Diplomarbeit von Alexander Ettl:
Untersuchung zum Einfluss der Eigen-/Oberflächenspannungen auf den Verschleiß in Hülsenketten
Einleitung
Steuerketten dienen in Verbrennungsmotoren dazu, eine Zugmittelverbindung zwischen Kurbel- und Nockenwelle, herzustellen. Sie übertragen die Drehbewegung der Kurbelwelle zur Nockenwelle, um die Ein- und Auslassventile anzusteuern. Entsprechend den Anforderungen seitens des Automobilherstellers, werden Rollen-, Zahnoder Hülsenketten eingesetzt.
Die Steuerkette unterliegt während der Betriebsdauer aufgrund unterschiedlicher Einflussfaktoren (u.a. dynamischer Belastung) einem Verschleiß, der zu fortschreitender Kettenlängung führt. Diese beeinflusst die Steuerzeiten der Einlass- und Auslassventile und verändert dadurch das Leistungs- und Abgasverhalten des Motors. Die Längung einer Steuerkette entsteht im Kettengelenk. Das Kettengelenk stellt die Verbindung zwischen Innenglied und Außenglied dar und setzt sich am Beispiel der Hülsenkette aus Hülse und Bolzen zusammen. Aufgrund der mechanisch-dynamischen Belastung, der beiden Komponenten gegeneinander, tritt Verschleiß und damit Materialabtrag auf. Beträgt die Kettenlängung über 1 %, kann bei den meisten Kettentrieben die Funktion nicht mehr gewährleistet werden.
In der Entwicklung und Auslegung von Kettensteuertrieben wird ein hoher Aufwand betrieben, um die Verschleißbildung im Kettentrieb zu verstehen und Verschleißminderung herbeizuführen. Beispielsweise wird stetig an neuen Materialzusammensetzungen der Kettenkomponenten, an neuartigen Beschichtungsverfahren der Bauteile oder an Verbesserungen im Fertigungsprozess gearbeitet.
Inspiriert durch die Forschung an verschleißmindernden Methoden an der Steuerkette, ergab sich in Absprache mit der iwis motorsysteme GmbH & Co. KG die Möglichkeit, den Einfluss von Eigen-/Oberflächenspannungen auf den Verschleiß in Steuerketten zu untersuchen.
Folgt man einschlägiger Literatur wie z.B. [1], führen Druckeigenspannungen, in Bauteilen die Verschleiß ausgesetzt sind, zur Verbesserung der Verschleißeigenschaften. Das heißt, Bauteile die mit hohen Druckeigenspannungen im oberflächennahen Bereich (auch Oberflächenspannungen genannt) versehen werden, sind verschleißwiderstandsfähiger und -ausdauernder, im Gegensatz zu geometrisch identischen Bauteilen, mit geringeren Druckeigenspannungen.
Ziel ist es, den Einfluss der Eigen-/Oberflächenspannungen auf den Verschleiß in der Steuerkette zu erfassen, um im Nachgang die Auslegung der Bauteile, entsprechend einer Verschleißminderung, vornehmen zu können. Gegebenenfalls kann auch eine Optimierung in der Fertigung dazu beisteuern. Damit dieser Zusammenhang in einer Steuerkette untersucht werden kann, sind zunächst die Grundlagen des Ventilsteuertriebs und der Steuerkette (Kap. 2) sowie die Grundlagen
der Eigenspannungen und der Tribologie (Kap. 3 und 4) zu erläutern.
Darauffolgend wird der Verschleiß an der Hülsenkette in Abschnitt 5 beschrieben.
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