DE69516013T2

DE69516013T2 - Kettenrad und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE69516013T2
Application number: DE69516013T
Authority: DE
Inventors: Fumihiko Metsugi; Akihito Ohata; Norihiko Takamori; Shunji Takeda; Akihito Yoshiie
Original assignee: Sunstar Engineering Inc; Uni Sunstar BV
Current assignee: Sunstar Suisse SA; Sunstar Engineering Inc
Priority date: 1994-11-25
Filing date: 1995-11-22
Publication date: 2000-09-14
Anticipated expiration: 2015-11-23
Also published as: JP3860233B2; WO1996017094A1; DE69516013D1; JPH08143967A; EP0795038A1; CN1181114A; EP0795038B1; US5830095A; ES2145305T3; CN1046964C

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein aus niedrigkohlenstoffhaltigem Stahl hergestelltes Kettenrad, dessen Kohlenstoffgehalt nicht mehr als 0,25 Gew.-% beträgt, sowie ein Herstellungsverfahren hierfür.

Stand der Technik

Konventionell wird Kohlenstoffstahl, dessen Kohlenstoffgehalt 0,40 bis 0,50 Gew.-% beträgt (auf den in dieser Beschreibung im folgenden als mittelkohlenstoffhaltiger Stahl Bezug genommen wird), beispielsweise der in der JIS (Japanischen Industrienorm) als S45C bezeichnete Kohlenstoffstahl, für ein Kettenrad verwendet, um Kraft bei einem Kraftrad zu übertragen.
Das Herstellungsverfahren eines Kettenrads umfaßt beispielsweise 15 Verfahren von (a) bis (j), wie in den Fig. 7 und 8 gezeigt. Wenn der Zahnabschnitt eines Kettenrads beim in Fig. 8(e) gezeigten Zahnabschnitthärteverfahren eine Wärmebehandlung durchläuft, wird die Härte des Zahnabschnitts auf 45 bis 50 der Rockwellhärte C festgesetzt, so daß die Abriebfestigkeit verbessert werden kann.
Andererseits wird ein aus Kohlenstoffstahl hergestelltes Kettenrad bereitgestellt, dessen Kohlenstoffgehalt nicht mehr als 0,25 Gew.-% beträgt (auf den in dieser Beschreibung im folgenden als niedrigkohlenstoffhaltiger Stahl Bezug genommen wird), beispielsweise die in der JIS als niedrigkohlenstoffhaltiger Stahl der SPH bis S20C aufgeführten. Das obige Kettenrad wird in einigen Regionen verwendet, weil eine Platte aus niedrigkohlenstoffhaltigem Stahl kostengünstig ist.
Es ist weithin bekannt, daß selbst die Härte von niedrigkohlenstoffhaltigem Stahl etwas erhöht wird, wenn er auf eine Temperatur nicht niedriger als der A&sub3; Umwandlungspunkt erwärmt und dann in Wasser getaucht wird, um abgeschreckt zu werden. Es wird ein Kettenrad bereitgestellt, dessen Zahnabschnitt eine Wärmebehandlung derart durchläuft, daß die Härte erhöht werden kann. Wenn dieser Sachverhalt jedoch von einem wesentlichen Gesichtspunkt berücksichtigt wird, ist es unmöglich, niedrigkohlenstoffhaltigen Stahl zu härten, und es ist schwierig, die Härte von niedrigkohlenstoffhaltigem Stahl ausreichend zu erhöhen.
In dem Fall eines aus mittelkohlenstoffhaltigem Stahl hergestellten Kettenrades ist es möglich, die Härte des Zahnabschnitts ausreichend zu erhöhen. Folglich ist das aus mittelkohlenstoffhaltigem Stahl hergestellte Kettenrad bezüglich seiner Abriebfestigkeit exzellent. Die Werkstoffkosten für mittelkohlenstoffhaltigen Stahl sind jedoch hoch, und des weiteren treten bei dem Verfahren des Formpressens wahrscheinlich Verformungen und Risse auf, da die Härte groß ist. Aufgrund der obigen Eigenschaften von mittelkohlenstoffhaltigem Stahl ist es schwierig, ein Kettenrad hauptsächlich mittels Formpressen herzustellen. Folglich ist es notwendig, in den fünf wesentlichen Herstellungsverfahren, die ein Außendurchmesserschneidverfahren, Innendurchmesserschneidverfahren, Zahnschneidverfahren, Befestigungslochbohrverfahren und Befestigunglochfasverfahren umfassen, eine spanende Bearbeitung durchzuführen. Da die Anzahl der Verfahren erhöht wird, sind die Herstellungskosten hoch. Des weiteren werden bei dem Bearbeitungsverfahren eine große Menge an Spänen erzeugt, und es ist kompliziert, die erzeugten Späne zu entfernen. Überdies treten aufgrund des Abriebs eines Schneidwerkzeugs beim Herstellungsverfahren wohl Fehler auf. Entsprechend ist es notwendig, genau aufzupassen, um bei dem Herstellen des Kettenrads die Bearbeitungsgenauigkeit zu stabilisieren. Andererseits werden in dem Fall eines aus niedrigkohlenstoffhaltigem Stahl hergestellten Kettenrads die folgenden Vorteile bereitgestellt. Die Werkstoffkosten sind verringert. Aufgrund der Eigenschaft von niedrigkohlenstoffhaltigem Stahl werden bei dem Verfahren des Formpressens keine Verformungen erzeugt. Folglich ist es nicht notwendig, eine Nachbearbeitung wie beispielsweise Schlichten durchzuführen. Entsprechend ist es möglich, ein Kettenrad hauptsächlich mittels Formpressen herzustellen. Des weiteren ist das Herstellungsverfahren eines aus niedrigkohlenstoffhaltigem Stahl hergestellten Kettenrads einfacher als der eines aus mittelkohlenstoffhaltigem Stahl hergestellten Kettenrads. Folglich können die Herstellungskosten beträchtlich verringert werden. Trotz der obigen Vorteile ist das aus mittelkohlenstoffhaltigem Stahl hergestellte Kettenrad dahingehend nachteilig, daß es unmöglich ist, eine ausreichend hohe Härte bereitzustellen, und des weiteren wird die Abriebfestigkeit erheblich verschlechtert.
Stand der Technik von Interesse ist die DE-A-43 21 477, die Getriebezahnräder für Automobile und ein Herstellungsverfahren dieser Zahnräder betrifft, wobei die Zahnräder aus Stahl hergestellt sind, der bezüglich des Kohlenstoffs darin einen Kohlenstoffgehalt von 0,20 bis 0,70 Gew.-% aufweist.
Der Außenabschnitt jedes Zahnrads wird einem Gesenkpressverfahren unterworfen, um einen tellerförmigen Rohling zu erzeugen, und der sich ergebende Rohling wird an seinem Umfang Formpressen unterworfen, um auf ihm Zähne zu formen. Die Zähne des Zahnrads werden durch Hochfrequenzerhitzen erwärmt und dann abgeschreckt, um eine Oberflächenschicht mit Martensitstruktur auszubilden. Die DE- A-43 21 477 lehrt, daß für die Herstellung von Getriebezahnrädern hochkohlenstoffhaltiger Stahl verwendet werden sollte, und erwähnt insbesondere, daß niedrigkohlenstoffhaltige Stähle für die Herstellung von Getriebezahnrädern nicht geeignet sind.
Es ist ein zugrundeliegendes technisches Problem der vorliegenden Erfindung, dieses Vorurteil im Stand der Technik über die Benutzung von niedrigkohlenstoffhaltigen Stählen für die Herstellung von Getriebezahnrädern zu überwinden, insbesondere, indem ein Verfahren zum Herstellen von Kettenrädern aus Stahl mit einem niedrigen Kohlenstoffgehalt bereitgestellt wird, und hierdurch die Schwierigkeiten von hochkohlenstoffhaltigen Stählen vermieden werden, unter denen sich die Schwierigkeiten des Schneidens und Schmiedens von hochkohlenstoffhaltigen Stählen befinden, und dennoch sicherzustellen, daß die Zähne des sich ergebenden Kettenrads dann, wenn sie angemessen gehärtet sind, nichtsdestotrotz eine akzeptable Härte aufweisen werden, da die Härte, auf die Stahl gebracht werden kann, bislang von seinem Kohlenstoffgehalt abhängt und dann, wenn der Kohlenstoffgehalt niedrig ist, die gegenwärtig bei niedrigkohlenstoffhaltigen Stählen verwendeten Härteverfahren in Zähnen von einer Härte resultieren, die zur Benutzung beim Ausbilden von Kettenradzähnen nicht ausreichend hoch ist.

Darstellung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist wie in den beigefügten Ansprüchen bestimmt.
In ihrem breitesten Aspekt umfaßt die vorliegende Erfindung ein aus niedrigkohlenstoffhaltigem Stahl hergestelltes Kettenrad, bei dem der Kohlenstoffgehalt auf 0,10 bis 0,18 Gew.-% festgesetzt ist, und dessen Zahnabschnitt auf 35 bis 55 der Rockwellhärte C gehärtet ist.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung umfaßt in seinem breitesten Aspekt folgende Schritte:
Bearbeiten einer niedrigkohlenstoffhaltigen Stahlplatte, bei der der Kohlenstoffgehalt auf 0,10 bis 0,18 Gewichtsprozent festgesetzt ist, in die Form eines Kettenrads; und
Härten des Zahnabschnitts des bearbeiteten Kettenrads durch Erhitzen auf eine Temperatur nicht niedriger als der A&sub3; Umwandlungspunkt und schnelles Abkühlen auf eine Temperatur niedriger als 500ºC in einer Zeitdauer von 0,5 s, um den Zahnabschnitt auf 35 bis 55 der Rockwellhärte C zu härten.
Bei dem oben genannten erfindungsgemäßen Verfahren können dann, wenn der Zahnabschnitt des bearbeiteten Kettenrads auf eine Temperatur nicht niedriger als der A&sub3; Umwandlungspunkt erhitzt wurde, die Zähne über Strahlen gewässert werden, was gleichzeitig mit oder unmittelbar nach dem Stoppen des Erhitzens beginnt, um das Härten des Zahnabschnitts durchzuführen.
Alternativ können bei dem oben genannten erfindungsgemäßen Verfahren in seinem breitesten Aspekt:
dann, wenn der Zahnabschnitt des bearbeiteten Kettenrads auf eine Temperatur nicht niedriger als der A&sub3; Umwandlungspunkt erhitzt wurde, die Zähne über Strahlen gewässert werden, was unmittelbar vor dem Stoppen des Erhitzens beginnt, um das Härten des Zahnabschnitts durchzuführen.
Falls dies erwünscht ist, kann zumindest der Zahnabschnitt des Kettenrads bei dem Herstellungsverfahren bearbeitet werden.
Bei dem vorliegenden Verfahren zum Herstellen eines Kettenrads kann der Zahnabschnitt des Kettenrads bei dem Härteprozeß mittels einer Hochfrequenzinduktionsheizvorrichtung erhitzt werden.
Da das Kettenrad aus niedrigkohlenstoffhaltigem Stahl hergestellt ist, dessen Kohlenstoffgehalt 0,10 bis 0,18 Gew.-% beträgt, kann bei der vorliegenden Erfindung das Kettenrad aus einem gewöhnlichen kostengünstigen Werkstoff hergestellt werden, wobei die Abriebfestigkeit des Zahnabschnitts ausreichend hoch gehalten wird. Wenn der Zahnabschnitt auf 35 bis 55 der Rockwellhärte C gehärtet ist, ist es möglich, die Abriebfestigkeit des Zahnabschnitts ausreichend hoch zu halten. Des weiteren kann dann, wenn ein Verhältnis der Scherfläche zur Innenumfangsfläche des Innendurchmesser- Befestigungslochs auf einen Wert nicht weniger als 50% festgesetzt wird, das Kettenrad unter hoher Genauigkeit mit einer an dem Innendurchmesser-Befestigungsloch befestigten Drehwelle montiert werden.
Nach dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren für ein Kettenrad wird in dem Herstellungsverfahren zunächst eine niedrigkohlenstoffhaltige Stahlplatte, deren Kohlenstoffgehalt 0,10 bis 0,18 Gew.-% beträgt, in die Form des Kettenrads geformt, und in dem nächsten Härteverfahren wird der Zahnabschnitt des Kettenrads auf eine Temperatur nicht niedriger als der A&sub3; Umwandlungspunkt erhitzt und dann innerhalb von 0,5 Sekunden schnell auf eine Temperatur nicht höher als 500ºC abgekühlt. Auf diese Weise kann das Kettenrad bereitgestellt werden. Wenn der Zahnabschnitt schnell gekühlt und von einer Temperatur nicht niedriger als der A&sub3; Umwandlungspunkt auf eine Temperatur nicht höher als 500ºC innerhalb von 0,5 Sekunden abgeschreckt wird, kann die Härte des Zahnabschnitts auf 35 bis 55 der Rockwellhärte C festgesetzt werden.
In diesem Fall kann dann, wenn der Kohlenstoffgehalt einer niedrigkohlenstoffhaltigen Stahlplatte auf 0,10 bis 0,18 Gew.-% festgesetzt ist, das Kettenrad aus einem gewöhnlichen kostengünstigen Werkstoff hergestellt werden, während die Abriebfestigkeit des Zahnabschnitts ausreichend hoch erhalten bleibt. Wenn der Zahnabschnitt auf 35 bis 55 der Rockwellhärte C gehärtet ist, ist es möglich, die Abriebfestigkeit des Zahnabschnitts ausreichen hoch zu erhalten. Des weiteren ist es dann, wenn der Zahnabschnitt des Kettenrads auf eine Temperatur nicht niedriger als der A&sub3; Umwandlungspunkt erhitzt und durch Strahlen gewässert wird, um gleichzeitig mit oder unmittelbar nach dem Stoppen des Erhitzens gehärtet zu werden, möglich, den Zahnabschnitt innerhalb von 0,5 Sekunden auf eine Temperatur nicht höher als 500ºC schnell zu kühlen und zu härten. Wenn der Zahnabschnitt über Strahlen gewässert und unmittelbar vor dem Stoppen des Erhitzens gekühlt wird, ist es möglich, das Auftreten eines sanften Temperaturabfalls zu verhindern, der in einer Zeitdauer von dem Anhalten des Erhitzens zum Beginn des Wasserstrahlens des Zahnabschnitts bewirkt wird. Entsprechend ist es möglich, die Abkühlgeschwindigkeit des zu härtenden Zahnabschnitts weiter zu erhöhen.
Da das Kettenrad aus niedrigkohlenstoffhaltigem Stahl hergestellt ist, dessen Kohlenstoffgehalt niedrig ist, ist es möglich, eine niedrigkohlenstoffhaltige Stahlplatte lediglich mittels Formpressen, wie beispielsweise Feinstanzen, in die Form des Kettenrads auszubilden. Entsprechend kann ein hochgenaues Kettenrad von hoher Qualität hergestellt werden, wobei zugleich der Herstellungsprozeß des Kettenrads vereinfacht wird.
Wenn der Zahnabschnitt des Kettenrads bei dem Härteverfahren durch die Hochfrequenzinduktions-Heizvorrichtung erwärmt wird, kann des weiteren lediglich der Zahnabschnitt schnell auf eine vorherbestimmte Temperatur erwärmt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf das Kettenrad.
Fig. 2 ist eine Querschnittansicht, genommen entlang Linie II-II in Fig. 1;
Fig. 3 ist eine Zeichnung des Herstellungsverfahrens für das Kettenrad.
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung der Hochfrequenzinduktions-Heizvorrichtung.
Fig. 5 ist ein Diagramm, das die Abschreckhärte und weiteres zeigt.
Fig. 6 ist ein kontinuierliches Kühlumwandlungsdiagramm von niedrigkohlenstoffhaltigem Stahl, dessen Kohlenstoffgehalt 0,13 Gew.-% beträgt.
Fig. 7 ist eine Zeichnung des Herstellungsverfahrens des konventionellen Kettenrads.
Fig. 8 ist eine Zeichnung des Herstellungsverfahrens des konventionallen Kettenrads.

Bester Weg zum Ausführen der Erfindung

Unter Bezugsnahme auf die beigefügten Zeichnungen wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wie folgt erläutert werden.
Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt das Kettenrad 1: eine ringförmige Radnabe 2, die in der Mitte ausgebildet ist; einen ringförmigen Rand 3, der an dem Außenumfang ausgebildet ist; eine Vielzahl von Zähnen 4, die an dem Außenumfang des Rands 3 ausgebildet sind; vier Arme 5, die die Radnabe 2 mit dem Rand 3 verbinden; ein Innendurchmesser-Befestigungsloch 6, durch das eine Ausgangswelle eines Motors eingeführt wird; vier Befestigungslöcher 7, an denen die Schrauben zum Befestigen des Kettenrads 1 an der Ausgangswelle befestigt werden; und vier Musterlöcher 8 zur Gewichtsreduzierung. Obwohl das obige konventionelle Kettenrad 1 in dieser Ausführungsform verwendet wird, können Kettenräder mit anderem Aufbau angewendet werden.
Das Kettenrad 1 ist aus niedrigkohlenstoffhaltigem Stahl hergestellt, dessen Kohlenstoffgehalt 0,10 bis 0,18 Gew.-% beträgt. Bezüglich der oberen Begrenzung des Kohlenstoffgehalts sind, obwohl eine ausreichend große Härte vorgesehen werden kann, die Werkstoffkosten dann hoch, wenn die obere Begrenzung auf einen Wert höher als 0,25 Gew.-% gesetzt wird. Entsprechend wird die obere Begrenzung auf einen niedrigeren Wert festgesetzt. Um die Werkstoffkosten so niedrig wie möglich zu halten, wird die obere Begrenzung auf einen Wert nicht höher als 0,18 Gew.-% festgesetzt. Bezüglich der unteren Begrenzung des Kohlenstoffgehalts wird dann, wenn wie in Fig. 5 gezeigt der Kohlenstoffgehalt auf einen Wert niedriger als 0,10 Gew.-% verringert wird, selbst die theoretische Maximalabschreckhärte auf einen Wert nicht höher als 35 Rockwellhärte C verringert, und es ist unmöglich, eine ausreichend hohe Abriebfestigkeit bereitzustellen. Folglich wird die untere Begrenzung auf einen Wert nicht niedriger als 0,10 Gew.-% festgesetzt.
Wie oben beschrieben, ist der Kohlenstoffgehalt des Kettenrads 1 niedrig und es ist möglich, das Kettenrad 1 durch ein Herstellungsverfahren herzustellen, das hauptsächlich aus Formpressen besteht. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist ein Verhältnis 100 · (t/T) der Scherfläche zu der Innenumfangsfläche des Innendurchmesser-Befestigungslochs 6 auf einen Wert nicht weniger als 50% festgesetzt, so daß die Montagegenauigkeit bezüglich der Ausgangswelle verbessert werden kann.
Unter Bezugnahme auf das in Fig. 3 gezeigte Diagramm des Herstellungsverfahrens wird als nächstes das Herstellungsverfahren des Kettenrads wie folgt erläutert werden.
Zunächst wird bei dem in Fig. 3(a) gezeigten Außendurchmesser-Feinstanzprozeß eine niedrigkohlenstoffhaltige Stahlplatte, deren Kohlenstoffgehalt 0,10 bis 0,18 Gew.-% beträgt, gestanzt und der erste scheibenförmige Schritt 11 ist durchgeführt.
Als nächstes wird beim in Fig. 3(b) gezeigten Innendurchmesser-Kernstanzverfahren eine Mitte des ersten Schritts 11 gestanzt, und der zweite Schritt 12 ist durchgeführt.
Als nächstes werden bei dem in Fig. 3(c) gezeigten Musterlochstanzverfahren auf den zweiten Schritt 12 mittels Formpressen Musterlöcher 8 gestanzt, und der dritte Schritt 13 ist durchgeführt.
Bei dem in Fig. 3(d) Innendurchmesser-Befestigungsloch- Schlichtstanzverfahren wird als nächstes eine Mitte des Schritts mittels Formpressen gestanzt, und das Innendurchmesser-Befestigungsloch 6 wird ausgebildet, und zugleich werden vier Befestigungslöcher 7 gestanzt, und der vierte Schritt 14 ist durchgeführt. Wenn zu diesem Zeitpunkt ein Spiel zwischen dem Stanzwerkzeug und der Form auf einen Wert nicht höher als 5% festgesetzt wird, wird das Stanzen derart durchgeführt, daß das Verhältnis der Scherfläche zur Innenumfangsfläche des Innendurchmessers-Befestigungslochs 6 bei einem Wert nicht niedriger als 50% erhalten bleibt.
Bei dem in Fig. 3(e) gezeigten Zahnschneidverfahren werden auf dem Außenumfang des vierten Schritts 14 mittels spanenden Bearbeitens als nächstes eine Vielzahl von Zähnen 4 ausgebildet, und der fünfte Schritt 15 ist durchgeführt. In diesem Zusammenhang kann der Zahnschneidprozeß mittels Formpressen durchgeführt werden. Im Fall von Formpressen ist es bevorzugt, nach dem Zahnschneidprozeß einen Entgratungsprozeß vorzusehen.
In dem in Fig. 3(f) gezeigten Zahnhärtprozeß werden als nächstes die Zähne 4 auf eine Temperatur nicht niedriger als der A&sub3; Umwandlungspunkt erhitzt (beispielsweise nicht niedriger als 870ºC), über eine später beschriebene Hochfrequenz-Induktionsheizvorrichtung 21, und gleichzeitig mit dem Stoppen des Erhitzens werden die Zähne 4 über einen Strahl gewässert, so daß der Zahn 4 abgeschreckt werden kann. Auf diese Weise wird der sechste Schritt 16 erreicht. In diesem Zusammenhang können die Zähne 4 über Strahlen unmittelbar nach dem Stoppen des Erhitzens gewässert werden, so daß die Zähne 4 abgeschreckt werden können.
Zu diesem Zeitpunkt werden die Zähne 4 innerhalb von 0,5 Sekunden schnell auf eine Temperatur nicht höher als 500ºC abgekühlt, und die Rockwellhärte C der Zähne wird auf einen Wert in einem Bereich von 35 bis 55 eingestellt, der nahe an der theoretischen Maximalhärte liegt.
Unter Bezugnahme auf das in Fig. 6 gezeigte kontinuierliche Abkühl-Umwandlungsdiagramm wird im folgenden kurz die Abkühlgeschwindigkeit der Zähne 4 erläutert werden. Bezüglich des niedrigkohlenstoffhaltigen Stahls, dessen Kohlenstoffgehalt 0,13 Gew.-% beträgt, ist es um die Vickershärte Hv 358 bereitzustellen (im Fall der Rockwellhärte C, HRC 37), notwendig, den niedrigkohlenstoffhaltigen Stahl innerhalb von 0,5 Sekunden von ungefähr 720ºC auf 500ºC schnell abzukühlen. Um 35 bis 55 der Rockwellhärte C bereitzustellen, ist es notwendig, den niedrigkohlenstoffhaltigen Stahl innerhalb von 0,5 Sekunden von ungefähr 720ºC auf eine Temperatur nicht höher als 500ºC schnell abzukühlen.
Als ein weiteres Verfahren zum schnellen Abkühlen innerhalb von 0,5 Sekunden auf eine Temperatur nicht höher als 500ºC können die Zähne 4 unmittelbar vor dem durch die Hochfrequenz-Induktionsheizvorrichtung 21 durchgeführten Erhitzen über einen Strahl gewässert werden. In diesem Fall wird das Auftreten eines sanften Temperaturabfalls verhindert, der durch eine Zeitdauer von dem Stoppen des Erhitzens zum Beginn des Wasserstrahlens der Zähne 4 bewirkt wird, so daß die Zähne 4 schneller abgekühlt und abgeschreckt werden können. Wahlweise kann das Kettenrad 1 in eine Lösung eingetaucht und bewegt werden, in die ein Gefrierpunkt- Unterdrückungsmittel wie beispielsweise Salz hinzugefügt ist.
Wie in Fig. 4 gezeigt, weist die Hochfrequenz- Induktionsheizvorrichtung 21 einen üblichen Aufbau auf, einschließlich einer im wesentlichen ringförmigen hohlen Induktionsspule 22, die aus Kupfer hergestellt ist und das Kettenrad 1 umgibt. Auf der Innenumfangsfläche der Induktionsspule 22 sind eine Vielzahl von Düsenöffnungen 23 ausgebildet, und die Düsenöffnungen 23 sind auf die Mitte der Induktionsspule 22 gerichtet. Wenn die Induktionsspule 21 mit einem Wechselstrom mit Energie beaufschlagt wird, dessen Frequenz 30 bis 300 KHz beträgt, können unter der Bedingung, daß das Kettenrad 1 in die Induktionsspule 21 gesetzt ist, lediglich die Zähne 4 des Kettenrads 1 mittels Hochfrequenz- Induktionserhitzens schnell aufgewärmt werden. Wenn mit Druck beaufschlagtes Wasser der Innenseite der Induktionsspule 21 zugeführt wird, kann Wasser aus der Vielzahl von Düsenöffnungen 23 auf die Zähne 4 gestrahlt werden. Aufgrund des Vorstehenden können die Zähne 4 schnell abgekühlt werden. In diesem Zusammenhang wird ein weiteres Abschreckverfahren, bei dem die Induktionsheizspule verwendet wird, wie folgt beschrieben werden. Unter der Bedingung, daß die Induktionsspule und das Kettenrad 1 in Wasser eingetaucht werden, werden die Zähne 4 des Kettenrads 1 auf eine Temperatur nicht niedriger als der A&sub3; Umwandlungspunkt erhitzt, und dann wird das Zuführen elektrischer Leistung zur Induktionsspule gestoppt, so daß das Kettenrad 1 schnell abgekühlt werden kann.
Als nächstes wird bei dem in Fig. 3(i) gezeigten Oberflächenbehandlungsprozeß der sechste Schritt 16, der bereits abgeschreckt wurde, einem Plattieren oder Beschichten ausgesetzt. Auf diese Weise kann das Kettenrad 1 vorgesehen werden. In dem Fall, in dem der sechste Schritt 16 keinem Beschichten oder Plattieren ausgesetzt wird, kann dieser Prozeß jedoch weggelassen werden.
Wie oben beschrieben wurde, kann das Kettenrad 1 mittels des im wesentlichen aus sieben Schritten bestehenden Herstellungsverfahrens hergestellt werden, das hauptsächlich Formpressen umfaßt. Entsprechend ist es möglich, das Herstellungsverfahren beträchtlich zu vereinfachen, um die Herstellungskosten zu verringern. Ebenfalls ist es möglich, die Genauigkeit einfach zu verbessern. Des weiteren ist es, da das Zahnschneiden über automatisches Bearbeiten durchgeführt wird, möglich, das Auftreten von Rissen der Zähne 4 beim Härteprozeß wirksam zu verhindern. Nachdem die Zähne 4 gehärtet wurden, kann des weiteren die Härte auf einen Wert von 35 bis 55 der Rockwellhärte C erhöht werden. Entsprechend ist es möglich, eine ausreichend hohe Abriebfestigkeit der Zähne 4 sicherzustellen. Des weiteren ist es möglich, die Zähne 4 bei niedriger Temperatur anzulassen (beispielsweise bei ungefähr 120ºC), bei der die Härte nicht gesenkt wird.
Als nächstes wird ein Härtetest wie folgt erläutert werden, der von den Erfindern durchgeführt wurde, um das optimale Härtverfahren herauszufinden.
Bei diesem Test wurden die folgenden Teststücke A bis L verwendet, deren Kohlenstoffgehalte in Tabelle 1 gezeigt sind. Tabelle 1
Für den Test wurden die folgenden drei Arten von Härtverfahren angewendet:

(1) Wasserstrahlverfahren

Bei dem Wasserstrahlverfahren wurden die Zähne auf eine Temperatur nicht niedriger als der A&sub3; Umwandlungspunkt erhitzt. Gleichzeitig mit dem Stoppen des Erhitzens wurden die Zähne gewässert, so daß die Zähne gehärtet werden konnten.

(2) Wassertauchverfahren

Bei dem Wassertauchverfahren wurden die Zähne in Wasser getaucht, nachdem sie auf eine Temperatur nicht niedriger als der A&sub3; Umwandlungspunkt erhitzt wurden.

(3) Öltauchverfahren

Bei dem Öltauchverfahren wurden die Zähne in Öl getaucht, nachdem sie auf eine Temperatur nicht niedriger als der A&sub3; Umwandlungspunkt erhitzt wurden.
Bei dem Test wurden Werte der Rockwellhärte C der gehärteten Teststücke gemessen. Das Meßergebnis ist in Fig. 5 gezeigt. Wie in dem in Fig. 5 gezeigten Diagramm ersichtlich ist, wurden die Zähne dann, wenn die Teststücke durch das Wasserstrahlverfahren abgeschreckt wurden, auf eine Härte nahe an der theoretischen Maximalabkühlhärte gehärtet. Selbst die Härte der aus niedrigkohlenstoffhaltigem Stahl hergestellten Teststücke, deren Kohlenstoffgehalte nicht niedriger als 0,1 Gew.-% waren, betrug nicht weniger als 35 der Rockwellhärte C. Folglich ist es ersichtlich, daß diese Teststücke eine ausreichend hohe Abriebfestigkeit aufwiesen.
Andererseits wurde die Härte dann, wenn die Teststücke durch das Wassertauch- oder das Öltauchverfahren abgeschreckt wurden, nicht auf einen Wert nahe der theoretischen Maximalabschreckhärte erhöht. In dem Fall von niedrigkohlenstoffhaltigem Stahl, dessen Kohlenstoffgehalt nicht mehr als 0,18 Gew.-% betrug, war die Rockwellhärte C der Zähne niedriger als 35. Das heißt, es ist verständlich, daß die Abriebfestigkeit der Zähne verschlechtert war.
Obwohl dies in Fig. 5 nicht gezeigt ist, wurde mit Ausnahme des obigen Wasserstrahlverfahrens ein Abschreckverfahren bereitgestellt, in dem die Teststücke auf eine Temperatur nicht niedriger als der A&sub3; Umwandlungspunkt erhitzt und unmittelbar vor dem Stoppen des Erhitzens über Strahlen gewässert wurden. Gemäß dieses Verfahrens wurde die Härte geringfügig weiter als die durch das Wasserstrahlverfahren erzielte Härte gesteigert, und es wurde herausgefunden, daß dieselbe Abriebfestigkeit wie die des Wasserstrahlverfahrens positiv sichergestellt war. In einem weiteren Fall wurden die Teststücke, nachdem sie auf eine Temperatur nicht niedriger als der A&sub3; Umwandlungspunkt erhitzt wurden, in Salzwasser getaucht, und dann wurde das Salzwasser mit den Teststücken gerührt. In diesem Fall war, obwohl die Härte der Teststücke etwas gesenkt war, dieselbe Abriebfestigkeit wie die des Wasserstrahlverfahrens sichergestellt. Wenn das Abschrecken in Salzwasser durchgeführt wird, wird jedoch die Kettenradoberfläche korrodiert. Folglich ist es bevorzugt, das Kühlen in Salzwasser schneller durchzuführen, als in einem Fall, in dem das Abkühlen in Wasser durchgeführt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Kettenrad aus kostengünstigem Werkstoff hergestellt. Folglich ist es möglich, die Herstellungskosten des Kettenrads beträchtlich zu verringern. Wenn die Zähne des Kettenrads abgeschreckt werden, kann die Härte auf einen Wert nahe der theoretischen Maximalabschreckhärte gesteigert werden. Folglich kann die Abriebfestigkeit der Zähne beträchtlich verbessert werden. Da das Kettenrad aus niedrigkohlenstoffhaltigem Stahl hergestellt ist, dessen Kohlenstoffgehalt niedrig ist, ist es des weiteren möglich, eine Form des Kettenrads aus einer Stahlplatte hauptsächlich mittels Formpressen oder lediglich mittels Formpressen, wie beispielsweise Feinstanzen, auszubilden. Folglich ist es möglich, ein genaues Kettenrad von hoher Qualität über ein vereinfachtes Herstellungsverfahren herzustellen.
In diesem Fall ist es dann, wenn der Kohlenstoffgehalt eines niedrigkohlenstoffhaltigen Stahls in einem Bereich von 0,10 bis 0,18 Gew.-% festgesetzt wird, möglich, ein Kettenrad aus einem gewöhnlichen kostengünstigen Werkstoff herzustellen, während die Abriebfestigkeit der Zähne auf einem ausreichend hohen Wert erhalten bleibt. Wenn die Zähne auf eine Härte von 35 bis 55 der Rockwellhärte C abgeschreckt werden, ist es möglich, eine ausreichend hohe Abriebfestigkeit der Zähne sicherzustellen. Wenn ein Verhältnis der Scherfläche zur Innenumfangsfläche des Innendurchmesser-Befestigungslochs auf einen Wert nicht weniger als 50% festgesetzt wird, kann des weiteren die Montagegenauigkeit des Kettenrads bezüglich der Drehwelle verbessert werden.
Nach dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren für ein Kettenrad ist das Kettenrad aus einer kostengünstigen niedrigkohlenstoffhaltigen Stahlplatte hergestellt, deren Kohlenstoffgehalt 0,10 bis 0,18 Gew.-% beträgt. Folglich können die Herstellungskosten des Kettenrads beträchtlich verringert werden. Da der Kohlenstoffgehalt des Werkstoffs niedrig ist, ist es möglich, ein Kettenrad aus einer niedrigkohlenstoffhaltigen Stahlplatte hauptsächlich mittels Formpressen oder nur durch Formpressen auszubilden. Folglich kann die Anzahl der Schritte zum Herstellen des Kettenrads verringert werden. Des weiteren können im Unterschied zur spanenden Bearbeitung durch den Abrieb eines Schneidwerkzeugs verursachte Fehler reduziert werden, und es ist möglich, ein genaues Kettenrad von gleichmäßig hoher Qualität herzustellen. Des weiteren werden bei dem Herstellungsverfahren selten Späne erzeugt. Folglich ist es leicht, die erzeugten Späne zu verarbeiten. Wenn Zähne von einer Temperatur nicht niedriger als der A&sub3; Umwandlungspunkt auf eine Temperatur nicht höher als 500ºC innerhalb von 0,5 Sekunden schnell abgekühlt und abgeschreckt werden, wird die Rockwellhärte C der Zähne auf einen Wert nahe der theoretischen Maximalhärte erhöht. Folglich ist es möglich, ein Kettenrad mit hoher Abriebfestigkeit zu erzielen.
Wenn der Kohlenstoffgehalt einer niedrigkohlenstoffhaltigen Stahlplatte auf 0,10 bis 0,18 Gew.-% festgesetzt wird, ist es in diesem Fall möglich, ein Kettenrad aus einem gewöhnlichen kostengünstigen Werkstoff zu erzeugen, während eine hohe Abriebfestigkeit der Zähne erhalten bleibt. Wenn die Zähne abgeschreckt und die Härte auf 35 bis 55 der Rockwellhärte C erhöht wird, ist es möglich, die ausreichend hohe Abriebfestigkeit zu erhalten. Wenn ein einfaches Verfahren angewendet wird, bei dem die Zähne des Kettenrads auf eine Temperatur nicht niedriger als der A&sub3; Umwandlungspunkt erhitzt und über Strahlen gewässert und gleichzeitig mit oder unmittelbar nach dem Stoppen des Erhitzens abgeschreckt werden, ist es möglich, die Zähne von einer Temperatur nicht niedriger als der A&sub3; Umwandlungspunkt auf eine Temperatur von 500ºC innerhalb von 0,5 Sekunden schnell abzukühlen. Die Zähne können unmittelbar vor dem Stoppen des Erhitzens durch Strahlen gewässert werden, so daß die Zähne abgeschreckt werden können. In diesem Fall wird das Auftreten eines sanften Temperaturabfalls verhindert, der in einer Zeitdauer von dem Stoppen des Erhitzens zum Beginn des Wasserstrahlens der Zähne bewirkt wird, so daß die Zähne schneller abgekühlt und gehärtet werden können.
Wenn in dem Herstellungsverfahren die Zähne eines Kettenrads durch spannendes Bearbeiten geschnitten werden, kann das Auftreten von Rissen der Zähne positiv verhindert werden, so daß der Anschuß gesenkt werden kann. Wenn bei dem Härteverfahren die Zähne eines Kettenrads über eine Hochfrequenz-Induktionsheizvorrichtung erhitzt werden, ist es möglich, lediglich die Zähne auf eine vorherbestimmte Temperatur schnell zu erwärmen.

Claims

1. Kettenrad aus niedrig kohlenstoffhaltigem Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoffgehalt auf 0,10 bis 0,18 Gewichtsprozent festgesetzt ist, und sein Zahnabschnitt auf 35 bis 55 der Rockwellhärte C gehärtet ist.

2. Kettenrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verhältnis der Scherfläche zur inneren Umfangsfläche des Innendurchmesserbefestigungsloches nicht weniger als 50% beträgt.

3. Verfahren zum Herstellen eines Kettenrads nach Anspruch 1, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:

Bearbeiten einer niedrig kohlenstoffhaltigen Stahlplatte, bei der der Kohlenstoffgehalt auf 0,10 bis 0,18 Gewichtsprozent festgesetzt ist, in die Form eines Kettenrads; und

Härten des Zahnabschnitts des bearbeiteten Kettenrads durch Erhitzen auf eine Temperatur nicht niedriger als der A&sub3; Umwandlungspunkt und schnelles Abkühlen auf eine Temperatur niedriger als 500ºC in einer Zeitdauer von 0,5 s, um den Zahnabschnitt auf 35 bis 55 der Rockwellhärte C zu härten.

4. Verfahren nach Anspruch 3 zum Herstellen eines Kettenrads, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnabschnitt des bearbeiteten Kettenrads auf eine Temperatur nicht niedriger als der A&sub3; Umwandlungspunkt erhitzt und gleichzeitig mit oder unmittelbar nach dem Stoppen des Erhitzens in dem Härteprozeß über Strahlen gewässert wird, um den Zahnabschnitt zu härten.

5. Verfahren nach Anspruch 3 zum Herstellen eines Kettenrads, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnabschnitt des bearbeiteten Kettenrads auf eine Temperatur nicht niedriger als der A&sub3; Umwandlungspunkt erhitzt und unmittelbar vor dem Stoppen des Erhitzens in dem Härteprozeß über Strahlen gewässert wird, um den Zahnabschnitt zu härten.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5 zum Herstellen eines Kettenrads, dadurch gekennzeichnet, daß eine Form des Kettenrads aus der niedrig kohlenstoffhaltigen Stahlplatte in dem Herstellungsverfahren lediglich durch Formpressen gebildet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5 zum Herstellen eines Kettenrads, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Zahnabschnitt des Kettenrads in dem Herstellungsverfahren bearbeitet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7 zum Herstellen eines Kettenrads, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnabschnitt des Kettenrads in dem Härteprozeß durch eine Hochfrequenzinduktionsheizvorrichtung erhitzt wird.