DE202004002532U1

DE202004002532U1 - Antriebskette, insbesondere Steuertriebskette, für Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren

Info

Publication number: DE202004002532U1
Application number: DE202004002532U
Authority: DE
Original assignee: Joh Winklhofer and Soehne GmbH and Co KG
Current assignee: Joh Winklhofer Beteiligungs GmbH and Co KG
Priority date: 2004-02-18
Filing date: 2004-02-18
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2014-02-19
Also published as: WO2005083297A1

Abstract

Antriebskette, insbesondere Steuertriebskette, für Verbrennungsmotoren, insbesondere für Dieselmotoren, mit über jeweils ein Kettengelenk (3) verbundenen Innen- (2) und Außenkettenglieder (1), dadurch gekennzeichnet, dass zumindestens im Kontaktbereich des Kettengelenkes (3) ein Werkstoff eingesetzt ist, gewählt aus der Gruppe der tribooxidations- und/oder tribokonosionsbeständigen Werkstoffe, die chemisch beständig sind und zumindestens eine harte Oberflächenschicht aufweisen oder mit dieser versehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebskette, insbesondere Steuertriebskette, für Verbrennungsmotoren, insbesondere für Dieselmotoren, mit über jeweils ein Kettengelenk verbundene Innen- und Außenkettenglieder. Ferner betrifft die Erfindung ein Steuerkettentrieb.
Derartige Antriebsketten sind aus der Praxis hinlänglich bekannt. Im Einsatz werden an solche Antriebsketten hohe Anforderungen gestellt. Einerseits werden sie mit hoher Geschwindigkeit betrieben und gleichzeitig hohe Kräfte und hohe Belastungen auf sie ausgeübt. Zudem fordert die Automobilindustrie immer kleinere Ketten, und damit verbunden immer engere Winkelumsetzungen, um die Realisierung von kleineren Motoren zu gewährleisten. Gleichzeitig fordert die Industrie, da es sich bei den Antrebsketten um ein Massenprodukt handelt, das in einer Vielzahl von Kraftfahrzeugen eingebaut wird, eine möglichst kostengünstige Herstellung sowie geringe Materialkosten.
Bei der Auswahl der Materialien muss einerseits die Umgebung der Antriebskette im Einsatz berücksichtigt werden, da das zur Schmierung verwendete Öl, sowie die im Motorraum vorhandenen Verbrennungsgase in direkten Kontakt mit der Antriebskette stehen. Hierbei sind die Öle mit verschiedensten Zusatzstoffen versehen, die sich auf die Antriebskette auswirken können, gleichzeitig dickt das Öl im Betrieb ein und wird so aggressiver. Die Lebensdauer einer Antriebskette wird im Einsatz in erster Linie durch die auftretende Kettenlängung begrenzt. In diesem Zusammenhang ist die Materialauswahl im Gelenkbereich, und insbesondere in dem Kontaktbereich zwischen Hülse und Bolzen von besonderer Bedeutung, da in diesem Bereich verschiedenartiger Verschleiß auftritt.
In jüngster Zeit konzentrieren sich daher die Untersuchungen des Verschleißverhaltens der Antriebsketten insbesondere auf die Verbesserung des Bolzenmaterials sowie des Hülsenmaterials, wie auch auf die Wechselwirkung zwischen diesen. In diesem Zusammenhang war es möglich, ein sehr hartes und erfolgsversprechendes Bolzenmaterial zu entwickeln, in Kombination mit den bekannten Hülsenmaterialien, sowie besonders bei abrasionsbeständigen Hülsenmaterialien mit erhöhter Härte zeigte sich jedoch, dass nach wie vor der Verschleiß eine bedeutende Rolle spielt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Werkstoff insbesondere für die Kontaktfläche von Kettengelenken zur Verfügung zu stellen, welcher sich durch eine deutlich erhöhte Verschleißbeständigkeit auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für eine Antriebskette für Verbrennungsmotoren dadurch gelöst, dass zumindestens im Kontaktbereich des Kettengelenks ein Werkstoff eingesetzt ist, gewählt aus der Gruppe der tribooxidations- und/oder tribokorrosionsbeständigen Werkstoffe, die chemisch beständig sind und zumindestens eine harte Oberflächenschicht aufweisen oder mit dieser versehen sind.
Bislang hat sich die Fachwelt mit Hinblick auf die Verbesserung der Verschleißbeständigkeit auf die Optimierung der mechanischen Eigenschaften, insbesondere der Oberflächenhärte oder Oberflächenprofil konzentriert. Vollkommen außer acht gelassen wurde hierbei, dass sich das Öl im Betrieb stark verändert. So kann die Säurezahl des Motoröls im Einsatz durch Oxidation, Nitration und Sulfatation stark ansteigen. Überraschenderweise haben die vorliegenden Erfinder nunmehr festgestellt, dass ein Zusammenhang zwischen dem Verschleiß der Antriebskette und dem eingesetzten Öl besteht. Insbesondere bei den in der jüngeren Zeit zunehmend verwendeten Leichtlaufölen zeigt sich ein erhöhter Verschleiß. Diese Leichtlauföle besitzen eine niedrigere Viskosität, sind mit zusätzlichen Additiven versehen und weisen im Einsatz schlechtere Schmiereigenschaften auf.
Hierbei hat ein Neuöl typischerweise eine TAN-Zahl von 3,5. Durch die Benutzung in einem Fahrzeug verändert sich diese TAN-Zahl kontinuierlich. In diesem Zusammenhang wird bereits eine TAN-Zahl von ca. 4,5 – 5,0 als kritisch eingestuft, bei einer TAN-Zahl von 6–7 ist bereit ein extremer Wert erreicht. Überschreitet die TAN-Zahl das Maß für den Basengehalt, d.h. TAN > TBN, tritt Korrosion auf.
In diesem Zusammenhang hat sich gezeigt, dass neben dem abrasivem Verschleiß vermehrt auch ein Tribokorrosionsverschleiss an der Antriebskette auftritt und dass diese Kombination zu einer erhöhten Längung insbesondere bei Dieselketten führt.
Durch den Einsatz eines Werkstoffes, gewählt aus der Gruppe der tribooxidations- und/oder tribokorrosionsbeständigen Werkstoffe wird es möglich, den Verschleiß deutlich zu verringern und so die Lebensdauer der Antriebsketten zu erhöhen. Im Einsatz werden die Werkstoffe hierbei solchermaßen ausgewählt, dass sie eine ausreichende chemische Beständigkeit aufweisen und zumindestens mit einer harten Oberflächenschicht versehen sind, oder bei welchen die Härte der Oberflächenschicht durch geeignete Maßnahmen verändert wird.
Hierdurch wird ausreichender Schutz nicht nur gegen abrasiven Verschleiß sondern auch gegen den Tribokorrosionsverschleiss erreicht, wodurch sich die Lebensdauer der Antriebskette auch bei Einsatz von Leichtlauföl deutlich verlängert.
Vorteilhafterweise kann der Werkstoff ein martensitischer und/oder ausscheidungsgehärteter nichtrostender Stahl sein. Ein solcher Werkstoff erfüllt alle Anforderungen an die chemische Beständigkeit des Werkstoffes wie auch der Korrosionsbeständigkeit, wobei der Werkstoff zusätzlich kostengünstig hergestellt werden kann. Dieser Werkstoff kann zur Einstellung einer gewünschten Gefügestruktur noch zusätzlich wärmebehandelt sein. Ziel einer solchen zusätzlichen Behandlung ist in erster Linie die Erzielung einer hohen Oberflächenhärte.
Ferner hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der Werkstoff einen hohen Chromgehalt, bevorzugt mehr als 10%, aufweist. Auf diese Weise wird eine ausreichende Festigkeit des Materials sichergestellt.
Besonders bevorzugt kann der Werkstoff nach der Sorte der Stähle aus der Gruppe der martensitischen und ausscheidungshärtenden nichtrostenden Stähle oder der ferritischen nichtrostenden Stähle ausgewählt sein, die in DIN 10088-1, Tabelle 1 und 2 und/oder in einem Werkstoffleistungsblatt der Luft- und Raumfahrt (WL) genannt sind. In der Praxis haben sich diese Werkstoffe als besonders geeignet erwiesen.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Werkstoff ein nichtniedrig legierter Stahl sein, mit einer dichten Oberflächenbeschichtung mit hoher Härte und Korrosionsbeständigkeit. Auch ein solcher Werkstoff hat sich in der Praxis als geeignet erwiesen, die geforderten Eigenschaften aufzuweisen.
Hierbei kann die Oberflächenbeschichtung durch geeignete Verfahren erzielbar sein. Vorzugsweise kann das Verfahren gewählt werden aus der Gruppe umfassend PVD, CVD, Eindiffundieren, Randaufsticken ohne Ausscheidung von Nitriden und ähnlichen Verfahren. Bei den vorgenannten Verfahren handelt es sich um auf dem Gebiet der Technik gut bekannten Verfahren, die daher ohne weiteres durchgeführt werden können, sodass auch hier die Antriebskette ohne weiteres hergestellt werden kann.
Gemäß noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein korrosionsbeständiger Werkstoff eingesetzt werden, bei welchem die Härte der Oberflächenschicht durch physikalische Oberflächenhärteverfahren gesteigert ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein entsprechender Werkstoff durch ein zusätzlich durchgeführtes Verfahren erzielt, das in der Praxis einfach durchzuführen ist. Hierbei ist es von besonderer Bedeutung, ein Verfahren auszuwählen, durch welches die Korrosionsbeständigkeit des Werkstoffes nicht beeinträchtigt wird.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Erhöhung der Härte der Oberflächenschicht kann Kugelstrahlen sein.
Vorteilhafterweise können als Werkstoff Stähle, die in DIN 10088-1, Tabelle 1 und 2 oder in WL 1.4564 genannt sind, eingesetzt werden. Vorzugsweise können hierbei die Stähle 1.4021 oder 1.4122 oder 1.4564 der DIN 10088-1 eingesetzt werden. Diese Werkstoffe haben sich in der Praxis als besonders geeignet erwiesen. Ferner hat sich gezeigt, dass bei diesen Werkstoffen eine Kugelbestrahlung durchgeführt werden kann, ohne dass die Korrosionseigenschaften des Werkstoffes beeinträchtigt werden.
Es zeigt sich, dass durch die vorliegende Erfindung verschiedene Möglichkeiten bereitgestellt werden, einen entsprechenden Werkstoff einzusetzen, so dass ein entsprechender Werkstoff je nach Einsatzgebiet auf einfache Art und Weise hergestellt werden kann.
Vorteilhafterweise kann jedes Kettengelenk einen Stiftbolzen eines Außenkettengliedes und eine Hülse eines benachbarten Innenkettengliedes umfassen. Ein entsprechender Aufbau der Kette hat sich seit langer Zeit bewährt.
Vorteilhafterweise kann der Werkstoff zumindestens als Oberflächenschicht der Hülse eingesetzt werden, d.h. der Schicht, welche sich im unmittelbaren Kontakt mit dem Stiftbolzen befindet. Auf diese Weise ist es möglich, insbesondere die am stärksten beanspruchte Kontaktfläche besonders verschleißfest auszugestalten.
Ferner kann die ganze Hülse aus dem Werkstoff gefertigt werden.
Ferner hat sich gezeigt, dass auch die Kombination der Werkstoffe der Hülse und des Bolzens von besondere Bedeutung ist.
In diesem Zusammenhang kann der Bolzen vorzugsweise ein inchromierter und/oder vanadierter Bolzen aus geeignetem Stahl mit hohem C-Gehalt sein. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann der Bolzen ein Bolzen aus ferritischem nichtrostenden oder martensitisch und ausscheidungshärtenden nichtrostenden Stahl sein. Vorteilhafterweise kann der Bolzen aus dem Stahl 1.4122 oder 1.4564 der DIN 10088-1 bestehen. Diese Werkstoffe haben sich in der Praxis besonders bewährt, insbesondere auch in der Kombination mit einem der vorgenannten Hülsenmaterialien.
Die Erfindung betrifft des weiteren ein Steuerkettentrieb für einen Verbrennungsmotor, insbesondere Dieselmotor, mit einer zuvor beschriebenen Antriebskette, mindestens zwei Kettenrädern und einem Schmieröl, wobei das Schmieröl ein Leichtlauföl ist.
Ferner kann die beschriebene Antriebskette in einem Steuerkettentrieb für einen Verbrennungsmotor, insbesondere Dieselmotor verwendet werden, der ein Leichtlauföl zur Kettenschmierung einsetzt.
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
1 in einer Seitenansicht eine Antriebskette, und
2 die Antriebskette aus 1 in Laufrichtung in einer geschnittenen Draufsicht.
Die in der Zeichnung dargestellte Antriebskette besteht aus Außenkettengliedern 1, Innenkettengliedern 2 sowie den die Innenkettenglieder und Außenkettenglieder verbindenden Kettengelenken 3. Hierbei umfasst jedes Kettengelenk 3 einen Stiftbolzen 4 sowie eine Hülse 5. Bei der folgenden Beschreibung wird gleichzeitig auf 2 Bezug genommen, aus welcher die Anordnung der Kettengelenke deutlicher wird.
Im Einzelnen sind die äußeren Kettenglieder 1, die als Führungsglieder dienen, auf die Stiftbolzen 4 aufgepresst. Hierbei kann sich der Stiftbolzen 4 jeweils ein vorbestimmtes Stück über die Außenoberfläche des Außenkettengliedes erstrecken. Die Innenkettenglieder 2 sind versetzt zu den Außenkettengliedern 1 an der Innenoberfläche der Außenkettenglieder 1 angeordnet. Hierbei sind jeweils 2 Innenkettenglieder 2 über eine Hülse 5 miteinander verbunden, wobei die Innenkettenglieder auf die Hülsen aufgepresst sind. Die Stiftbolzen 4 erstrecken sich hierbei durch die Hülse, und sind in dieser beweglich gelagert, so dass die Innenkettenglieder zu den Außenkettengliedern beweglich gehalten werden.
Selbstverständlich sind andere Ausführungsformen von Antriebsketten auch möglich.
Hierbei wird die Hülse 5 entweder aus dem erfindungsgemäßen Werkstoff als Ganzes gefertigt, oder gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Hülse 5 auch an ihrer Innenoberfläche, d.h. die mit dem Stiftbolzen 4 in Kontakt stehende Fläche, mit einer zusätzlichen Beschichtung 6 versehen sein, welche aus dem erfindungsgemäßen Werkstoff besteht und so die notwendigen Eigenschaften bereitstellt.

Claims

Antriebskette, insbesondere Steuertriebskette, für Verbrennungsmotoren, insbesondere für Dieselmotoren, mit über jeweils ein Kettengelenk (3) verbundenen Innen- (2) und Außenkettenglieder (1), dadurch gekennzeichnet, dass zumindestens im Kontaktbereich des Kettengelenkes (3) ein Werkstoff eingesetzt ist, gewählt aus der Gruppe der tribooxidations- und/oder tribokonosionsbeständigen Werkstoffe, die chemisch beständig sind und zumindestens eine harte Oberflächenschicht aufweisen oder mit dieser versehen sind.
Antriebskette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff ein martensitischer und/oder ausscheidungsgehärteter nichtrostender Stahl ist.
Antriebskette nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff einen hohen Chromgehalt, bevorzugt größer als 10%, aufweist.
Antriebskette nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff nach der Sorte der Stähle aus der Gruppe der martensitischen und ausscheidungshärtenden nichtrostenden Stähle oder der ferritischen nichtrostenden Stähle ausgewählt ist, die in DIN 10088-1, Tabelle 1 und 2 und/oder in einem entsprechenden Werkstoffleistungsblatt der Luft- und Raumfahrt (WL) genannt sind.
Antriebskette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff ein niedrig legierter Stahl ist, mit einer dichten Oberflächenbeschichtung mit hoher Härte und Korrosionsbeständigkeit.
Antriebskette nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung durch geeignete Verfahren erzielbar ist, wobei das Verfahren gewählt ist aus der Gruppe umfassend PVD, CVD, Eindiffundieren, Randaufsticken ohne Ausscheidung von Nitriden und ähnlichen Verfahren.
Antriebskette nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein korrosionsbeständiger Werkstoff eingesetzt ist, bei welchem die Härte der Oberflächenschicht durch physikalische Oberflächenhärteverfahren gesteigert ist.
Antriebskette nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Werkstoffes kugelbestrahlt ist.
Antriebskette nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstoff Stähle, die in DIN 10088-1, Tabelle 1 und 2 oder in WL 1.4564 genannt sind, eingesetzt sind.
Antriebskette nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstoff die Stähle 1.4021 oder 1.4122 oder 1.4564 der DIN 10088-1 eingesetzt sind.
Antriebskette nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Kettengelenk (3) einen Stiftbolzen (4) des Außenkettengliedes (1) und eine Hülse (5) des benachbarten Innenkettengliedes (2) umfasst.
Antriebskette nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff zumindestens als Oberflächenschicht (6) der Hülse (5) eingesetzt ist.
Antriebskette nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die ganze Hülse aus dem Werkstoff gefertigt ist.
Antriebskette nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen ein inchromierter und/oder vanadierter Bolzen aus geeignetem Stahl mit hohem C-Gehalt ist.
Antriebskette nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen ein Bolzen aus ferritischem nichtrostenden oder martensitisch und ausscheidungshärtenden nichtrostenden Stahl ist.
Antriebskette nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet dass der Bolzen aus dem Stahl 1.4122 oder 1.4564 der DIN 10088-1 besteht.
Steuerkettentrieb für einen Verbrennungsmotor, insbesondere Dieselmotor, mit einer Antriebskette nach einem der Ansprüche 1 bis 15, mindestens zwei Kettenrädern und einem Schmieröl, wobei das Schmieröl ein Leichtlauföl ist.