DE4324833C2 - Berührfläche einer Walz- oder Gleitpaarung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Berührfläche einer Wälz- und Gleitpaarung, eine Wälzpaarung, sowie eine Nockenfolgeeinrichtung, wobei die Berührfläche beispielsweise an einem Außenring eines Nocken-Folgegliedes in einem Ventiltrieb eines Verbrennungsmotors verwendet wird.

Es gibt viele Arten von Automotoren einschließlich der Motoren mit hin- und hergehenden Kolben, die mit Ausnahme einiger Zweitaktmotoren alle Lufteinlaßventile und -auslaßventile haben, die sich synchron mit der Drehung der Kurbelwelle öffnen und schließen.

Ein Ventiltrieb wird dazu benutzt, die Bewegung der Nocke, die auf der Nockenwelle angebracht ist, dann auf die Ventile zu übertragen, wenn sich die Nockenwelle zusammen mit der Kurbelwelle des Motors dreht.

Zum Antreiben der Lufteinlaß- und der -auslaßventile gibt es viele Arten von Ventiltrieben. Bei einem Ventiltrieb eines Motors der SOHC-Bauart, wie er beispielsweise in Fig. 4 dargestellt ist, läuft die einzige Nockenwelle 15 mit der halben Umdrehungszahl der Kurbelwelle 14 um (bei einem Viertaktmotor), um das Einlaßventil 17 und das Auslaßventil 18 über die Kipphebel 16 anzutreiben. An der Nockenwelle 15, die synchron mit der Kurbelwelle 14 des Motors umläuft, sind Nocken 19 so angebracht, daß sie mit den Enden der Kipphebel 16 in Berührung kommen, um das Lufteinlaßventil 17 und das Auslaßventil 18 hin- und herzubewegen.

In den letzten Jahren ist es häufig so gehandhabt worden, daß der Ventiltrieb mit einem Nocken-Folgeglied so ausgerüstet worden ist, daß dann, wenn der Ventiltrieb in Betrieb ist, die entstehende Reibung von einer gleitenden in eine rollende Reibung überführt wird, so daß auf diese Weise die Reibungsverluste auf einem Minimum gehalten werden.

Um die Reibungskraft, die zwischen der Umfangsfläche der aus Metall bestehenden Nocken 19 und den mit ihnen zusammenarbeitenden Teilen, beispielsweise den Kipphebeln 16, dann auftritt, wenn der Motor umläuft, gering zu halten und um den Brennstoffverbrauch beim Betrieb des Motors zu vermindern, ist es übliche Praxis geworden, am Berührungspunkt eine Nockenfolgevorrichtung anzubringen, die mit der Drehung der Nocken 19 umläuft.

Diese Art der Nockenfolgevorrichtung hat einen äußeren Ring 23, der mit den anderen, gegenüber dem äußeren Ring liegenden Teilen in rollender und/oder gleitender Berührung steht.

Wie dies in den Fig. 5 bis 7 dargestellt ist, ist an demjenigen Ende des Kipphebels 16, das auf die Nocke 19 zuweist, ein Paar von tragenden Wandteilen 20 mit einem Zwischenraum dazwischen angeordnet, und an diesen tragenden Wandteilen 20 sind jeweils die Enden einer Achse 21 angebracht. Um diese Achse 21 herum ist ein kurzer, zylindrisch geformter, äußerer Ring 23 angeordnet, der mit der Achse 21 entweder über Rollen 22 oder direkt in Berührung kommt. Die äußere Umfangsfläche dieses äußeren Ringes 23 kommt mit der äußeren Umfangsfläche der Nocke 19 so in Berührung, daß dann, wenn die Nocke 19 umläuft, der äußere Ring 23 sich um die Achse 21 herum dreht.

Durch Verwendung dieser Art eines äußeren Ringes 23 wird die Reibung zwischen der Nocke 19 und denjenigen Teilen, die mit ihr in Berührung kommen, von einer gleitenden in eine rollende Reibung umgewandelt, wodurch der Brennstoffverbrauch vermindert wird.

Wenn diese Art einer Nockenfolgevorrichtung im Ventiltrieb eines Motors eingebaut wird, dann tritt jedoch leicht eine Beschädigung, wie z. B. eine Grübchenbildung (pitting), an der äußeren Umfangsfläche der Nocke 19 auf, die durch die wechselnde Belastung verursacht wird, die durch die äußere Umfangsfläche des äußeren Ringes 23 auf die äußere Umfangsfläche der Nocke 19 übertragen wird.

Wenn das rollende oder gleitende Teil, wie z. B. der äußere Ring 23 des Nockenfolgegliedes, unter erschwerten Schmierungsbedingungen verwendet wird, dann kommen nur die sehr kleinen Vorsprünge, die auf der Oberfläche des Teiles ausgebildet sind, in direkten, also metallischen Kontakt mit der Oberfläche der zusammenwirkenden Teile, ohne daß zwischen diesen Teilen ein Ölfilm vorhanden wäre. In diesem Fall wird die meiste Belastung, die auf das rollende oder gleitende Teil aufgebracht wird, durch die Belastung weniger, sehr kleiner Vorsprünge aufgenommen, die mit den gegenüberliegenden Teilen in Berührung kommen, so daß auf diese Weise, zusammen mit tangentialen Kräften, große Belastungskonzentrationen auf jeden winzigen Vorsprung aufgebracht werden.

Aufgrund dieser Belastungskonzentrationen und der tangentialen Kräfte treten an der Oberfläche des rollenden oder gleitenden Teiles kleine Risse auf und dann, wenn diese Risse fortschreiten, entsteht ein Abschälvorgang.

Um eine Reibung zu verhindern, könnte die Oberfläche des rollenden oder gleitenden Teiles härter gemacht werden; eine Erhöhung der Härte in einem solchen Maße würde jedoch durch die hohen Belastungskonzentrationen noch leichter zu Rissen führen, die ihrerseits zu Abschälungen führen.

Um die Haltbarkeit der Oberfläche eines rollenden oder gleitenden Teiles, beispielsweise eines äußeren Ringes 23, wie er bei einem Nockenfolgeglied verwendet wird, bei einem rollenden oder gleitenden Kontakt mit einem zusammenarbeitenden Teil zu verbessern, sind in der Vergangenheit viele Vorschläge gemacht worden, um den Oberflächenzustand zu verbessern.

Wie dies auf Seite 39 der Sonderausgabe "Rollenkipphebel und die Verminderung der Reibung" in der Ausgabe vom Juli 1989 des Magazins "Automotive Engineering (Japan)" beschrieben worden ist, besteht die Nockenwelle 15 einschließlich der Nocke 19 aus einem sehr festen und harten Metall, beispielsweise aus einem gehärteten Gußeisen, einem Kokillen-Gußeisen, gehärtetem Stahl oder einer gesinterten Legierung, die einer Grübchenbildung widerstehen kann.

Andererseits offenbart die japanische Patentveröffentlichung KOKOKU Nr. H1-30008 eine Erfindung, die ein Wälzlagerelement betrifft, wobei auf der Oberfläche der rollenden Fläche in verschiedene Richtungen weisende Kratzer angebracht sind, die eine maximale Rauhigkeit (Rmax) von 0,3 bis 1,5 µm (micron) haben und bei denen eine Restspannungsschicht mit einer Restspannung von 490 N/mm² (50 kgf/mm²) oder mehr auf der Oberflächenschicht ausgebildet ist.

Darüber hinaus offenbaren die japanischen, ersten Patentveröffentlichungen KOKAI Nr. H3-117723, H3-117724 und H3-117725 Erfindungen, bei denen auf der Oberfläche durch einen Ausbauchungsvorgang in wahllosen Richtungen viele Vertiefungen ausgebildet sind, wobei die Härte der Oberflächenschicht höher als die innere Härte ist und wobei in der Oberflächenschicht eine Druckrestspannung erzeugt worden ist.

Darüber hinaus offenbart die japanische, erste Patentveröffentlichung KOKAI Nr. H3-199716 ein Lager, bei dem eine Fläche, die mit einem zusammenwirkenden Teil in Berührung kommt, einem Oberflächenhärtevorgang unterworfen wird, und wobei die Tiefe des Spitzenwertes der Druckrestspannung so ausgebildet ist, daß sie mit der Tiefe des Spitzenwertes der Schärbeanspruchungsverteilung zusammenfällt.

Schließlich offenbart die japanische, erste Patentveröffentlichung KOKAI Nr. H4-54312 eine Erfindung, die das oben erwähnte Lagerteil betrifft, wobei ein Strahlverfestigungs-Verfahren dazu benutzt wird, in der Oberflächenschicht eine Druckrestspannung zu erzeugen, die gleich oder größer 980,67 N/mm² (100 kgf/mm²) ist und die ferner gleich oder größer 392,27 N/mm² (40 kgf/mm²) in einer Schicht ist, die 300 µm unterhalb der Oberfläche liegt.

Darüber hinaus offenbart die japanische Patentveröffentlichung KOKAI Nr. H2-17607 eine Erfindung, die ein Verfahren zum Behandeln einer Oberfläche betrifft; dabei werden Geschosse mit einem Durchmesser zwischen 40 und 200 µm und mit einer Härte, die gleich oder größer ist als die des Metallprodukts, mit einer Geschwindigkeit von 100 m/sec oder mehr auf die Oberfläche des Produkts aufprallen gelassen, und zwar mit einer Temperatur, die in der Nähe der Oberfläche auf einen Wert oberhalb des A3-Transformationspunktes erhöht ist.

In VDE-Berichte 506, 1984, ist ein Nocken offenbart, dessen Oberfläche mit Unregelmäßigkeiten versehen ist, die bei 0,2 bis 0,3 mm über alles bei einer Härtetiefe von etwa 1 mm liegen. Die konvex gewölbten Konturen dieser Oberfläche haben einen Durchmesser von einem Radius 3 mm.

Aus der DE 41 14 513 A1 ist eine Nachlaufeinrichtung bekannt, die einen Wälzkörper umfaßt, der mit winzigen Ausnehmungen versehen ist, die unregelmäßig verteilt derart vorgesehen sind, daß das Verhältnis der Gesamtfläche der winzigen Ausnehmungen zu der Gesamtfläche sich auf 10 bis 40% beläuft.

Eine Ventilsteuerung in einem Kipp- oder Schwinghebel ist aus der DE 38 32 441 A1 bekannt. Der Kipp- oder Schwinghebel ist an einem Endteil mit einer auf einer Kurvenfläche eines Nockens zur Steuerung von Motorventilen abrollenden Rollen versehen. Die Nocke besteht hierbei aus einer speziellen Legierung.

Abhängig von den Bedingungen der Verwendung kann mit den bekannten Lager- bzw. Berührflächen eine gute Haltbarkeit des Produkts erzielt werden. Bei Verwendung der bekannten Berührflächen in einer Wälz- oder Gleitpaarung unter Bedingungen unzureichender Schmierung ist jedoch eine ausreichende Haltbarkeit nicht immer möglich.

Wenn die bekannten Lagerflächen beispielsweise bei einer Nockenfolgevorrichtung angewendet werden, die einen äußeren Ring hat, der in rollender oder gleitender Berührung mit einer äußeren Umfangsfläche des Nockens steht, tritt dann eine Ablösung auf, wenn der Motor läuft, so daß auf diese Weise die Lebensdauer des Nockenfolgegliedes verkürzt wird.

Dann, wenn die Nockenwelle 15 einschließlich der Nocke 19 aus einem sehr festen und harten Metall, beispielsweise aus einem abschreckgehärteten Gußeisen hergestellt ist, wie dies in der oben erwähnten "Automotive Engineering (Japan)" beschrieben worden ist, besteht die Tendenz, daß die Abschälung oder Ablösung an der äußeren Umfangsfläche des äußeren Ringes 23 auftritt, der mit der Nocke 19 in Berührung steht.

Im einzelnen ist es schwierig, die äußere Umfangsfläche einer Nocke 19 aus einem harten Metall, wie z. B. aus einem abschreckgehärteten Gußeisen, fertig zu bearbeiten; und an der äußeren Umfangsfläche der Nocke 19, die einem normalen, industriellen Oberflächen-Endbearbeitungsverfahren unterworfen worden ist, sind gemäß Fig. 9 noch sehr viele winzige Vorsprünge vorhanden. Die Oberflächenrauhigkeit der äußeren Umfangsfläche ist relativ hoch, d. h., sie liegt etwa zwischen 0,4 µm Ra und 0,8 µm Ra.

Andererseits besteht der äußere Ring 23 aus Lagerstahl, der härter ist als die Nocke 19, und er wird üblicherweise an seiner Oberfläche einer sehr feinen Endbearbeitung unterworfen, da der äußere Ring 23 eine einfachere Form hat und einfacher bearbeitet werden kann als die Nockenwelle 15 einschließlich der Nocke 19. Die äußere Umfangsfläche des äußeren Ringes 23 ist demzufolge glatt endbearbeitet, wie dies in den Fig. 8 und 9 dargestellt ist und hat eine Oberflächenrauhigkeit von etwa 0,05 µm Ra, so daß die äußere Umfangsfläche des äußeren Ringes 23 eine begrenzte Menge eines Schmiermittels 24 aufweist, die dann zum Auftreten eines Abschäl- oder Ablösevorganges führen kann, wenn der äußere Ring 23 in einer Nockenfolgeeinrichtung eingebaut wird und während des Umlaufes des Motors einer rollenden oder gleitenden Berührung mit der äußeren Umfangsfläche der Nocke ausgesetzt wird.

Wenn die Menge des Schmiermittels, beispielsweise im Falle eines äußeren Ringes eines Nockenfolgegliedes, begrenzt ist, der während des Betriebes eines Motors mit der äußeren Umfangsfläche einer Nocke in Berührung steht, dann kann die Lebensdauer des Ringes aufgrund des Auftretens von Abschälungen vermindert werden, wenn bei einem Ventiltrieb, der bei einem Motor, beispielsweise bei einem SOHC- oder einem DOHC-Motor oberhalb des Motors angeordnet ist, eine entsprechende Zufuhr von Schmiermittel zum Ventiltrieb nicht gewährleistet ist; dann nämlich treten während des Betriebes Schmierungsbedingungen ein, die sehr schwierig sind. Unter diesen schwierigen Bedingungen, bei denen die äußere Umfangsfläche des äußeren Ringes 23 mit der äußeren Umfangsfläche der Nocke 19 in rollender oder gleitender Berührung steht, kann ein Abschälvorgang der äußeren Umfangsfläche in einer Tiefe von 2 bis 10 µm auftreten, wodurch die Lebensdauer des äußeren Ringes 23 verkürzt wird. Wenn die oben erwähnte, übliche Lagererfindung, wie sie in der japanischen, ersten Patentveröffentlichung KOKAI Nr. H4-54312 offenbart ist, auf den äußeren Ring 23 angewendet wird, dann wird die Abschälhaltbarkeit bei schlechten Schmierungsbedingungen unabhängig von den Reibungsbedingungen mangelhaft. Bei dem Produkt, das in der japanischen ersten Patentveröffentlichung KOKAI Nr. H3-199716 offenbart ist, sind unter reinen Rollreibungsbedingungen keine besonderen Probleme beobachtet worden. Wenn jedoch eine Gleitreibung auftritt, dann wird die Abschälhaltbarkeit schlecht. Bei den Produkten, die in der japanischen Patentveröffentlichung KOKOKU Nr. H1-30008 und in den japanischen ersten Patentveröffentlichungen KOKAI Nr. H3-117723, H3-117724 und H3-117725 offenbart sind, wird darüber hinaus die Abschälhaltbarkeit unter extremen Betriebsbedingungen, wie z. B. unter schlechten Schmierungsbedingungen oder hohen Berührungsbelastungen, mangelhaft. Bei einem Produkt, wie es in der japanischen Patentveröffentlichung KOKOKU Nr. H2-17607 offenbart ist, kann für dieses Produkt ebenfalls keine ausreichende Abschälhaltbarkeit erzielt werden.

Darüber hinaus offenbaren die japanischen, ersten Patentveröffentlichungen KOKAI Nr. 552-17525 und 556-150622 sowie die japanische Patentveröffentlichung KOKOKU Nr. S63-44505 Erfindungen, die ein Verfahren betreffen, bei dem winzige Geschoßkörner mit hoher Geschwindigkeit auf eine zu behandelnde Oberfläche abgeschossen werden, sowie ein Produkt, das nach einem solchen Verfahren hergestellt worden ist. Keine der obengenannten Veröffentlichungen offenbart jedoch eine Technologie zum Erzielen eines rollenden oder gleitenden Teiles, das eine genügende Abschälhaltbarkeit aufweist.

Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben bereits eine Vorerfindung gemacht (siehe japanische Patentanmeldung, H4-113196), die ein rollendes oder gleitendes Teil betrifft, das dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Oberflächenschicht im Bereich von 0 bis 50 µm unterhalb der Oberfläche eine maximale Restdruckspannung von 490 N/mm²-1079 N/mm² (50 bis 110 kgf/mm²) hat sowie eine Härte von Hv830 bis Hv960, wobei die Oberflächenrauhigkeit der Oberfläche eine Durchschnittswellenlänge von nicht mehr als 25 µm hatte und wobei das Verhältnis des Rest-Austenits in dieser Oberflächenschicht größer als 7 Volumen-% ist.

Das rollende oder gleitende Teil dieser früheren Erfindung hat im Vergleich mit den Erfindungen, die in den oben erwähnten, verschiedenen Druckschriften offenbart sind, ausgezeichnete Abschälhaltbarkeit. Unter extrem schlechten Schmierbedingungen ist es jedoch praktisch unmöglich, einen Abschälvorgang vollständig zu verhindern.

Das der Erfindung zugrundeliegende technische Problem besteht darin, eine Berührfläche einer Wälz- oder Gleitpaarung bzw. eine Wälzpaarung zu schaffen, bei der selbst bei Betrieb unter schlechten Schmierungsbedingungen eine akzeptable Abschälfestigkeit und ausreichende Haltbarkeit erzielbar ist.

Dieses technische Problem wird durch eine Berührfläche einer Wälz- oder Gleitpaarung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. mit einer Wälzpaarung mit den Merkmalen des Anspruchs 2 gelöst.

Die Erfindung zeigt eine akzeptable Abschälfestigkeit selbst unter schlechten Schmierungsbedingungen.

Die Berührfläche einer Wälz- oder Gleitpaarung nach der vorliegenden Erfindung soll in einem rollenden oder gleitenden Kontakt mit einem anderen Teil verwendet werden, das der Berührfläche gegenüberliegt. Ein wesentliches Merkmal der Berührfläche einer Wälz- oder Gleitpaarung nach der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß eine Oberflächenschicht in einer Tiefe bis zu 50 µm unterhalb der Oberfläche eine maximale Restdruckspannung zwischen 490 - 1079 N/mm² (50 und 110 kgf/mm²), eine Härte zwischen Hv830 und Hv960 und einen Rest-Austenit-Anteil von wenigstens 7 Volumen-% hat, wobei auf der Berührfläche fortlaufende, winzige Unregelmäßigkeiten ausgebildet sind, deren konvexe Oberflächenbereiche einen entsprechenden Rundungsdurchmesser von bis zu 15 µm für den Fall haben, daß unterstellt wird, daß die konkaven Oberflächenbereiche der Unregelmäßigkeiten 80% der gesamten Oberfläche einnehmen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Berührfläche bzw. die Wälzpaarung ringförmig ausgebildet, um mit anderen Teilen, die seinen äußeren und inneren Umfangsflächen gegenüberliegen, in rollenden oder gleitenden Kontakt zu treten. Bei der erfindungsgemäßen Berührfläche besteht ein weiteres Merkmal darin, daß eine Oberflächenschicht im Bereich zwischen 0 und 50 µm unterhalb der äußeren Umfangsfläche eine maximale Restspannung von 490-1079 N/mm² (50 bis 110 kgf/mm²), eine Härte zwischen Hv830 und Hv960 und einen Rest-Austenit-Anteil von wenigstens 7 Volumen-% hat, wobei auf der Berührfläche fortlaufende, winzige Unregelmäßigkeiten ausgebildet sind, deren konvexe Oberflächenbereiche einen entsprechenden Rundungsdurchmesser bis zu 15 µm für den Fall haben, daß die konvexen Oberflächenbereiche der Unregelmäßigkeiten 80% der gesamten Oberfläche einnehmen und wobei die innere Umfangsfläche hochfein bearbeitet ist.

Es folgt nun anhand der beigefügten Zeichnungen eine genaue Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen. Es zeigen:

Fig. 1 ist eine Schnittansicht einer Kugelstrahlvorrichtung, wie sie für die Verwirklichung der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

Fig. 2 ist eine Schnittansicht einer Haltbarkeits-Testvorrichtung, wie sie für die Auswertung der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

Fig. 3 ist eine schematische Ansicht eines Oberflächenzustandes für eine Binärkodierung;

Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Ausführungsform eines Ventiltriebes eines Motors darstellt;

Fig. 5 ist eine Seitenansicht einer Nockenfolgevorrichtung, die in dem Ventiltrieb nach Fig. 3 eingebaut ist;

Fig. 6 ist eine Schnittansicht längs der Schnittlinie A-A in Fig. 5 im Falle einer Wälzlagerung;

Fig. 7 ist eine Schnittansicht längs der Schnittlinie A-A in Fig. 5 im Falle einer Gleitlagerung;

Fig. 8 ist eine Draufsicht, die die Kratzer darstellt, die auf der äußeren Umfangsfläche eines üblichen, äußeren Ringes verbleiben;

Fig. 9 ist eine vergrößerte Querschnittansicht eines Abschnittes nach Fig. 8, der die zusammenarbeitenden Oberflächen des äußeren Ringes und der Nocke darstellt.

Im folgenden ist die Situation beschrieben, bei der die konvexen Stellen der Unregelmäßigkeiten einen äquivalenten Rundungsdurchmesser von bis zu 15 µm für den Fall haben, daß die konkaven Oberflächenbereiche der Unregelmäßigkeiten 80% der projizierten Oberfläche der gesamten projizierten Oberfläche, beispielsweise der äußeren Umfangsfläche des äußeren Ringes, einnehmen.

Bei der Kurve der Oberflächenrauhigkeit, wie sie beispielsweise in Fig. 3 dargestellt ist, wobei die Kurve durch eine imaginäre, gerade Linie "a" parallel zur Rauhigkeitsmittellinie "b" in untere und obere Bereiche unterteilt wird, werden die Bereiche 1a unterhalb dieser Linie als konkave Oberflächenbereiche bezeichnet und die Bereiche 2a oberhalb dieser Linie als konvexe Oberflächenbereiche. In Fig. 3 ist der Abstand von b nach c gleich dem von b zu d. Die Linie "a" stellt die Referenzfläche für die Tiefe dar.

Die Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche, die durch die Rauhheitskurve angedeutet werden, werden so gesteuert, daß bei einer geraden Linie "a", die in einer Stellung steht, in der der gesamte, offene Oberflächenbereich der Mehrzahl der konkaven Oberflächenbereiche 1a 80% der projizierten Fläche des projizierten Gesamtbereiches erreicht, der die konkaven Oberflächenbereiche 1a umfaßt, der äquivalente Rundungsdurchmesser der konvexen Oberflächenbereiche 2a oberhalb der geraden Linie "a" bis zu 15 µm groß wird. In Fig. 3 ist die Projektion von oben vorgenommen.

Unter äquivalentem Rundungsdurchmesser wird der Durchmesser des Kreises verstanden, der die gleiche Fläche aufweist, wie die projizierte Fläche eines einzelnen konvexen Oberflächenbereiches. Beispiele solcher projizierter Flächen der konvexen Oberflächenbereiche mit den schraffierten Bereichen sind in Fig. 3 dargestellt.

Bei einer Berührfläche einer Wälz- oder Gleitpaarung auf beispielsweise einem äußeren Ring, also einem äußeren Ring einer Nockenfolgeeinrichtung, wird eine Abschälung bis auf eine Tiefe von annähernd 2 bis 10 µm unterhalb der Oberfläche wirkungsvoll verhindert, woraus sich eine Verbesserung der Haltbarkeit der Berührfläche oder des äußeren Ringes ergibt.

Um das Entstehen eines Abschälvorganges zu verhindern, ist es notwendig, sicherzustellen, daß selbst bei der Verwendung unter schwierigen Schmierungsbedingungen ein Abreißen des Ölfilmes im Berührungsbereich nicht auftritt oder daß dann, wenn ein solcher Filmriß auftritt, unter der Voraussetzung, daß diese Zeitdauer kurz ist, sie nicht mit dem Auftreten eines Abschälvorganges verbunden ist.

Beim Auftreten eines Abreißen des Ölfilmes an der Kontaktstelle gerät das Paar von einander berührenden Flächen in direkten Kontakt (metallische Berührung) und die Belastung, die auf der Berührfläche aufgebracht wird, wird fast vollständig durch kleine Vorsprünge in geringer Zahl getragen, die mit der zusammenwirkenden Fläche in Berührung stehen. Dies führt zu einer hohen Belastungs- und Spannungskonzentration an diesen kleinen Vorsprüngen (konvexen Oberflächenbereichen) sowie zu einem Anstieg der tangentialen Kräfte.

Aufgrund dieser Belastungs- und Spannungskonzentration sowie der tangentialen Kräfte treten winzige Risse in der Berührfläche, beispielsweise der des äußeren Ringes auf, die dann, wenn sie fortschreiten, den Anfang eines Abschälvorganges bilden.

Um auf einfache Weise einen Abrieb kleinzuhalten, kann die Oberflächenhärte der Berührfläche erhöht werden. Ein bloßes Erhöhen der Härte verhindert jedoch noch nicht, daß die Oberfläche wegen der von der Spannungskonzentration herrührenden Risse für einen Abschälvorgang empfänglich ist.

Da bei der Berührfläche, beispielsweise an dem äußeren Ring, nach der vorliegenden Erfindung gemäß einer ersten Ausführungsform die Bildung eines ersten Ölfilmes auf der Oberfläche erleichtert wird, ist das Abreißen des Ölfilmes selbst unter extremen Schmierungsbedingungen weniger wahrscheinlich, und selbst dann, wenn der Ölfilm für eine Zeitlang abreißt, tritt ein Abschälvorgang aufgrund der Risse unter der Voraussetzung nicht auf, daß der Ölfilm nur für eine kurze Zeitdauer abreißt.

Da bei der Berührfläche, beispielsweise an dem äußeren Ring nach der Erfindung, winzige, fortlaufende Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche, insbesondere auf der äußeren Umfangsfläche des äußeren Ringes ausgebildet sind, kann auf dem Kontaktflächenteil selbst unter schwierigen Schmierungsbedingungen ein Ölfilm gebildet werden, so daß ein Abriß des Ölfilmes unterdrückt werden kann. Da der äquivalente Rundungsdurchmesser der konvexen Oberflächenbereiche der Unregelmäßigkeiten darüber hinaus bis zu 15 µm für den Fall beträgt, daß die konkaven Oberflächenbereiche der Unregelmäßigkeiten 80% der gesamten Oberfläche einnehmen, wird eine wirkungsvolle Bildung des Ölfilmes erzielt, und darüber hinaus wird die Anzahl der winzigen Vorsprünge der konvexen Oberflächenbereiche, die mit der Oberfläche des zusammenwirkenden Teiles in Berührung stehen, erhöht. Die Belastung der konvexen Oberflächenbereiche wird folglich bei einer Verbesserung der Widerstandsfähigkeit gegen Abschälen verbessert.

Wenn der äquivalente Rundungsdurchmesser der konvexen Oberflächenbereiche größer ist als 15 µm, dann wird die Anzahl der konvexen und konkaven Oberflächenbereiche pro Flächeneinheit kleiner, so daß der auf der Berührfläche der Wälz- oder Gleitpaarung beispielsweise der äußeren Umfangsfläche des äußeren Ringes, vorhandene Ölfilm leicht ungleichförmig wird; da die Belastung vom zusammenwirkenden Teil ferner durch weniger konvexe Oberflächenbereiche abgestützt wird, besteht auch die Wahrscheinlichkeit, daß aufgrund der Risse, die an diesen konvexen Oberflächenbereichen entstehen, ein Abschälvorgang auftritt.

Bei einer Berührfläche der Wälz- oder Gleitpaarung, beispielsweise beim äußeren Ring nach der vorliegenden Erfindung, werden die Rundungsdurchmesser der konvexen Oberflächenbereiche der Unregelmäßigkeiten aus diesem Grunde unter einem Maß von 15 µm gehalten, wie dies oben bereits erwähnt worden ist.

Da die Oberflächenhärte darüber hinaus innerhalb des Bereiches von Hv830 bis Hv960 gehalten wird, wird ein Abrieb unterdrückt, und ein mit den Rissen in Zusammenhang stehender Abschälvorgang kann im Falle eines oben erwähnten, zeitlichen Ölfilmabrisses an der Kontaktstelle verhindert werden, vorausgesetzt, daß die Abrißzeitdauer kurz ist. Wenn die oben erwähnte Härte geringer ist als Hv830, dann wird die Rißempfindlichkeit vermindert, wohingegen der Abrieb stark erhöht wird; wenn die Härte Hv960 übersteigt, dann wird der Abrieb unterdrückt, die Oberfläche wird jedoch für Risse anfällig. In beiden Fällen wird demzufolge die Lebensdauer vermindert.

Eine Erhöhung der Restdruckspannung in der Oberflächenschicht ist aus dem Grunde notwendig, daß selbst im Falle von temporären Rissen eine weitere Ausbreitung des Risses verhindert wird, so daß ein solcher Riß nicht zu einem Abschälvorgang führen kann. Wenn die Berührfläche der Wälz- oder Gleitpaarung, beispielsweise der äußeren Umfangsfläche des äußeren Ringes, jedoch einer Behandlung unterworfen wird, durch die die maximale Restdruckspannung den Wert von 1079 N/mm² (110 kgf/mm²) übersteigt, dann übersteigt die Oberflächenhärte den Wert von Hv960. Der Wert für die maximale Restdruckspannung ist demzufolge auf 1079 N/mm² (110 kgf/mm²) eingestellt. Wenn die maximale Restdruckspannung andererseits weniger als 490 N/mm² (50 kgf/mm²) beträgt, dann wird die Wirkung, die ein Fortschreiten der Risse unterdrückt, zu gering. Der untere Wert für die maximale Restdruckspannung ist aus diesem Grunde auf 490 N/mm² (50 kgf/mm²) eingestellt.

Wenn die Menge des restlichen, duktilen Austenits groß ist, dann kann eine rißunterdrückende Wirkung erwartet werden. Diese Wirkung kann jedoch nur dann tatsächlich erwartet werden, wenn der verbleibende Restanteil höher ist als 7 Volumen-%. Um die maximale Druckrestspannung und die maximale Härte darüber hinaus innerhalb der obengenannten, jeweiligen Bereiche zu halten, ist es für den Prozentanteil des Rest-Austenits notwendig, oberhalb von 7 Volumen-% zu liegen.

Ausreichende Bedingungen, mit deren Hilfe sichergestellt werden soll, daß die jeweiligen Obergrenzen für die maximale Restdruckspannung und für die Härte der Oberflächenschicht (d. h. 110 kgf/mm² und Hv960) nicht überschritten werden, machen es erforderlich, daß das Entmischungsverhältnis des Austenits, das mit der Behandlung in Zusammenhang steht (d. h. die prozentuale Verminderung des Austenits aufgrund der Behandlung) unterhalb von 30% gehalten wird. Andererseits ist der prozentuale Anteil des Austenits, das in einem Lagerstahl (beispielsweise SUJ2) vor der Oberflächenbehandlung enthalten ist, etwa 11 Volumen-%, und nach der Behandlung muß ein Prozentanteil von Austenit von wenigstens 7 Volumen-% aufrechterhalten werden, um sicherzustellen, daß die maximale Druckrestspannung und die maximale Härte die oberen Grenzwerte nicht überschreiten. Daraus folgt, daß dann, wenn die Kugelstrahlbehandlung zu weich ausfällt, die unteren Grenzen (d. h. 490 N/mm² (50 kgf/mm²) und Hv830) jeweils für die maximale Restdruckspannung und Härte nicht erreicht werden.

Bei einem ersten Merkmal der vorliegenden Erfindung, wie es auf den äußeren Ring 23 angewandt wird, dessen äußere Umfangsfläche mit einem Nocken 19 in Berührung ist, und dessen innere Umfangsfläche mit einer Achse 21 oder mit Rollen 22 in Berührung ist, kann ein Abschälvorgang auf der äußeren Umfangsfläche des äußeren Ringes 23 und der Nocke 19 verhindert werden; ein Abschälvorgang tritt jedoch leicht auf den Oberflächenabschnitten der Rollen 22 auf, die durch einen sehr feinen Endbearbeitungsgang glatt gemacht worden sind, oder die äußere Umfangsfläche der Achse 21 wird einem Abrieb unterworfen. Das zweite Merkmal der vorliegenden Erfindung überwindet diese Schwierigkeit. Da die innere Umfangsfläche der Berührfläche der Wälz- oder Gleitpaarung, beispielsweise der eines äußeren Ringes eines Nockenfolgegliedes in einem Ventiltrieb eines Motors, einer Feinbearbeitung unterworfen wird, kann der Ölfilm-Parameter Λ zwischen der fein bearbeiteten, inneren Umfangsfläche des äußeren Ringes und der fein bearbeiteten äußeren Umfangsfläche der Rollen oder der Achse vergrößert werden, um die Lebensdauern der inneren Umfangsfläche des äußeren Ringes und der äußeren Umfangsfläche der Rollen oder der Achse zu verlängern. Der Ölfilm-Parameter A wird durch h/σ ausgedrückt, wobei h die Dicke des EHL-Ölfilmes ist und Λ die Gesamtrauhigkeit.

Im folgenden werden Verfahren zum Herstellen vorbestimmter Oberflächenzustände für die Berührfläche einer Wälz- oder Gleitpaarung, insbesondere der des äußeren Ringes, nach der vorliegenden Erfindung beschrieben und es werden die Versuche erläutert, die durch den Erfinder durchgeführt worden sind, um die Ergebnisse zu bestätigen.

Zum Durchführen der Versuche wurden insgesamt 12 Versuchsteile vorbereitet, wie dies in der folgenden Tabelle dargestellt ist. 5 Versuchsteile wurden erfindungsgemäß hergestellt und 7 wurden als Vergleichs-Versuchsteile hergestellt. Alls Versuchsteile bestanden aus Lagerstahl (SUJ2) und waren in der üblichen Weise wärmebehandelt (Wärmebehandlung bei 800-850°C mit nachfolgender Ölabschreckung) und dann bei einer Temperatur von 150-200°C angelassen, bevor die äußere Umfangsfläche des äußeren Ringes den notwendigen Oberflächenbehandlungen unterworfen wurde. Die Versuchsstücke hatten eine kurze, zylindrische Form mit einem Außendurchmesser von 20 mm, einem Innendurchmesser von 13 mm und einer Dicke (Breite) von 8 mm.

Beim äußeren Ring des Versuchsstückes Nr. 8 der Vergleichsversuchsstücke wurde die äußere Umfangsfläche nur mit einem Poliertuch poliert, und sie war nicht einer oberflächenhärtenden Kugelbestrahlung unterworfen. Die äußeren Umfangsflächen des äußeren Ringes der 11 Versuchsstücke Nr. 1-7 und 9-12, die sowohl die erfindungsgemäßen Versuchsstücke als auch die Vergleichs-Versuchsstücke umfaßten, waren alle einer Kugelbestrahlung unterworfen, die mit Hilfe einer Vorrichtung nach Fig. 1 in ähnlicher Weise durchgeführt wurde, wie dies in der ersten, japanischen Patentveröffentlichung KOKAI Nr. H4-54312 beschrieben ist, um die Oberfläche zu härten und in der Oberflächenschicht eine wesentliche Restdruckspannung zu erzeugen.

Es wird nun kurz der Aufbau und der Betrieb der Kugelbestrahlungs-Vorrichtung beschrieben, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist. Aus einem Trichter 1 werden winzige Kügelchen 3 in einen Druckbehälter 2 eingeleitet, und sie werden dann durch Druckluft, die dem Druckbehälter 2 durch eine Zufuhrleitung 4 zugeführt wird, in eine Mischvorrichtung 5 gedrückt. Durch Druckluft, die der Mischvorrichtung 5 über eine Verzweigungsleitung 6 zugeleitet wird, werden die Kügelchen dann zu einer Düse 7 vorgetrieben, und sie werden aus der Düse 7 mit hoher Trägheit auf die Oberfläche des zu behandelnden Werkstückes geschleudert. Dies führt dazu, daß die Oberfläche des Werkstückes gehärtet und daß in ihr eine Rest-Druckspannung erzeugt wird, und daß auf der Oberfläche winzige Unregelmäßigkeiten erzeugen werden.

Für alle Versuchsstücke von 2 bis 12 wurden Kügelchen 3 verwendet, die aus Aluminium-Körnern mit einer Durchschnitts-Korngröße von 0,03-0,7 mm bestanden. Die Austrittsgeschwindigkeit der Kügelchen 3 (d. h. die Anfangsgeschwindigkeit der Kügelchen beim Verlassen der Düse 7) betrug zwischen 32 und 180 m/sec. Diese Austrittsgeschwindigkeit wurde durch die Öffnung eines Steuerventils 8 in der Verzweigungsleitung 6 gesteuert. Die Druck-Restspannung, die Härte und der Gehalt an Rest-Austenit n der Oberfläche der Versuchsstücke Nr. 1-7 und 9-12 wurde auf der Grundlage der Austrittsgeschwindigkeit gesteuert.

Bei den erfindungsgemäßen Produkten wurden die Versuchsstücke Nr. 1-5 einer Kugelbestrahlung mit den oben erwähnten Aluminiumkörnern unterworfen, und danach wurden sie einer zweiten Stufe einer Kugelbestrahlung unter Verwendung von Glasperlen unterworfen, die im Vergleich zu den Aluminiumkörnern aufgrund ihrer geringeren Dichte und ihrer kleineren Korngröße leichtere Kügelchen darstellten. Die Durchschnittsteilchengröße der Kügelchen, die bei der zweiten Kugelbestrahlung verwendet wurde, war weniger als 0,05 mm.

Der Grund dafür, daß diese zweite Kugelbestrahlung unter Verwendung von leichtgewichtigen Kügelchen durchgeführt wurde, bestand darin, daß nur die Oberflächenform verändert wurde (durch Bilden winziger Unregelmäßigkeiten mit einem äquivalenten Rundungsdurchmesser von bis zu 15 µm), ohne daß dabei die Härte, die verbleibende Spannung und der verbleibende Austenitgehalt der Oberflächenschicht beeinflußt worden wäre.

Die innere Umfangsfläche des äußeren Ringes des Versuchsstückes Nr. 8 und die Versuchsstücke Nr. 1-5 wurden nach der oben erwähnten Kugelbestrahlung einem Feinbearbeitungsprozeß unterworfen, während die Versuchsstücke Nr. 6 und 7 und 9-12 nach der Kugelbestrahlung nicht mehr weiterbearbeitet wurden.

Bei 8 Versuchsstücken wurde die Kugelbestrahlung gleichzeitig durchgeführt, so daß 8 Versuchsstücke erzeugt wurden, die in Bezug auf die Bedingungen der Oberflächenhärte, der Restspannung in der Oberfläche, des Rest-Austenit-Gehalts in der Oberfläche, des Prozentanteils von konkaven Teilen in der Oberfläche und dem äquivalenten Rundungsdurchmesser der konvexen Teile praktisch identisch waren.

Die sich ergebenden 8 Versuchsstücke für jede der 12 Arten der Versuchsstücke Nr. 1-12 (d. h. insgesamt 96 Versuchsstücke) wurden dann auf ihre Haltbarkeit getestet, wobei die Versuchsvorrichtung benutzt wurde, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist.

Bei dieser Versuchsvorrichtung wurden zwei zusammenwirkende Ringe 10 in einem Abstand voneinander auf zwei Stellen des äußeren Umfanges einer Drehwelle 9 befestigt, die von einem Motor angetrieben wurde. An einer Seite einer Druckplatte 11 war ein Paar von Tragteilen 12 vorgesehen, und zwar in einem solchen Abstand voneinander, daß er mit dem der zusammenwirkenden Ringe 10 übereinstimmte. In dem Paar von Tragteilen waren jeweils Versuchsstücke 13 frei drehbar so gelagert, daß die äußeren Umfangsflächen der Versuchsstücke 13 mit den äußeren Umfangsflächen der zusammenarbeitenden Ringe 10 in Berührung standen. Dies führte dazu, daß jedes der Versuchsstücke 13 bei der Drehung der Drehwelle 9 ebenfalls drehte. Als Folge davon konnten mit der Versuchsvorrichtung nach Fig. 2 zwei Versuchsstücke 13 gleichzeitig auf ihre Haltbarkeit getestet werden.

Die Drehgeschwindigkeit der Drehwelle 9 wurde so gesteuert, daß sich für jedes der Versuchsstücke 13, 13 eine Drehgeschwindigkeit von 5100 Upm ergaben, und die Druckplatte 11 wurde mit einer Kraft von 3491,2 N (356 kgf) in Richtung auf die Drehwelle gedrückt. Als Folge davon waren die Berührungsabschnitte zwischen den äußeren Umfangsflächen der Versuchsstücke 13, 13 und den äußeren Umfangsflächen der zusammenarbeitenden Ringe 10 jeweils einer radialen Belastung von 1745,6 N (178 kgf) unterworfen. Vor dem Versuch hatte die äußere Umfangsfläche der zusammenwirkenden Ringe 10 eine Oberflächenhärte von HRC 60 bis 61 und eine durchschnittliche Oberflächenrauhigkeit Ra von 0,38 bis 0,45 µm. Die Schmierung der Berührungsstellen wurde durch eine Spritzschmierung mit einem Mineralöl 10W-30 durchgeführt.

Die Versuche wurden nach 400 Stunden abgebrochen. In vorbestimmten Zeiträumen wurden die Versuche angehalten und die äußeren Umfangsflächen von jedem Versuchsstück 13 wurden in Bezug auf das Auftreten eines Abschälvorganges inspiziert. Wenn eine Abschälung beobachtet wurde, dann wurde der Haltbarkeitstest für das betreffende Versuchsstück 13 zu diesem Zeitpunkt beendet. Diese Ergebnisse wurden in der oben erwähnten Tabelle als Versuchsabbruchzeit angegeben. Wenn die Abbruchzeiten für die 8 Versuchsstücke derselben Art unterschiedlich waren, dann wurde die Zeit desjenigen Versuchsstückes angegeben, das die kürzeste Abbruchzeit aufwies. Darüber hinaus wurden in denjenigen Fällen, in denen bis zum Ende des Abbruches nach 400 Stunden ein Abschälvorgang nicht aufgetreten war, ebenfalls die Zeit von 400 Stunden angegeben.

Die Bestimmung der äquivalenten Rundungsdurchmesser der konvexen Oberflächenbereiche bei einem prozentualen Bereich der konkaven Oberflächenbereiche von 80% umfaßte eine Analyse eines Bildes von einem 200-fach vergrößernden optischen Mikroskop. Bei diesem Vorgang wurde das Bild, das durch die Verwendung des optischen Mikroskopes erhalten worden war, einem Bildverarbeitungsprozeß unterworfen, um den Umfang zu vergrößern und klarzustellen, und die Einstellung des Prozentanteils der konkaven Oberflächenbereiche an der Oberfläche wurde durch die Einstellung der Beleuchtung einer Lichtquelle durchgeführt sowie durch Einstellung eines Binärkodierungs-Schwellenwertes.

Die Bestimmung der konvexen Oberflächenbereiche wurde in Bezug auf die binär kodierten Bilder so durchgeführt, daß diejenigen Oberflächenbereiche herausgezogen wurden, die über den binär kodierten Schwellenwert (die beleuchteten Oberflächenbereiche) vorragten.

Wie aus den Ergebnissen der oben erwähnten Haltbarkeitstests, wie sie in der erwähnten Tabelle dargelegt sind, ersehen werden kann, wurde eine ausreichende Abschälhaltbarkeit bei der Berührfläche der Wälz- oder Gleitpaarung, insbesondere der äußeren Umfangsfläche des äußeren Ringes gemäß der vorliegenden Erfindung, selbst unter schwierigen Schmierungsbedingungen erzielt. Obwohl dies in der Tabelle nicht dargestellt ist, ist im Vergleich mit der Zeit für die Vergleichsmuster darüber hinaus eine relativ lange Zeit von 300 Stunden vergangen, bevor eine Grübchenbildung auftrat, so daß in dieser Beziehung ebenfalls eine hervorragende Haltbarkeit bestätigt wurde.

Bei den Symbolen, die in der oben erwähnten Tabelle nach den numerischen Werten angegeben worden sind, bezeichnet das Symbol "O", daß der numerische Wert innerhalb des Grenzbereiches des vorliegenden Erfindung lag, und das Symbol "X" zeigt an, daß der numerische Wert außerhalb des Grenzbereiches nach der vorliegenden Erfindung lag. Bei den maximalen Restspannungen in der Oberfläche bezeichnet ferner das Symbol "+" eine Rest-Zugspannung, während das Symbol "-" eine Rest-Druckspannung anzeigt.

Die Versuchsstücke Nr. 6 und 7 der Vergleichs-Versuchsstücke, die als Versuchsstücke Nr. 6-12 bezeichnet sind, wurden einer zweiten Stufe der Kugelbestrahlung nicht unterworfen. Sie hatten demzufolge einen größeren, äquivalenten Rundungsdurchmesser an ihren konvexen Oberflächenbereichen und demzufolge eine unzulängliche Ölfilmbildung. Wie dies bereits erwähnt worden ist, wurde beim Versuchsstück Nr. 8 die Kugelbestrahlung überhaupt nicht durchgeführt. Beim Versuchsstück Nr. 9 wurde die zweite Stufe der Kugelbestrahlung durchgeführt. Da die erste Stufe der Kugelbestrahlung jedoch nicht ausreichend war, war die maximale Restspannung des Versuchsstückes Nr. 9 ungenügend. Bei den Versuchsstücken Nr. 10 bis Nr. 12 wurde die zweite Stufe der Kugelbestrahlung durchgeführt. Da die erste Stufe der Kugelbestrahlung jedoch sehr stark war, lagen die Härte, die maximale Druckrestspannung und der Restgehalt an Austenit bei den Versuchsstücken Nr. 10-12 alle außerhalb der Grenzen der vorliegenden Erfindung.

Bei dem Abbruch des Tests wurden die Versuchsstücke zerlegt und die Rollfläche oder die äußere Umfangsfläche der Rollen, die die Versuchsstücke 13 gelagert hatten, wurden auf das Auftreten einer Abschälung hin überprüft. Ein Abschälvorgang wurde auf der Rollfläche der Rollen in dem Fall beobachtet, in dem die innere Umfangsfläche des äußeren Ringes lediglich einer Kugelbestrahlung unterworfen worden war. Bei einer feinbearbeiteten Oberfläche wurde jedoch ein Auftreten eines Abschälens nicht beobachtet.

In der Spalte der Tabelle, die sich mit der Auswertung der Rollfläche befaßt, ist dort, wo bei allen Versuchsstücken keine Abschälung aufgetreten ist, ein -Symbol eingetragen. Wenn bei wenigstens einem Versuchsstück eine Abschälung aufgetreten ist, dann ist das X-Symbol eingetragen.

Die Berührfläche der Wälz- oder Gleitpaarung nach der vorliegenden Erfindung wies eine ausgezeichnete Widerstandsfähigkeit gegen ein Abschälen selbst unter schwierigen Schmierbedingungen auf, was eine verbesserte Haltbarkeit von verschiedenen Arten mechanischer Teile möglich machte. Auf diese Weise konnten nützliche und vorteilhafte Wirkungen im industriellen Bereich aufgezeigt werden, wie z. B. verlängerte Zeitabstände zwischen den Inspektionen mechanischer Teile und die Möglichkeit, die Teile wartungsfrei auszuführen.

Bei einem äußeren Ring für ein Nockenfolgeglied eines Ventiltriebes, wie er erfindungsgemäß oben beschrieben worden ist, ist die äußere Umfangsfläche des äußeren Ringes verfestigt, und die Oberflächenrauhigkeit ist so ausgebildet, daß auf ihr leicht ein Ölfilm gebildet werden kann, so daß auf diese Weise das Entstehen einer Abschälung auf der äußeren Umfangsfläche des äußeren Ringes vermieden werden kann; dies verlängert dessen Lebensdauer. Da ferner die innere Umfangsfläche feinbearbeitet und die Rauhigkeit sehr gering ist, ist der Ölfilm-Parameter zwischen der inneren Umfangsfläche und der Rollfläche der feinbearbeiteten Rollen oder der äußeren Umfangsfläche der Welle sehr groß; auf diese Weise kann eine lange Lebensdauer der Welle und der Rollen erwartet werden. Ferner ist die Haltbarkeit der gesamten Nockenfolgeeinrichtung mit einem äußeren Ring erheblich verbessert.

Claims (5)

1. Berührfläche einer Wälz- oder Gleitpaarung,

• a) die aus gehärtetem Stahl, der Austenit beinhaltet, hergestellt ist,
• b) die auf der Oberfläche fortlaufende, winzige Unregelmäßigkeiten mit konkaven (1a) und konvexen Oberflächenbereichen (2a) aufweist, wobei, wenn eine Referenzebene (a) derart plaziert wird, daß die konkaven Oberflächenbereiche (1a) 80% projizierte Fläche der gesamten projizierten Fläche der Oberfläche einnehmen, die aus der Referenzebene (a) vorkragenden konvexen Oberflächenbereiche (2a) einen äquivalenten Rundungsdurchmesser bis zu 15 µm aufweisen, und
• c) die eine Oberflächenschicht in einer Tiefe bis zu 50 µm von der Referenzebene (a) besitzt, die eine maximale Rest-Druckspannung von 490-1079 N/mm², eine Härte zwischen Hv830 und Hv960 und einen Rest- Austenit-Anteil von wenigstens 7 Volumen-% hat.

2. Wälzpaarung mit

• a) einem angetriebenen Element (23),
  • a1) das um eine Achse (21) drehbar ist, und eine äußere Umfangsoberfläche hat,
  • a2) das aus gehärtetem Stahl, der Austenit beinhaltet, hergestellt ist,
  • a3) das auf der Oberfläche fortlaufende, winzige Unregelmäßigkeiten mit konkaven (1a) und konvexen Oberflächenbereichen (2a) aufweist, wobei, wenn eine Referenzebene (a) derart plaziert wird, daß die konkaven Oberflächenbereiche (1a) 80% projizierte Fläche der gesamten projizierten Fläche der Oberfläche einnehmen, die aus der Referenzebene (a) vorkragenden konvexen Oberflächenbereich (2a) einen äquivalenten Rundungsdurchmesser bis zu 15 µm aufweisen,
  • a4) dessen Oberflächenschicht bis zu einer Tiefe von 50 µm von der Referenzebene (a) eine maximale Restdruckspannung von 490-1079 N/mm² hat, eine Härte zwischen Hv830 und Hv960 und einen Rest-Austenit-Anteil von wenigstens 7 Volumen-% aufweist, und
• b) einem Antriebselement (19),
  • b1) das eine Oberfläche hat, die mit der äußeren Umfangsoberfläche des angetriebenen Elements (23) in Reibungskontakt kommt,
  • b2) das aus gehärtetem Gußeisen, gehärtetem Stahl oder Sintermetall hergestellt wird, und
  • b3) eine Rauhigkeit von 0,4 bis 0,8 µm Ra aufweist.

3. Wälzpaarung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das angetriebene Element (23) eine Bohrung mit einer inneren Umfangsoberfläche aufweist, die in Reibungskontakt mit einem Lagerkörper (21, 22) steht und die innere Umfangsoberfläche einem Feinbearbeitungsvorgang unterworfen worden ist.

4. Wälzpaarung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das angetriebene Element (23) ein Ring ist, das Antriebselement (19) eine Metallnocke ist und der Lagerkörper eine aus Metall bestehende Welle (21) ist, die den Ring (23) lagert.

5. Nockenfolgeeinrichtung mit einer Nockenwelle (19) als Antriebselement und einem angetriebenen Ring (23), die eine Wälzpaarung nach einem der Ansprüche 2 bis 4 bilden.