IT201800006552A1

IT201800006552A1 - Catena articolata per la trasmissione di moto in sistemi di trasmissione secondaria di motocicli.

Info

Publication number: IT201800006552A1
Application number: IT102018000006552A
Authority: IT
Priority date: 2018-06-21
Filing date: 2018-06-21
Publication date: 2019-12-21

Description

Catena articolata per la trasmissione di moto in sistemi di trasmissione secondaria di motocicli.

La presente invenzione si riferisce a una catena articolata per la trasmissione di moto in sistemi di trasmissione secondaria di motocicli.

Per sistemi di trasmissione secondaria di motocicli si intendono i sistemi di trasmissione che trasmettono la coppia dal motore-cambio alla ruota posteriore di un motociclo. In particolare, ci si riferisce a sistemi di trasmissione secondaria del tipo a catena, in cui una catena articolata e chiusa su se stessa ad anello è avvolta attorno a un pignone, il quale è montato sull’albero di uscita del cambio, e a una corona dentata, la quale è montata sul mozzo della ruota posteriore di un motociclo.

In generale, catene articolate utilizzate in sistemi di trasmissione secondaria di motocicli sono del noto tipo a rulli, in cui i rulli formano le superfici di contatto con i denti di pignone e corona dentata ed hanno lo scopo di trasformare l’attrito radente in attrito volvente per migliorare l’efficienza e ridurre la temperatura di attrito.

La presente invenzione si riferisce appunto a catene articolate utilizzate in tali sistemi di trasmissione e, in particolare, a catene articolate del tipo a rulli.

Al fine di limitare nel tempo gli attriti che si generano tra i componenti della catena e tra la catena e gli organi di trasmissione del moto (pignone e corona) è necessario lubrificare periodicamente la catena ogni 500-1000 km.

Tale lubrificazione consente di ridurre l’usura dei componenti della catena, limitandone l’allungamento, e di mantenere basse le temperature di esercizio al fine di migliorare l’efficienza di trasmissione.

Al fine di incrementare la durabilità e la resistenza all’usura delle catene articolate per la trasmissione di moto è noto ricoprirne le superfici di usura con rivestimenti realizzati in materiali di elevata durezza e basso coefficiente di attrito.

Il documento EP1507099B1 riguarda catene articolate in cui superfici striscianti di componenti della catena sono ricoperte con un rivestimento in carbonio amorfo del tipo cosiddetto DLC (Diamond-Like Carbon) in forma idrogenata (a-C:H) o in forma non idrogenata (a-C), ovvero con contenuto di idrogeno inferiore a 1 atm% e preferibilmente inferiore a 0.5 atm%, depositati con processi di deposizione fisica in fase vapore del tipo cosiddetto “arc-ion plating”. Secondo quanto descritto in tale documento, catene così rivestite sono utilizzate in sistemi di trasmissione lubrificati con un olio lubrificante contenente specifici modificatori di attrito.

Il documento WO2006094496 descrive una catena articolata per la trasmissione di moto in cui superfici striscianti di componenti della catena sono ricoperte con rivestimenti costituiti da uno strato in materiale tenero (come per esempio un metallo quale stagno o piombo e loro leghe o un polimero quale PTFE) o con rivestimenti comprendenti uno strato interno in un materiale duro o ad elevata durezza (come per esempio nitruri e carburi di alluminio, cromo, titanio e altri, o come carbonio amorfo di tipo DLC Diamond-Like Carbon) e uno strato esterno in un materiale a minor durezza o tenero (come per esempio un metallo quale stagno o piombo e loro leghe o un polimero quale PTFE), in cui gli strati formanti il rivestimento sono depositati con processi di deposizione fisica o chimica in fase vapore (PVD o CVD).

Il documento JP2006029462 descrive una catena articolata per la trasmissione di moto in cui superfici striscianti di componenti della catena sono ricoperte con rivestimenti comprendenti un’alternanza di strati in metallo e di strati in carbonio amorfo (DLC-Diamond-Like Carbon) comprendenti inclusioni metalliche in percentuali variabili dal 3% al 18%.

Infine, il documento US6666013B2 descrive una catena articolata per la trasmissione di moto in cui superfici striscianti di componenti della catena sono ricoperte con rivestimenti in carbonio amorfo (DLC-Diamond-Like Carbon).

Scopo della presente invenzione è quello di proporre una catena articolata per la trasmissione di moto in sistemi di trasmissione secondaria di motocicli che abbia una maggior resistenza all’usura e una maggior durabilità rispetto alla tecnica nota.

Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di proporre una catena articolata per la trasmissione di moto in sistemi di trasmissione secondaria di motocicli che permetta di eliminare, in condizioni di uso, la necessità di lubrificazione periodica della catena stessa.

Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di proporre una catena articolata per la trasmissione di moto in sistemi di trasmissione secondaria di motocicli che permetta di raggiungere senza lubrificazione periodica una percorrenza almeno pari a 2/3 della percorrenza ottenibile con una catena lubrificata periodicamente.

Altro scopo della presente invenzione è quello di proporre una catena articolata per la trasmissione di moto in sistemi di trasmissione secondaria di motocicli che abbia una maggior stabilità dimensionale, in particolare in lunghezza, rispetto alla tecnica nota.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di realizzare una catena articolata per la trasmissione di moto in sistemi di trasmissione secondaria di motocicli particolarmente semplice e funzionale, con costi contenuti.

Questi scopi secondo la presente invenzione sono raggiunti realizzando una catena articolata per la trasmissione di moto in sistemi di trasmissione secondaria di motocicli come esposto nella rivendicazione 1.

Ulteriori caratteristiche sono previste nelle rivendicazioni dipendenti.

Le caratteristiche ed i vantaggi di una catena articolata per la trasmissione di moto in sistemi di trasmissione secondaria di motocicli secondo la presente invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione seguente, esemplificativa e non limitativa, riferita ai disegni schematici allegati nei quali:

le figure 1A e 1B mostrano rispettivamente in alzato laterale e in pianta una porzione di una catena articolata per la trasmissione di moto in sistemi di trasmissione secondaria di motocicli secondo la presente invenzione;

la figura 2 è una vista in esploso di una porzione di una catena articolata per la trasmissione di moto in sistemi di trasmissione secondaria di motocicli secondo la presente invenzione;

la figura 3 è una vista in assonometria e in spaccato parziale di una catena articolata per la trasmissione di moto in sistemi di trasmissione secondaria di motocicli secondo la presente invenzione;

la figura 4 è uno schema di un impianto per l’attuazione del processo di deposizione fisica in fase vapore (PVD) ad arco di plasma pulsato filtrato o non filtrato controllato con laser utilizzato per la deposizione dello strato di rivestimento su superfici di componenti della catena articolata secondo la presente invenzione come .

Con riferimento alle figure, viene mostrata una catena articolata per la trasmissione di moto in sistemi di trasmissione secondaria di motocicli secondo la presente invenzione complessivamente indicata con il numero di riferimento 10.

La catena 10 comprende una pluralità di maglie disposte in fila l’una in successione all’altra e fra loro articolate per il tramite di rispettivi giunti di articolazione.

Ciascun giunto di articolazione comprende un perno 11 che è inserito all’interno di una rispettiva bussola 12.

Su ciascuna bussola 12 è montato un rispettivo rullo 13 in modo girevole attorno al suo asse longitudinale parallelo all’asse della bussola 12.

Lo spazio compreso tra la superficie esterna del perno 11 e la superficie interna della bussola 12 è riempito di lubrificante ed è sigillato tramite due elementi ad anello 18 posti a ciascuna delle due estremità della bussola 12; gli elementi ad anello 18 sono realizzati in materiale polimerico e sono conformati con una particolare geometria atta a mantenere il lubrificante all’interno della articolazione.

La catena 10 è, in particolare, del noto tipo a rulli e comprende una pluralità di maglie interne e una pluralità di maglie esterne.

Ciascuna maglia interna comprende una coppia di piastre interne 14 che sono disposte fra loro distanziate e parallele e ciascuna delle quali è attraversata nello spessore da una coppia di fori 15.

Le piastre interne 14 sono fra loro unite da una coppia di bussole 12 i cui assi si estendono in direzione ortogonale alle piastre interne 14 e le cui estremità opposte sono inserite nei fori 15.

Su ciascuna bussola 12 è montato in modo girevole un rispettivo rullo 13.

Le maglie interne sono a due a due collegate fra di loro per il tramite di una rispettiva maglia esterna.

Ciascuna maglia esterna comprende una coppia di piastre esterne 16 che sono disposte fra loro distanziate e parallele e ciascuna delle quali è attraversata nello spessore da una coppia di fori 17.

Le piastre esterne 16 di ciascuna maglia esterna sono disposte affiancate alle facce esterne delle piastre interne 14 di due maglie interne successive in modo tale che i loro fori 17 siano allineati con i fori 15 alle estremità adiacenti delle piastre interne 14 delle due maglie interne successive.

Gli elementi ad anello 18 in materiale polimerico sono interposti tra la superficie interna delle maglie esterne (ovvero delle piastre esterne 16) e la superficie esterna delle maglie interne (ovvero delle piastre interne 14) in corrispondenza dei fori 15 delle piastre interne 14 e dei fori 17 delle piastre esterne 16, così da risultare sostanzialmente coassiali al rispettivo perno 11 e alla rispettiva bussola 12.

Le piastre esterne 16 di ciascuna maglia esterna sono fra loro collegate da una coppia di perni 11 i cui assi si estendono in direzione ortogonale alle piastre esterne 16 e le cui estremità opposte sono inserite nei fori 17.

Ciascun perno 11 è inserito in modo girevole all’interno di una rispettiva bussola 12. I due perni 11 di ciascuna maglia esterna sono inseriti rispettivamente nelle bussole 12 alle estremità adiacenti di due maglie interne successive.

Le maglie interne sono articolate alle maglie esterne per il tramite di giunti formati dai perni 11 delle seconde alloggiati nelle bussole 12 delle prime.

Secondo la presente invenzione almeno una superficie delle maglie e/o dei giunti della catena 10 è ricoperta con uno strato di rivestimento costituito da carbonio amorfo tetraedrico sostanzialmente privo di idrogeno e depositato per il tramite di un processo di deposizione fisica da vapore (PVD) al fine di limitare nel tempo gli attriti che si generano tra i componenti della catena e tra la catena e gli organi di trasmissione del moto, pignone e corona, e al fine di aumentare l’efficienza della trasmissione attraverso un miglioramento delle caratteristiche tribologiche delle superfici soggette ad usura e di eliminare la necessità di lubrificare periodicamente ogni 500-1000 km i componenti della catena.

Con riferimento alla forma di realizzazione della catena 10, la superficie cilindrica esterna di ciascuna bussola 12 e la superficie cilindrica esterna di ciascun rullo 13 è ricoperta con un rispettivo strato di rivestimento RV costituito da carbonio amorfo tetraedrico sostanzialmente privo di idrogeno e depositato per il tramite di un processo di deposizione fisica da vapore (PVD).

Per carbonio amorfo tetraedrico sostanzialmente privo di idrogeno, identificato in letteratura con la sigla ta-C, si intende indicare carbonio amorfo avente:

- una percentuale di carbonio in stato di ibridazione sp<3 >superiore al 50%, e

- un contenuto di idrogeno sostanzialmente nullo o comunque inferiore a 1 atm%, preferibilmente inferiore a 0.5 atm%.

Lo strato di rivestimento RV è costituito unicamente da carbonio amorfo tetraedrico sostanzialmente privo di idrogeno, cioè da carbonio amorfo tetraedrico sostanzialmente privo di idrogeno in cui sono assenti ulteriori elementi chimici e, in particolare, ulteriori metalli o non-metalli o in cui, se sono presenti ulteriori elementi chimici e, in particolare, ulteriori metalli o non-metalli, essi lo sono in quantità inferiori a 0.1% in peso.

Lo strato di rivestimento RV non è ulteriormente ricoperto con altri strati; esso è lo strato più esterno che definisce la superficie del componente delle maglie o dei giunti di articolazione con esso rivestito che contatta un altro componente delle maglie o dei giunti della catena 10 o del sistema di trasmissione.

Così lo strato di rivestimento RV che ricopre la superficie cilindrica esterna di ciascuna bussola 12 costituisce la superficie di contatto con la superficie cilindrica interna del rispettivo rullo 13. Lo strato di rivestimento RV che ricopre la superficie cilindrica esterna di ciascuna bussola 12 cioè non è ulteriormente ricoperto con altri strati, ma è lo strato più esterno.

Parimenti, lo strato di rivestimento RV che ricopre la superficie cilindrica esterna di ciascun rullo 13 costituisce la superficie di contatto con i componenti di trasmissione dei sistemi di trasmissione secondaria (denti di pignone e corona dentata). Lo strato di rivestimento RV che ricopre la superficie cilindrica esterna di ciascun rullo 13 cioè non è ulteriormente ricoperto con altri strati, ma è lo strato più esterno.

Ciascuno strato di rivestimento RV ha uno spessore compreso fra 1µm e 10µm, preferibilmente fra 2µm e 6µm.

Ciascuno strato di rivestimento RV ha una o più delle seguenti caratteristiche:

- una durezza compresa fra 40 GPa e 70 GPa, preferibilmente pari a 50 GPa,

- modulo elastico (modulo di Young - E) compreso fra 400GPa e 600GPa, preferibilmente pari a 450 GPa,

<3>- densità compresa fra 2.7 g/cm e 3.1 g/cm<3>, preferibilmente pari a 2.8 g/cm<3>,

- rugosità superficiale Rz compresa fra 0.5 µm e 2.5 µm, preferibilmente inferiore a 1.5µm, ossia compresa fra 0.5 µm e 1.5 µm.

Ciascuna bussola 12 è realizzata in un materiale di base costituito da acciaio da cementazione (per esempio 20NiCrMo2).

Ciascun rullo 13 è realizzato in un materiale di base costituito da acciaio da bonifica (per esempio C35).

In una preferita forma di realizzazione, fra lo strato di rivestimento RV e la superficie con esso ricoperta - in particolare, la superficie cilindrica esterna di ciascuna bussola 12 e di ciascun rullo 13 -è interposto un substrato costituito da cromo.

Tale substrato ha uno spessore compreso fra 0.01µm e 2µm, preferibilmente pari compreso fra 0.02µm e 0.5 µm.

In una preferita forma di realizzazione, solo la superficie cilindrica esterna delle bussole 12 e la superficie cilindrica esterna dei rulli 13 della catena 10 sono ricoperte con un rispettivo strato di rivestimento RV, le restanti superfici sia delle bussole 12 che dei rulli 13 e le superfici dei restanti componenti della catena 10 (perni 11, piastre interne 14 e piastre esterne 16) non sono ricoperte con un tale strato di rivestimento RV.

Come sopra detto, lo strato di rivestimento RV è depositato per il tramite di un processo di deposizione fisica da vapore (PVD) ad arco di plasma pulsato filtrato o non filtrato controllato con laser.

Un tale processo di deposizione è in sé noto e, per questo motivo, è qui solo genericamente descritto.

Il processo di deposizione fisica da vapore (PVD) ad arco di plasma pulsato filtrato o non filtrato controllato con laser utilizzato per realizzare lo strato di rivestimento RV è descritto nel documento US2016/0153083 o in EP0724023B1 che si intendono qui richiamati nella loro interezza.

La figura 4 mostra come esempio lo schema di un impianto 100 che è adatto a compiere questo processo e costituisce arte nota.

L’impianto 100 comprende una camera di deposizione 101 in cui è alloggiata una giostra 102 supportante i componenti da ricoprire.

La camera di deposizione 101 è collegata a una camera 103 in cui è alloggiato un catodo 104 in grafite, un anodo 105 e una sorgente laser 106 provvista di un sistema di modulazione e focalizzazione. Per il processo di deposizione a plasma non filtrato, la camera di deposizione 101 e la camera 103 sono collegate tra loro da un adattatore a flangia 108.

Per il processo di deposizione a plasma filtrato, tra la camera di deposizione 101 e la camera 103 è interposto un gruppo filtro 107 che, per il tramite di un campo elettromagnetico, filtra il plasma generato nella camera 103 in modo da separare da esso particolato indesiderato. Il plasma così filtrato è guidato nella camera di deposizione ove si deposita sulle superfici dei componenti da rivestire formando su ciascuna di esse un rispettivo strato di rivestimento RV.

In alternativa, il filtraggio può essere ottenuto attraverso la focalizzazione del plasma, come riportato nel brevetto DE102015204592B4, in combinazione con un sistema di schermatura per rimuovere particolato indesiderato.

Lo strato di rivestimento RV può essere costituito da un unico film, da una rivestimento multistrato o graduato, in cui ciascuno strato è costituito da carbonio amorfo tetraedrico sostanzialmente privo di idrogeno con un contenuto di carbonio in stato di ibridazione sp<3 >tra 50% e 85%.

In particolare, per ottenere ciascuno strato di rivestimento RV si utilizza un catodo costituito da grafite al 100% e si opera alle seguenti condizioni: corrente media ≈200 A, corrente di picco 1600 A, durata degli impulsi 0.33 ms, frequenza 2x300 Hz, senza riscaldamento aggiuntivo.

La catena 10 secondo la presente invenzione può essere utilizzata anche senza lubrificarne periodicamente ogni 500-1000km i componenti.

All’interno delle articolazioni della catena di trasmissione e, in particolare, nello spazio tra i perni 11 e le bussole 12 e sigillato dagli elementi ad anello 18, è inserito, durante la fase di montaggio della catena stessa, un lubrificante del tipo di un grasso composto da una miscela di olio di base ed ossido di zinco.

La catena 10 è utilizzata per la trasmissione di moto in sistemi di trasmissione secondaria per motocicli. La catena 10 è chiusa su se stessa ad anello ed avvolta attorno a un pignone e a una corona dentata, ove il pignone riceve il moto dal motore del motociclo e la corona dentata è montata sul mozzo della ruota posteriore.

Da prove sperimentali condotte si è verificato che la catena 10 secondo la presente invenzione, in condizioni di assenza di lubrificazione periodica, ha una maggior resistenza all’usura ed una vita utile della durata di almeno 2/3 rispetto ad analoghe catene di trasmissione secondo la tecnica nota i cui componenti (in particolare bussole e rulli) sono privi di uno strato di rivestimento RV come sopra descritto, ma vengono periodicamente lubrificati (ogni 500-1000km).

Si è poi riscontrato che la catena 10 secondo la presente invenzione ha una stabilità dimensionale migliorata rispetto ad analoghe catene di trasmissione secondo la tecnica nota i cui componenti (in particolare bussole e rulli) sono privi di uno strato di rivestimento RV come sopra descritto, in particolare in lunghezza, essendo soggetta in uso a limitata elongazione.

ESEMPIO 1 (catena secondo la presente invenzione) Si sono realizzate catene a rulli con bussole e rulli in rispettivamente in 12NiCr3 e 42CrMo4.

Le bussole e i rulli sono stati sottoposti a trattamento di rivestimento oggetto della presente invenzione.

Lo strato di rivestimento ottenuto è stato oggetto delle seguenti prove di caratterizzazione da cui è emerso che esso ha le seguenti caratteristiche: durezza tra 40 GPa e 64 GPa, rugosità media superficiale Ra 0.29.

Le catene così ottenute sono state oggetto di test di usura su strada da cui è emerso che la durata delle catene rivestite non lubrificate periodicamente si attesta tra 21.000 e 22.000 km.

Per durata si intende il numero di chilometri massimo dopo i quali la catena diventa soggetta ad allungamenti elevati con conseguente necessità di registrazione frequente.

ESEMPIO 2 (catena secondo la tecnica nota)

Si sono realizzate catena come quelle di cui all’esempio 1, senza tuttavia pre-trattare e rivestire le superfici cilindriche esterne di bussole e rulli.

In tal caso la superficie cilindrica esterna delle bussole e dei rulli presenta le seguenti caratteristiche: durezza 1.5 GPa, rugosità media superficiale Ra 0.25.

Sottoponendo queste catene a test di usura come quelli di cui all’esempio 1, è emerso che la durata delle catene non rivestite e non lubrificate periodicamente si attesta tra 10.000 e 12.000 km.

Dall’analisi comparativa dell’esempio 1 con l’esempio 2 emerge che una catena secondo la presente invenzione ha, in condizioni non lubrificate, una durata più che doppia rispetto a una catena non trattata con lo stesso rivestimento.

La catena articolata per la trasmissione di moto in sistemi di trasmissione secondaria di motocicli così concepita è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell’invenzione; inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti.

Claims

RIVENDICAZIONI 1) Catena (10) articolata per la trasmissione di moto in sistemi di trasmissione secondaria di motocicli, in cui detta catena comprende una pluralità di maglie fra loro articolate per il tramite di rispettivi giunti di articolazione, caratterizzata dal fatto che almeno una superficie di dette maglie e/o di detti giunti è ricoperta con uno strato di rivestimento (RV) costituito da carbonio amorfo tetraedrico sostanzialmente privo di idrogeno e depositato per il tramite di un processo di deposizione fisica da vapore (PVD).
2) Catena (10) secondo la rivendicazione 1, in cui ciascun giunto di articolazione comprende un perno (11) che è inserito in una rispettiva bussola (12) in modo girevole attorno al proprio asse longitudinale e in cui su ciascuna bussola (12) è montato un rispettivo rullo (13) in modo girevole attorno al proprio asse longitudinale, caratterizzata dal fatto che - ciascuna della superficie cilindrica esterna di ciascuna bussola (12) e della superficie cilindrica esterna di ciascun rullo (13) è ricoperta con un rispettivo detto strato di rivestimento (RV) costituito da carbonio amorfo tetraedrico sostanzialmente privo di idrogeno e depositato per il tramite di un processo di deposizione fisica da vapore (PVD), in cui - lo strato di rivestimento (RV) che ricopre la superficie cilindrica esterna di ciascuna bussola (12) costituisce la superficie di contatto con la superficie cilindrica interna del rispettivo rullo (13) e in cui - lo strato di rivestimento (RV) che ricopre la superficie cilindrica esterna di ciascun rullo (13) costituisce la superficie di contatto con i componenti di trasmissione, pignone e corona, di detti sistemi di trasmissione secondaria.
3) Catena (10) secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che detto strato di rivestimento (RV) ha uno spessore compreso fra 1µm e 10µm, preferibilmente fra 2µm e 6µm.
4) Catena (10) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto strato di rivestimento (RV) è depositato per il tramite di un processo di deposizione fisica da vapore (PVD) ad arco di plasma pulsato filtrato o non filtrato controllato con laser.
5) Catena (10) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto strato di rivestimento (RV) ha: - una durezza compresa fra 40 GPa e 70 GPa, preferibilmente pari a 50 GPa, - modulo elastico (modulo di Young E) compreso fra 400 GPa e 600 GPa, preferibilmente pari a 450 GPa, - densità compresa fra 2.7 g/cm<3 >e 3.1 g/cm<3>, preferibilmente pari a 2.8 g/cm<3>, - rugosità superficiale Rz compresa fra 0.5 µm e 2.5 µm, preferibilmente pari a 1.5 µm.
6) Catena (10) secondo una o più delle rivendicazioni da 2 a 5, caratterizzata dal fatto che ciascuna detta bussola (12) è realizzata in un materiale di base costituito da acciaio da cementazione.
7) Catena (10) secondo una o più delle rivendicazioni da 2 a 6, caratterizzata dal fatto che ciascun detto rullo (13) è realizzato in un materiale di base costituito da acciaio da bonifica.
8) Catena (10) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che fra detto strato di rivestimento (RV) e detta superficie da esso rivestita è interposto uno substrato costituito da cromo.
9) Catena (10) secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che detto substrato ha uno spessore compreso fra 0.5 µm e 1.5 µm, preferibilmente pari a 1 µm.