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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1. Erfindungsfeld
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Rolllagereinheit mit einer Metallriemenscheibe,
die auf ihrer Außenfläche einen
Riemen gleitend hält,
sowie ein Rolllager zum drehenden Halten der Riemenscheibe. Insbesondere
umfasst die Rolllagereinheit der Erfindung vorzugsweise eine Metallriemenscheibe
mit einer Außenfläche, auf
der eine Riemenkraftübertragungsfläche ausgebildet
ist.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Angetriebene
Riemenscheiben sind an einer Motorhilfsanordnung eines Kraftfahrzeugs
wie etwa einer Lichtmaschine, einer elektromagnetischen Kupplung
oder einem Kompressor vorgesehen. Eine Drehung einer Kurbelwelle
wird über
Antriebsriemenscheiben und Riemen auf die Hilfsanordnung übertragen.
Allgemein ist eine Antriebsriemenscheibe aus einem Eisen ausgebildet,
das eine hohe Stärke
bietet und einfach zu bearbeiten ist, etwa aus S45C, einer Kaltwälzstahlplatte
oder SPCC. Neuerdings wird auch eine Kunstharz-Riemenscheibe aus
einem mit Glasfasern verstärkten
Phenolharz als Antriebsriemenscheibe verwendet, um das Gewicht zu
reduzieren. Hinsichtlich der Form der Riemenscheibe wird allgemein
eine V-gerippte Riemenscheibe verwendet, an deren Außenfläche V-Rillen
ausgebildet sind. Die Riemenscheibe aus dem Metallmaterial ist mit einem
Rostschutzlack oder einem verschleißbeständigen Lack beschichtet.
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Bei
einer anderen Riemenscheibe, die der Öffentlichkeit vor dem Prioritätsdatum
der vorliegenden Anmeldung bekannt ist, wird die Oberfläche eines
Teils, an dem die Riemenscheibe drehbar montiert ist, harten beschichtet
wird, während
die V-Rillenfläche
der Riemenscheibe einer weichen elektrochemischen Beschichtung unterworfen
wird. Dadurch kann ein Quietschen des Riemens verhindert werden,
wenn der Lack durch die Reibung zwischen dem Riemen und der Riemenscheibe
abgerieben wird.
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Wenn
jedoch eine Riemenscheibe aus Eisen wie oben beschrieben in der
Nähe des
Motors verwendet wird, wird eine statische Elektrizität von ungefähr 10 kV
durch eine Reibung zwischen dem Riemen und der Riemenscheibe erzeugt,
die durch die sich mit höherer
Geschwindigkeit drehende Kurbelwelle angetrieben wird. Ein Teil
der erzeugten statischen Elektrizität wird in die Luft entladen.
Ein anderer Teil der erzeugten statischen Elektrizität wird zu
dem Rolllager entladen, das wie in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung
Nr. Hei 4-160225 angegeben in Kontakt mit der Riemenscheibe ist,
sodass eine Elektrolysereaktion des in dem Fett enthaltenen Wassers
beschleunigt wird und Wasserstoffionen erzeugt werden. Die Wasserstoffionen
werden durch die Lauffläche
angezogen und dringen in dieselbe ein. Dadurch wird eine frühe Auflösung des
Laufrings herbeigeführt.
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Wenn
eine vollständig
aus Kunstharz ausgebildete Riemenscheibe verwendet wird, wird eine
vorteilhafte Gewichtsreduktion sichergestellt. Das Kunstharz an
sich ist ein elektrisch isolierendes Material. Dementsprechend kann
es einfach durch die Reibung mit dem Riemen aufgeladen werden. Fremdmaterialien
wie z. B. Staub usw. haften einfach auf einer Riemengleitfläche der
Riemenscheibe, die in einem Gleitkontakt mit dem Riemen steht. Die
Riemengleitfläche
neigt aufgrund der hier stattfindenden abrasiven Aktion zu einem anormalen
Verschleiß.
Außerdem
steigt die Temperatur auf der Riemengleitkontaktfläche übermäßig, sodass die
Oberfläche
anormal verformt wird. Daraus resultiert eine anormale Riemenkraftübertragung
oder eine verkürzte
Lebensdauer der Riemenscheibe.
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Die
in der ungeprüften
japanischen Patentveröffentlichung
Nr. Hei. 3-189450 angegebene Technik sieht vor, dass wenigstens
die Oberfläche
der auf einem drehbaren Körper
montierten Riemenscheibe mit Chrom hartbeschichtet wird, während der
V-Rillenteil der Riemenscheibe, d. h. die Riemengleitkontaktfläche einer
elektrochemischen Beschichtung unterworfen wird. Bei diesem Typ
von Riemenscheibe fließt
ein Teil der erzeugten statischen Elektrizität über den beschichteten Teil
in das Innere des Lagers. Daraus resultiert, dass eine Entladung
zwischen dem Rollelement und der Lauffläche stattfindet. Wenn in diesem
Fall eine Potentialdifferenz zwischen dem Rollelement und dem Laufring
größer als
1 V ist, wird wie in dem oben beschriebenen Fall Wasserstoff erzeugt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezweckt, die oben beschriebenen Probleme
zu lösen.
Es ist dabei eine Aufgabe der Erfindung, eine Rolllagereinheit anzugeben,
die die Größe der durch
eine Reibung zwischen der Riemenscheibe und dem Riemen erzeugten
statischen Elektrizität
reduzieren kann und eine in dem Rolllager erzeugte Potentialdifferenz
auf 1 V oder weniger beschränkt,
indem sie eine stark isolierende Schicht in einem Bereich von der Riemenscheibe
zu dem Lager vorsieht, sodass die Erzeugung von Wasserstoffionen
unterdrückt
wird und die Lebensdauer der Einheit verlängert wird.
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Die
oben genannte Aufgabe kann durch eine Rolllagereinheit gemäß der vorliegenden
Erfindung gelöst
werden, die eine Metallriemenscheibe zum gleitbaren Halten eines
Riemens auf einer Außenfläche und ein
Rolllager zum drehenden Halten der Riemenscheibe umfasst, wobei
ein isolierender Kunstharzbeschichtungsfilm mit einer Dicke im Bereich
von 10 bis 40 μm
auf der Außenfläche und/oder
einer Innenfläche
der Riemenscheibe ausgebildet wird, wobei vorzugsweise der elektrische
Widerstandswert eines Pfades von der Riemengleitkontaktfläche der
Riemenscheibe zu der Innenfläche
oder Außenfläche des
Rolllagers 1 Ω oder
mehr beträgt.
Der isolierende Kunstharzbeschichtungsfilm kann durch eine elektrochemische
Beschichtung mit einem isolierenden Kunstharz ausgebildet werden.
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Unter „elektrochemischer
Beschichtung" ist
hier eine galvanische Kationen-Beschichtung zu verstehen. Bei dem
Beschichtungsprozess wird ein zu beschichtendes Glied in einem Wasserlack
eingetaucht, wobei das eingetauchte Glied als Kathode dient, während der
Lack als Anode dient. Eine Gleichspannung wird zwischen dem Glied
und dem Lack angelegt, sodass ein Beschichtungsfilm über dem
Glied ausgebildet wird. Während
des Beschichtungsprozesses dringt Lack in die schmalen Zwischenräume des
beschichteten Glieds ein, wenn die Spezifikationen des Beschichtungsprozesses
entsprechend vorgesehen sind. Ein Beschichtungsfilm im Bereich von
10 bis 40 μm
wird mit gleichmäßiger Dicke
auf der gesamten Oberfläche
aufgetragen. Wenn das beschichtete Glied aus der Beschichtungslösung gehoben
wird, ist der Beschichtungsfilm nicht wasserlöslich und enthält einen
geringen Wasseranteil.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Längsschnittansicht,
die eine Rolllagereinheit gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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2 ist
eine Längsschnittansicht,
die eine Rolllagereinheit gemäß einer
weiteren Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Im
Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung mit
Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben. 1 ist eine Querschnittansicht,
die eine Rolllagereinheit gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein durch die Rolllagereinheit 1 verwendetes
Rolllager 1 ist ein Kugellager (Innendurchmesser = 12 mm,
Außendurchmesser
= 37 mm, und Breite = 12 mm), das gemäß JIS 6301 hergestellt wurde.
Das Rolllager ist mit einem Außenring 5,
einem Innenring 6, Rollelementen 7 und einem Halter 8 ausgebildet.
In der Ausführungsform
dreht sich der Außenring 5 in
Bezug auf die Drehwelle 4, die in den Innenring 6 des
Rolllagers 1 eingefügt
ist.
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Um
den Außenring 5 des
Rolllagers 1 ist eine Eisenriemenscheibe 2 vorgesehen.
Eine Vielzahl von V-Rillen zum Halten eines Riemens 3 sind
auf einer Außenfläche 2E der
Eisenriemenscheibe 2 ausgebildet. Eine Außenfläche der
Eisenriemenscheibe 2 einschließlich der Außenfläche 2E der
Eisenriemenscheibe 2, die den Riemen 3 hält, und
eine Innenfläche 2I,
die in ihrer Form dem Rolllager 1 angepasst ist, werden
vollständig einer
elektrochemischen Beschichtung unterworfen, um einen isolierenden
Beschichtungsfilm 9 mit einer Dicke im Bereich von 10 bis
40 μm auf
denselben zu bilden. Während
der isolierende Beschichtungsfilm 9 in der Ausführungsform
auf der Außenfläche 2E und
auf der Innenfläche 2I ausgebildet
ist, kann der isolierende Beschichtungsfilm 9 auch nur
auf der Außenfläche 2E oder
der Innenfläche 2I der
Riemenscheibe ausgebildet sein. Die Beispiele 1 bis 4 und die Vergleichsbeispiele
1 bis 5 wurden gebildet, wobei die Art des durch die elektrochemische
Beschichtung gebildeten isolierenden Beschichtungsfilms 9 gewechselt
und die Dicke verändert
wurde. Die Beispiele umfassen auch Rolllagereinheiten, bei denen
kein isolierender Beschichtungsfilm ausgebildet ist, wobei die Außenflächen der
Riemenscheiben hart verchromt oder verzinkt sind. Alle Riemenscheiben
sind aus S45C. In den Beispielen 1 bis 4 und in den Vergleichsbeispielen
2 und 3 wurde die Außenfläche der
Riemenscheiben einer elektrochemischen Beschichtung mit einem isolierenden
Kunstharz wie etwa einem Aminoalkydharz, einem Epoxidharz, einem
Acrylkunstharz oder einem Vinylchloridharz unterworfen.
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Es
wurde eine Lebensdauertest für
diese Rolllagereinheiten durchgeführt. Für den Lebensdauertest wurde
die in der ungeprüften
japanischen Patentveröffentlichung
Nr. Hei. 9-177910 beschriebene Einrichtung verwendet. Der Test wurde
in Übereinstimmung
mit dem Beschleunigungs-/Verlangsamungstest durchgeführt, bei
dem die Umdrehungsanzahl mit einem vorbestimmten Zeitintervall (z.
B. 9 Sekunden) zwischen 5000 U/min und 1000 U/min geändert wird.
Der verwendete Riemen war ein Riemen mit vier Rippen (hergestellt
von Bando Corporation). Die Lastbedingungen des getesteten Lagers
waren wie folgt: P (Last)/C (dynamische Last) = 0,10, wobei Egrease
als Schmierfett verwendet wurde. Die für das Lager berechnete Lebenszeit
betrug 2200 Stunden, und die Testendzeit wurde mit 4000 Stunden
festgesetzt. Die Anzahl (N) der Tests für jede Probe (Beispiel/Vergleichsbeispiel)
betrug 10 (N = 10).
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Bei
dem Test wurde auch die statische Elektrizität (Ladungsspannung) gemessen.
Dabei wurde ein Instrument zum Messen der statischen Elektrizität (FMX-002
von Simco Corporation; Ionenbalance-Messung) an dem Austritt des
Riemens in der Drehrichtung des Testriemenscheibe der Testeinrichtung
platziert. Ein Spitzenwert einer durch die Reibung zwischen der
sich drehenden Riemenscheibe und dem Riemen erzeugten statischen
Elektrizität
wurde gemessen. In jedem Test wurde der elektrische Widerstand zwischen
dem Außendurchmesser
der Riemenscheibe und dem Außenring
des Lagers unter Verwendung einer Testeinrichtung gemessen, nachdem
100 Teststunden vergangen waren. Bei dieser Messung wurde ein maximaler
Widerstandswert erhalten. Wenn der Widerstandswert klein ist, schließen die
Riemenscheibe und der Außenring
des Lagers kontinuierlich aneinander an. Wenn der Widerstandswert
groß ist,
sind sie elektrisch voneinander isoliert.
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Die
Testergebnisse sind in Tabelle 1A und 1B gezeigt.
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Aus
der Tabelle 1 wird deutlich, dass bei den Rolllagereinheiten einschließlich einer
elektrochemisch beschichteten Riemenscheibe der Ausführungsforen
1 bis 3 auch nach 4000 Stunden (h in der Tabelle) keine Ablösung des
Innenrings auftrat. Die durch eine Reibung zwischen der Riemenscheibe
und dem Riemen erzeugte statische Elektrizität (Ladungs spannung) lag bei –0,5 kV
oder weniger. Weiterhin lag der elektrische Widerstand eines Pfads
von der Außenfläche der
Riemenscheibe zu dem Außenring
des Lagers nach einem Testen von 100 Stunden bei 10 MΩ oder höher. Dadurch
wird die Potentialdifferenz zwischen dem Lagerlaufring (Innenring
oder Außenring)
und dem Rollelement, die durch die Erzeugung einer statischen Elektrizität verursacht
wird, unter 0,5 V gedrückt.
Es besteht also keine Gefahr, dass das in dem Fett enthaltene Wasser
eine Elektrolyse erfährt
und Wasserstoff erzeugt wird. Dies lässt sich als Grund dafür annehmen,
dass keine Ablösung
aufgetreten ist.
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Obwohl
in dem Beispiel 4 bei drei von zehn Proben eine Ablösung des
Innenrings auftrat, lag die L10-Lebensdauer bei 3500 Stunden, d.
h. zehn Mal so lang wie die 295 Stunden des Vergleichsbeispiels
1. Der Grund hierfür
liegt vielleicht in Folgendem. Die Dicke des isolierenden Beschichtungsfilms
der Riemenscheibe liegt bei 10 μm
und ist damit dünner
als diejenige von anderen Beispielen. Dementsprechend liegt die statische
Elektrizität
(Ladungsspannung) bei –1,0
kV. Der elektrische Widerstand beträgt 1 MΩ. Daraus resultiert, dass die
Potentialdifferenz zwischen dem Laufring und dem Rollelement 1 V
beträgt.
Das Wasser in dem Fett erfährt
also eine Elektrolyse und es wird Wasserstoff erzeugt.
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In
dem Vergleichsbeispiel 1 weist die Oberfläche der Riemenscheibe keine
Beschichtung auf. Die statische Elektrizität (Ladungsspannung) betrug –3,8 kV.
Bei zehn von zehn Proben trat eine Ablösung des Innenrings auf. Die
L10-Lebensdauer lag bei 295 Stunden und kommt damit auf nur 1/9
der berechneten Lebenszeit. In dem Vergleichsbeispiel 2 betrug die
statische Elektrizität
(Ladungsspannung) nur 0,9 kV. Der elektrische Widerstand des Pfads
von der Außenfläche der
Riemenscheibe zu dem Außenring
des Lagers betrug 10 Ω.
Die Potentialdifferenz zwischen dem Laufring und dem Rollelement
betrug 2 V. Bei zehn von zehn Proben trat eine Ablösung des
Innenrings auf. Die L10-Lebensdauer lag bei 1035 Stunden und war
damit kürzer
als die berechnete Lebenszeit. In dem Vergleichsbeispiel 3 ist der
isolierende Beschichtungsfilm der Riemenscheibe 50 μm dick. Dementsprechend
tritt ein Kriechen zwischen der Innenfläche der Riemenscheibe und dem
Außenring des
Lagers auf. Bei zehn von zehn Proben trat ein Kriechen am Außenring
auf. Die L10-Lebensdauer lag bei nur 57 Stunden.
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Bei
den Vergleichsbeispielen 4 und 5 wurden die Oberflächen der
Riemenscheibe hart verchromt und verzinkt. Die statische Elektrizität (Ladungsspannung)
betrug jeweils –2,3
kV und –5,5
kV. Die Widerstandswerte zwischen der Außenfläche der Riemenscheibe und dem
Lageraußenring
tagen jeweils bei nur 7 Ω und 9 Ω. Die Potentialdifferenzen
zwischen dem Laufring und dem Rollelement betrugen jeweils 3 V.
Bei zehn von zehn Proben trat eine Ablösung des Innenrings auf. Die
L10-Lebensdauer lag bei nur 315 Stunden bzw. 115 Stunden und war
damit kürzer
las die berechnete.
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In
der Ausführungsform
wird eine Presspassung für
die Verbindung der Riemenscheibe mit dem Lager verwendet. Wenn eine
Presspassung verwendet wird, wird der isolierende Beschichtungsfilm
auf der Innenfläche
der Riemenscheibe, mit welcher der Außenring des Lagers verbunden
wird, wahrscheinlich verschlissen oder abgelöst. Um dies zu vermeiden, wird
die Riemenscheibe vorzugsweise erwärmt und thermisch geweitet, wobei
das Lager dann mit der Riemenscheibe verbunden wird. Die resultierende
Rolllagereinheit weist eine lange Lebensdauer auf.
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In
der Ausführungsform
wird eine Riemenscheibe mit V-Rillen verwendet. Es lässt sich
bestätigen,
das eine Rolllagereinheit mit einer derartigen Riemenscheibe eine
lange Lebensdauer aufweist. Derselbe Effekt wird auch erhalten,
wenn eine Riemenscheibe mit einer Riemenkraftübertragungsfläche wie
etwa eine glatte Riemenscheibe (Riemenscheibe ohne Rillen) verwendet
wird.
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In 2 ist
der Außenring 5 des
Rolllagers 1 an einem Gehäuse 10 befestigt.
Eine Drehwelle 4 ist in den Innenring 6 des Rolllagers 1 und
in ein Durchgangsloch der Eisenriemenscheibe 2 eingeführt, das
durch eine Innenfläche 2I definiert
ist, sodass sich der Innenring 6 des Rolllagers 1 dreht.
Bei diesem Aufbau sind die Eisenriemenscheibe 2 und das
Rolllager 1 nebeneinander in der Axialrichtung angeordnet.
Um in diesem Fall den elektrischen Widerstand des Pfades von der
Außenfläche 2E der
Eisenriemenscheibe 2, d. h. von der Riemengleitkontaktfläche, zu
dem Außenring 5 des
Lagers zu erhöhen,
wird auch eine Endfläche 2T der
Eisenriemenscheibe 2 (in der Axialrichtung gesehen), die
in Kontakt mit dem Rolllager 1 ist, einer elektrochemischen
Beschichtung unterworfen, sodass ein isolierender Beschichtungsfilm 9 auf
derselben ausgebildet wird.
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Wie
oben beschrieben wird bei der Rolllagereinheit der vorliegenden
Erfindung ein isolierender Kunstharz-Beschichtungsfilm mit einer
Dicke im Bereich von 10 bis 40 μm
auf der Außenfläche und/oder
der Innenfläche
der Riemenscheibe ausgebildet, die in Kombination mit dem Rolllager
verwendet wird. Durch die Ausbildung des isolierenden Kunstharz-Beschichtungsfilms
wird der elektrische Widerstand des Pfads von der Bandgleitkontaktfläche der
Riemenscheibe zu der Außenfläche oder
Innenfläche
des Rolllagers auf 1 MΩ oder höher gesetzt.
Dementsprechend beträgt
die statische Elektrizität
auf der Riemengleitkontaktfläche
der Riemenscheibe 1 kV oder niedriger. Eine Potentialdifferenz zwischen
dem Laufring und dem Rollelement beträgt 1 V oder weniger. Daraus
resultiert, dass ein geringeres oder gar kein Risiko für die Erzeugung
von Wasserstoff aufgrund einer Elektrolyse des im Fett enthaltenen
Wassers besteht. Das Rolllager löst
sich nicht frühzeitig
auf, sodass seine Lebensdauer verlängert wird.
