß eine vorangehende Wärmebehandlung der Teile, insbesondere eine unterschiedliche Wärmebehandlung beider Teile die Homogenität der Schweißung beeinträchtigt.

Vorzugsweise sollte der hochkonzentrierte Strahl unter Athmosphären - Bedingungen abgegeben werden, und es sollte ein Laser-Strahl verwendet werden, so daß enge, komplizierte Schweißkammern für eine Massenproduktion der Kette nicht erforderlich sind.

Die erfindungsgemäße Kette ist haltbar und kompakt. Sie weist eine tiefe, schmale Schweißverbindung zwischen der Buchse und den Seitengliedern auf.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf die montierten Elemente eines Rollengliedes einer Rollenkette;

Fig. 2 ist eine Seitenansicht des montierten Kettengliedes der Fig. 1;

Fig. 3 ist ein Querschnitt entlang 'der

Linie 3-3 in Fig. 2 und zeigt die Verbindung der Buchsen und der Seitenglieder eines herkömmlich geschweißten Kettengliedes;

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Fig. 4 ist ein Schnitt wie Fig. 3 und

zeigt die Verbindung der Buchsen und der Seitenglieder gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren;

Fig. 5 ist eine vergrößerte perspektivische Darstellung der Schweißung der Buchse und des Seitengliedes gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 ist eine Draufsicht auf ein Rollenglied und ein Stiftglied, die miteinander verbunden sind;

Fig. 7 ist eine Seitenansicht eines Kettengliedes gemäß Fig.6;

Fig. 8 ist eine Draufsicht auf ein Rollenglied, das mit einem verschweißten Stiftglied verbunden ist;

Fig. 9 ist eine Seitenansicht der Kettenglieder der Fig.8;

Fig.10 ist ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung der Arbeitsschritte bei der Herstellung einer Kette gemäß der vorliegenden Erfindung.

In Fig.1 und 2 sind die Elemente eines Buchsen- oder Rollengliedes 10 einer Kette in montiertem Zustand gezeigt. Das Rollenglied weist zwei parallele im Abstand liegende Seitenglieder 12 auf, die durch quergerichtete Buchsen 14 miteinander verbunden sind. Die Buchsen werden an beiden Enden

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durch Öffnungen 16 in den beiden Seitengliedern aufgenommen. Eine Rolle 18 befindet sich auf jeder Buchse zwischen den Seitengliedern.

-Bei einem typischen Rollenglied greifen die Buchsen mit einem P.reßsitz,in die Öffnungen 16 in den Seitengliedern ein, und vielfach sind keine zusätzlichen Maßnahmen zum Verbinden der Teile des Rollengliedes vorgesehen. Ein Problem bei dieser Art der Verbindung liegt darin, daß bei einem engen Ereßsitz die Enden der Buchsen nach innen eingedrückt werden können, so daß sie an den Enden von Stiften Verschleiß hervorrufen oder klemmen. Wenn das Rollenglied auf diese Weise zusammengesetzt wird, beginnen sich die Buchsen nach wiederholtem Gebrauch in den Öffnungen der Seitengliedern zu lockern. Daraufhin erhöht sich der Verschleiß der Buchsenenden und der Öffnungen der Seitenglieder, bis sich die Buchsen und Seitenglieder im Gebrauch trennen. Ein weiterer Nachteil der Verbindung der Buchsen und Seitenglieder durch einfachen Preßsitz geht auf die Öffnungen 16 in den Seitengliedern zurück. Die längsgerichtete Spannung der Kette wird über die Buchsen auf die Seitenglieder übertragen. Da die Buchsen und Seitenglieder getrennte Teile sind, brechen die Se'itenglieder, wenn die Last diejenige Kraft überschreitet, die durch die schmalen Stege 2 0 zwischen den Buchsen und dem äußeren Rand der Seitenglieder aufgenommen werden kann.

Wegen dieser Schwierigkeiten ist es bekannt, die Enden der Buchsen in den Seitengliedern festzuschweißen, wie es beispielsweise in der US-PS 2 319 979 beschrieben und in Fig. 3 gezeigt ist. Bei der herkömmlichen Einbrandschweißung einer Buchse in den Seitengliedern einer

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Kette wird eine V-förmige Aussparung 22 durch abgeschrägte Ränder der öffnungen in den Seitengliedern und durch Abschrägung der äußeren Oberfläche der Buchsen an ihren Enden hergestellt. Die Buchsen und - die Seitenglieder werden durch Schmelzen eines Schweißmaterials 23 in der V-förmigen Aussparung miteinander verbunden. Die verschweißte Anordnung aus Buchse und Seitenglied verhält sich als einheitliche Anordnung, so daß die Festigkeit der Seitenglieder erhöht wird.

Es bestehen jedoch Nachteile in Bezug auf die herkömmliche Exnbrandschwexßung zwischen einer Buchse und einem Seitenglied. Die V-förmige Aussparung zur Aufnahme des Schweißmaterials erfordert eine weite Aussparung um die kreisförmige Verbindungslinie der Buchsenoberfläche und des Seitengliedes herum. Die Breite der Oberseite der Aussparung führt zu einem so tiefen Einschnitt in die Wand der Buchse an ihrem Ende, daß die Buchse beim Aufbringen der Schweißhitze wellig werden oder anderweitig verformt werden kann. Wenn die innere Oberfläche der Buchse in irgendeiner Weise beschädigt ist, kann der Stift, der durch die Buchse aufgenommen wird, festklemmen, so daß die Gelenkigkeit der Kette beeinträchtigt wird. Je tiefer die Schweißung ist, desto größer ist die Gefahr, daß die V-förmige Schweißung das Ende der Buchse beschädigt. Bei einem typischen herkömmlichen Kettenglied werden die Elemente des Kettengliedes vor der Verbindung wärmebehandelt. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Teile des Kettengliedes gemäß Fig.1 und 2 zusammengefügt und die Rollen 18 werden auf die Buchsen aufgesetzt, bevor die Buchsen in die öffnungen der Seitenglieder eingeführt werden. Die Buchsen 14 greifen in die öffnungen 16 in den Seitengliedern mit einem leichten Preßsitz ein, der dazu aus-

reicht, die Elemente bis zum Schweißen zusammenzuhalten. Daher werden die Enden der Buchsen nicht eingedrückt.

-Es hat sich gezeigt, daß eine schmale Schweißnaht, wie sie sich durch Lichtbogenschweißung ergibt, außerordentlich günstig für die empfindliche Schweißung ist, die zwischen den zusammentreffenden Oberflächen der Buchse und des Seitengliedes liegt. Weiterhin hat sich herausgestellt, daß die Schweißung zwischen der Buchse und dem Seitenglied am besten bei "grünen", d.h. nicht wärmebehandelten Teilen durchzuführen ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren des Verschmelzens der Buchse und des Seitengliedes eines Kettengliedes wird kein zusätzliches Schweißmaterial hinzugefügt, das die anschließende Wärembehandlung des Kettengliedes beeinflussen könnte.

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, wird vorzugsweise ein Laser 24 verwendet, der einen Hochenergie-Strahl 26 durch die Atmosphäre in Richtung der kreisförmigen Verbindungslinie 28 zwischen den zusammentreffenden Oberflächen, d.h. der äußeren Oberfläche 14a der Buchse an deren Ende und der inneren Oberfläche 16a der öffnung 16, abgibt. Vakuumkammern oder andere Steuereinrichtungen für die Schweißatmosphäre sind nicht erforderlich. Der Hochenergie-Strahl 26, der auf das Kettenglied parallel zu der Mittelachse A der Buchse auftrifft schmilzt das Material der Buchse und des Seitengliedes bis in die erforderliche Tiefe in einer schmalen Zone Z. Der Strahl wird in einem Kreis bewegt, der durch den Pfeil B in Fig. 5 angedeutet ist, so daß er die Verbindungslinie 28 vollständig bestreicht. Nachdem die Schweißung entlang der gesamten Verbindungslinie 28 beendet ist, bildet die Zone Z aus geschmolzenem Material einen dünnen Zylinder oder ein Band, das die

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Buchse 14 kreisförmig umgibt, wie Fig. 5 zeigt. Dieses dünne Band aus geschmolzenem Material erstreckt sich vollständig oder nahezu vollständig durch das Seitenglied 12, und es hat sehr weitgehend die selbe Wanddicke auf der äußeren Oberfläche 12a des Seitengliedes wie auf der inneren Wand 12b des Seitengliedes. Beispielweise ist mit gutem Erfolg eine Schweißung entlang der kreisförmigen Verbindungslinie 28 mit Hilfe eines CO₂-Laser-Hochenergiestrahls durchgeführt worden, der eine Leistung zwischen 1100 und 1175 Watt aufwies und entlang der Verbindungslinie 28 mit einer Geschwingkeit von 250 bis 320 cm/min, bewegt worden ist. Der Laser-Strom betrug 3,5 A. Die Dicke des Seitengliedes aus Kohlenstoffstahl betrug 1,5 mm, und die Eindringtiefe in dem Seitenglied betrug 100%. Die Wandstärke der Buchse aus Kohlenstoffstahl betrug 0,95mm,und etwa 50% der Wandstärke wurden geschmolzen. Daher betrug die Dicke der Zone Z, d.h. die Dicke des geschmolzenen Metalls der Buchse und des Seitengliedes etwa 0,95mm. Keines der Teile des Kettengliedes wurde vor dem Schweißen wärmebehandelt.

Wie bei einer herkömmlichen Kette werden die Rollenglieder 10 durch Stiftglieder 32 miteinander verbunden, die in Fig.6 und 7 gezeigt sind. Die Stiftglieder weisen zwei parallele, quergerichtete Stifte 34 auf, die durch die Buchsen aufeinander folgender Rollenglieder 10 aufgenommen werden. Die Stifte jedes Stiftgliedes sind durch Seitenglieder 36 miteinander verbunden, die die Seitenglieder der Rollenglieder 10 auf beiden Seiten überlappen. Die Stifte 34, werden an ihren Enden 35 verformt, so daß die Seitenglieder ständig mit den Stiften verbunden sind.

Alternativ können die Stifte 34' mit den .Seitengiiedern Energiestrahl-verschweißt sein, wie Fig.8 und 9 zeigen. Die kreisförmige Verbindungslinie 38 zwischen dem Stift 34' und den Seitengliedern 36' kann in der selben Weise

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geschweißt sein, wie die kreisförmige Verbindungslinie 28 der Rollenglieder. Es ergibt sich lediglich eine Schwierigkeit einer Wärmebehandlung einer langen, kontinuierlichen Kette. Es ist daher vorzuziehen, Stifte 34' und Seitenglieder 36' zur Herstellung der Stiftglieder 32' zu verwenden, die zuvor wärmebehandelt sind, obgleich die Energiestrahl-Schweißung der wärmebehandelten Teile nicht so zufriedenstellend ausfällt, wie bei den sogenannten "grünen" Teilen der Rollenglieder 10.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Rollenkette, das in dem Blockdiagramm der Fig. 10 dargestellt ist, läßt sich wie folgt zusammenfassen:

1. Grüne Teile eines Rollengliedes werden mit einem geringen oder losen Preßsitz zusammengefügt.

2. Die kreisförmige Verbindungslinie zwischen der Buchse und den Seitengliedern wird in einer tiefen, schmalen Schweißung unter Athmosphären-Bedingungen durch einen Laser-Strahl geschweißt, der sich in einer kreisförmigen Bahn entlang der Verbindungslinie bewegt. ^:

3. Das Rollenglied wird als eine Einheit wärmebehandelt

4. Das Rollenglied wird mit weiteren Rollengliedern mit Hilfe von Stiftgliedern verbunden, die aus wärmebehandelten Seitengliedern zusammengesetzt sind, die durch wärmebehandelte Stifte miteinander verbunden werden.

5. Die Stifte werden mit den Seitengliedern der Stifte durch Anstauchen oder Schweißen verbunden.

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Das verbesserte Verfahren zum Schweißen der Teile von Rollengliedern führt zu einer geringeren Höhe und Dicke der Kette wegen der kompakten, festen Schweißung. Gleichzeitig werden die Buchsen und Seitenglieder durch eine feste Verbindung zusammengehalten, so daß eine hohe Haltbarkeit der Teile gewährleistet ist. Ein Knicken oder Starrwerden der Kette, das bei herkömmlichen Ketten auftritt, wenn die Gliederplatten von den Buchsen gelöst werden, ist ausgeschaltet. Es ergibt sich ein besserer Kontakt des Stiftes in der Buchse, da das Buchsenende nicht durch einen festen Preßsitz eingedrückt oder durch eine herkömmliche Einbrandschweißung verletzt wird.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung von geschweißten Ketten, bei dem die Enden von zwei Buchsen durch öffnungen in zwei Seitengliedern zur Bildung eines Rollengliedes eingefügt und anschließend verschweißt werden, dadurch gekennz eichnet, daß die zusammentreffenden Oberflächen um die äußeren Enden der Buchsen herum und innerhalb der öffnungen in den Seitengliedern mit Hilfe eines Hochenergie-Strahles verschweißt werden, der parallel zu der Achse der Buchse gerichtet ist, und daß das verschweißte Rollenglied anschließend wärmebehandelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η nzeichnet, daß der äußere Durchmesser an den Enden der Buchsen und der innere Durchmesser der öffnungen in den Seitengliedern derart bemessen sind, daß sie einen leichten Preßsitz bewirken, und daß die Buchsen vor dem Schweißen senkrecht zu den Seitenplatten ausgerichtet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennz eichnet, daß eine Rolle auf jede Buchse aufgese"zt wird, bevor die Enden der Buchse in die öffnungen der Seitenplatten eingefügt werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz eichnet, daß die Buchsen mit den Seitenplatten in freier Atmosphäre verschweißt werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz eichnet, daß die Buchsen mit den Seitenplatten mit Hilfe eines Laser-Strahls verschweißt werden.

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6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch g ekennzeichnet, daß die Buchsen mit den Seitenplatten mit Hilfe eines Hochenergie-C0₂-Laserstrahls verschweißt werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz eichnet, daß der Hochnergiestrahl kreisförmig entlang der Verbindungslinie zwischen Buchsen und Seitenplatten geführt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz eichnet, daß die Rollenglieder mit Hilfe von Stiftgliedern verbunden werden, die jeweils zwei Stifte und zwei Seitenglieder umfassen.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch g ekennz eichnet, daß die Seitenplatten der Stiftglieder und die Stifte durch Laser-Strahl-Schweißung verbunden werden.
10. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8 dadurch gekennz eichnet, daß die Stifte und die Seitenplatten der Stiftglieder durch Stauchen der Stiftköpfe miteinander verbunden werden.

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