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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Spanner zur Auferlegung einer
geeigneten Spannung für eine Kette, ein Seil oder einen Riemen.
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Ein Spanner wird in einer Übertragungsvorrichtung benutzt, die eine Kette, ein
Seil oder einen Riemen verwendet, wie eine Steuerkette bei einem Motor. Der
Spanner übt eine geeignete Spannung auf die Kette aus, um die Entstehung
eines Durchhängens der Kette zu begrenzen. Beim Spanner ist ein
Plungerkolben verschiebbar in einer Plungerkolben-Aufnahmeöffnung angeordnet, die
im Spannergehäuse ausgebildet ist. Der Plungerkolben ist in der
Plungerkolben-Aufnahmeöffnung nach vorn und hinten beweglich und wird durch eine
Plungerkolben-Feder in der Plungerkolben-Aufnahmeöffnung federnd
vorgespannt. Der Plungerkolben übt über einen Spannhebel eine geeignete
Spannung auf eine Kette oder einen Riemen aus.
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Wenn der Plungerkolben sich nach hinten und vorne in derartigen Spannern
bewegt, gleiten Abschnitte des Plungerkolbens, des Spannhebels und der
Innenwand der Plungerkolben-Aufnahmeöffnung aneinander, was allmählich
einen Verschleiß bewirkt. Gemäß dem Stand der Technik werden die
Oberflächen zur Erhöhung der Beständigkeit derselben gegen Verschleiß mit Blei
oder Nickel beschichtet. Alternativ werden die Oberflächen mit einer
gehärteten Schicht aus Metall-Carbiden oder Metall-Nitriden beschichtet.
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Wenn ein Spannerbauteil mit einer Beschichtung mit Blei oder Nickel versehen
wird, so kann eine Wasserstoff-Adsorption auftreten, die ihrerseits die Struktur
angreift und eine Wasserstoff-Sprödigkeit bei der Ausbildung der Beschichtung
bewirkt, was die mechanische Festigkeit des Bauteils wesentlich verringert.
Ferner war die Beschichtung mit beschichtenden Schichten auf Spannhebeln, die
ein Kunstharz umfassen, nicht erfolgreich.
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Gehärtete Schichten, die Metall-Nitride oder Metall-Carbide oder dergleichen
enthalten, haben eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Verschleiß, verglichen
mit einer Blei- oder Nickel-Beschichtung. Jedoch zeigen Metall-Nitrid- und Metall-
Carbid-Beschichtungen nicht die Verschleißbeständigkeit, die erforderlich ist, um
den Anforderungen neuerer Übertragungsvorrichtungen zu genügen, die mit
höheren Geschwindigkeiten und höheren Belastungen betrieben werden.
Deshalb war eine weitere Verbesserung der Verschleißbeständigkeit erforderlich.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Spanner mit verbesserter
Verschleißbeständigkeit zur Verfügung zu stellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Spanner gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß ist ein Spanner mit einer Mehrzahl von Bauteilen vorgesehen,
wobei wenigstens eine Fläche wenigstens eines Bauteils des Spanners mit einer
diamantartigen amorphen Kohlenstoff-Beschichtung (DLC) versehen ist. Gemäß
einer Ausführungsform der Erfindung ist ein metallisches Element in der
diamantartigen amorphen Kohlenstoff-Beschichtung verteilt. Als metallisches Element
eignet sich insbesondere Wolfram, Chrom und/oder Titan.
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Die Spanner gemäß der vorliegenden Erfindung sind Spanner, die dazu geeignet
sind, einer Kette, einem Seil oder einem Riemen eine geeignete Spannung
aufzuerlegen, wie bei einem Spanner, der für eine Steuerkette eines Motors
verwendet wird, einem Spanner, der für eine Förderkette zur Verteilung verwendet wird,
oder einem Spanner, der für eine Aufzugskette verwendet wird. Die Spanner
gemäß der vorliegenden Erfindung können bei beliebigen Ketten-, Seil- oder
Riemen-Anwendungen verwendet werden, bei denen Spannungskorrekturen
erwünscht sind, und die Erfindung ist nicht beschränkt auf die vorstehend
angeführten Verwendungen.
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Die diamantartige amorphe Kohlenstoff-Beschichtung (DLC) betrifft eine
Kohlenstoff-Beschichtung mit Eigenschaften ähnlich denen eines Diamanten. Die DLC-
Kohlenstoff-Beschichtung bildet eine dünne, harte Schicht unter Verwendung von
Materialien, die nicht zuvor bei Beschichtungen dieser Art verwendet wurden.
Darüber hinaus wurde bislang keine DLC-Beschichtung als Beschichtung für
einen Spanner erwägt. Es hat sich herausgestellt, dass, wenn eine diamantartige
amorphe Kohlenstoff-Beschichtung als ein Beschichtungsmaterial für einen
Spanner verwendet wird, der Spanner eine ausgezeichnete Verschlei
ßbeständigkeit und Stoßbeständigkeit zeigt.
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Die vorliegende Erfindung mit dem oben genannten Aufbau zeigt die folgenden
Charakteristiken:
Da eine Fläche wenigstens eines der den Spanner bildenden Bauteile einer
diamantartigen amorphen Kohlenstoff-Beschichtung unterworfen wird, wird eine
Wasserstoff-Sprödigkeit vermieden, und die mechanische Festigkeit wird
verbessert. Ferner wird der Verschleißkoeffizient des oder der beschichteten Teile
verringert und die Verschleißbeständigkeit verbessert. Darüber hinaus wird die
Erzeugung von Lärm und Fremdgeräuschen durch Spannerteile unterdrückt.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein metallisches
Element in der diamantartigen amorphen Kohlenstoff-Beschichtung verteilt.
Folglich werden die inneren Spannungen in der Beschichtung verringert, und die
Adhäsion zwischen der Beschichtung und dem oder den Spannerbauteilen wird
verbessert. Ferner zeigt die Beschichtung eine verbesserte Zähigkeit und
Haltbarkeit und eine verbessertes Verhalten bei plastischen Verformungen.
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Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand zweier
Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
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Fig. 1 eine Draufsicht, die einen verschleißbeständigen Spanner
gemäß der Erfindung zeigt,
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Fig. 2 eine graphische Darstellung, welche die Vickers-Härte von
diamantartigen amorphen Kohlenstoff-Beschichtungen zeigt,
welche gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden,
und
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Fig. 3 eine Tabelle, welche die physikalischen Eigenschaften der
diamantartigen amorphen Kohlenstoff-Beschichtungen
zusammenfasst, die gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet werden.
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Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter
Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. Fig. 1 zeigt einen Spanner 1, der in einer Steuer-
Kette eines Motors verwendet wird. Bei diesem Spanner 1 ist ein Plungerkolben
8 nach vorn und hinten beweglich in einer in einem Spanner-Gehäuse 7
ausgebildeten Plungerkolben-Aufnahmeöffnung 12 vorgesehen. Der Plungerkolben 8
ist durch eine Feder 14 in der Plungerkolben-Aufnahmeöffnung 12 vorgespannt.
Der Plungerkolben 8 erlegt der Steuer-Kette 6 über einen Spannhebel 10 eine
geeignete Spannung auf.
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Wenn sich der Plungerkolben 8 nach hinten und vorne bewegt, ist das vordere
Ende des Plungerkolbens 8 in Kontakt mit dem Spannhebel 10, und die Seiten
des Plungerkolbens 8 stehen mit den Innenwänden der
Plungerkolben-Aufnahmeöffnung 12 in Kontakt. Mit der Zeit verschleißen die Kontaktflächen allmählich.
Bei Fig. 1 hat der Spannhebel 10 einen Gleitschuh 11, der in Kontakt mit der
Steuer-Kette 6 ist. Der Kontakt zwischen dem Gleitschuh 11 und der Kette 6
erzeugt eine erhebliche Reibung und Scherspannungen, die allmählich die
Gleitschuh-Fläche verschleißen. Um die Verschleißbeständigkeit zu erhöhen, wird
eine diamantartige amorphe Kohlenstoff-Beschichtung (diamond-like amorphous
carbon coating - DLC) an Flächen, die andere Flächen kontaktieren, verwendet.
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Fig. 2 zeigt die Vickers-Härte von diamantartigen amorphen
Kohlenstoff-Beschichtungen, die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden,
zusammen mit den Härtewerten für Beschichtungen, die mit Metall-Nitriden und Metall-
Carbiden ausgebildet sind, welche üblicherweise bei herkömmlichen
Ketten-Beschichtungen verwendet werden. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, haben die
diamantartigen amorphen Kohlenstoff-Beschichtungen eine wesentlich höhere
Vickers-Härte im Vergleich mit den Härten der Metall-Nitrid- und der Metall-
Carbid-Beschichtungen.
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Fig. 3 fasst die physikalischen Eigenschaften der diamantartigen amorphen
Kohlenstoff-Beschichtung (DLC), die beim ersten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung verwendet wird, und einem Beschichtungsmaterial, das Wolfram
verteilt in einer diamantartigen amorphen Kohlenstoff-Beschichtung (Me-DLC)
verwendet, wie gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung, zusammen. Fig. 3 fasst auch die physikalischen Eigenschaften von mit
Metall-Nitriden gebildeten Beschichtungen zusammen. Obwohl die Härte der
DLC-Beschichtung mit verteiltem Wolfram, wie sie im zweiten
Ausführungsbeispiel verwendet wird, geringer als die der im ersten Ausführungsbeispiel
verwendeten DLC-Beschichtung ist, ist die Härte der Beschichtung gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel vergleichbar mit der Härte, die durch die
Metall-Nitride zur Verfügung gestellt wird. Jedoch sind die Gleit-Reibungskoeffizienten für
die DLC-Beschichtung mit Wolfram gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
und die DLC-Beschichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel extrem klein,
wobei Reibungskoeffizienten vorliegen, die etwa ein zehntel so groß wie die
Gleit-Reibungskoeffizienten der Metall-Nitride sind. Ferner weist die
DLC-Beschichtung mit Wolfram gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel eine viel
geringere innere Spannung verglichen mit der DLC-Beschichtung des ersten
Ausführungsbeispiels auf, und ist nicht abplatzanfällig. Somit ist die
DLC-Beschichtung mit Wolfram gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ein ausgezeichnetes
Beschichtungsmaterial für die Verwendung bei einem Spannhebel, insbesondere
bei Spannhebeln, die einem großen Flächendruck und Stößen unterworfen
werden. Die DLC-Beschichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist auch
ein ausgezeichnetes Material für die Verwendung bei einem
Steuerketten-Spanner bei einem Motor, der in Umgebungen verwendet wird, die große
Temperaturschwankungen durchlaufen. Obwohl Wolfram als ein metallisches Element in
einer diamantartigen amorphen Kohlenstoff-Beschichtung beim zweiten
Ausführungsbeispiel verwendet wird, können auch andere metallische Elemente, wie
Chrom, Titan oder dergleichen ebenfalls verwendet werden.
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Bei der vorliegenden Erfindung kann als ein Verfahren zur Herstellung einer
diamantartigen amorphen Kohlenstoff-Beschichtung (DLC) ein bekanntes
DLC-Beschichtungs-Verfahren verwendet werden. Die eigentlichen Verfahren zur
Ausbildung von DLC-Beschichtungen umfassen ein
Hochfrequenz-Plasma-CVD-Verfahren, das Kohlenwasserstoff als reaktives Gas verwendet, ein Ionenstrahl-
Dampfablagerungs-Verfahren, bei dem Ionen mit einer bekannten kinetischen
Energie auf ein Substrat in einem Hochvakuum gestrahlt werden, und ein
Vakuum-Lichtbogen-Verfahren oder Sputter-Verfahren, bei dem feine
Kohlenstoff-Partikel aus festem Kohlenstoff mittels eines Vakuum-Lichtbogens oder Sputterns
erzeugt werden. Wie zuvor beschrieben, wird die diamantartige amorphe
Kohlenstoff-Beschichtung gemäß der vorliegenden Erfindung durch einen trockenen
Vorgang ausgebildet. Folglich wird kein Wasserstoff in der Metallstruktur von
Spannerbauteilen während den Beschichtungsschritten adsorbiert und eine
Wasserstoff-Sprödigkeit wird verhindert. Als Ergebnis wird die mechanische
Festigkeit nicht durch den Beschichtungsvorgang verringert. Ferner kann, da der
trockene Vorgang kein Substrat als eine Elektrode, wie beim elektrolytischen
Beschichten, verwendet, eine Beschichtung nicht nur auf metallischen Flächen
sondern auch auf Kunstharz-Flächen ausgebildet werden. Folglich kann eine DLC-
Beschichtung auf der Fläche eines Spanner-Gleitschuhs, der aus Kunstharz
besteht, unter Verwendung der gleichen Beschichtungstechnik ausgebildet werden.
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Der verschleißbeständige Spanner gemäß der vorliegenden Erfindung mit dem
oben genannten Aufbau zeigt die folgenden Charakteristiken: Da eine Fläche
wenigstens einer den Spanner bildenden Komponente einer diamantartigen
amorphen Kohlenstoff-Beschichtung unterworfen wird, wird eine Verringerung
der mechanischen Festigkeit auf Grund von Wasserstoff-Sprödigkeit vermieden,
und die mechanische Festigkeit wird für eine lange Zeit verbessert. Ferner wird
der Verschleiß-Koeffizient verringert und die Verschleißbeständigkeit verbessert.
Darüber hinaus wird die Erzeugung von Lärm und Fremdgeräuschen unterdrückt.
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Wenn ein Metall in der diamantartigen amorphen Kohlenstoff-Beschichtung
verteilt ist, werden die inneren Spannungen in der Beschichtung verringert und die
Adhäsion zwischen der Beschichtung und den Spannerbauteilen verbessert. Die
ein verteiltes Metall enthaltende Beschichtung zeigt auch eine erhöhte Zähigkeit
und ein verbessertes Verhalten bei plastischen Verformungen. Deshalb kann,
auch bei Verwendungen mit großen Flächendrücken oder Stößen oder bei
großen Temperaturschwankungen, die Verschlei ßbeständigkeit des Spanners für
eine lange Zeit aufrecht erhalten werden.
Bezugszeichenliste
1 Spanner
2 Kurbelwelle
3 Antriebs-Kettenrad
4 Nockenwelle
5 Abtriebs-Seiten-Kettenrad
6 Steuerwelle
7 Spannergehäuse
8 Plungerkolben
9 Schwenkachse
10 Spannhebel
11 Gleitschuh
12 Plungerkolben-Aufnahmeöffnung
13 hohler Bereich
14 Plungerkolben-Feder
16 Sperrklinken-Schwenkachse
17 Sperrklinke
18 Sperrklinken-Feder