(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: Europejski Biuletyn Patentowy 2013/22 EP B1 (13) (51) T3 Int.Cl. B23P 15/00 ( ) C21D 9/50 ( ) F16C 11/06 ( ) (54) Tytuł wynalazku: TRZPIEŃ KULISTY I SPOSÓB WYTWARZANIA TRZPIENIA KULISTEGO (30) Pierwszeństwo: DE (43) Zgłoszenie ogłoszono: w Europejskim Biuletynie Patentowym nr 2012/31 (45) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: Wiadomości Urzędu Patentowego 2013/08 (73) Uprawniony z patentu: Ruia Global Fasteners AG, Neuss, DE (72) Twórca(y) wynalazku: PL/EP T3 ROBERT BONGARTZ, Neuss, DE REINER DOROW, Koblenz, DE KURT MÜLLER, Mayen, DE (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Małgorzata Grabowska SULIMA GRABOWSKA SIERZPUTOWSKA BIURO PATENTÓW I ZNAKÓW TOWAROWYCH SP.J. Skr. poczt Warszawa 10 Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).

2 SGS-3796/VAL EP B1 Opis Dziedzina techniki [0001] Niniejszy wynalazek dotyczy trzpienia kulistego według części przedznamiennej zastrzeżenia 1 oraz sposobu wytwarzania trzpienia kulistego według części przedznamiennej zastrzeżenia 2. Takie trzpienie kuliste są wykorzystywane do różnych zastosowań, takich jak przykładowo amortyzatory sprężynowo-gazowe lub układy kierownicze i wymagają dużej stabilności, gdyż tego rodzaju systemy są narażone podczas pracy na stale zmieniające się naprężenia zginające. Przy tym w szczególności element przejściowy pomiędzy kulą a trzonem jest poddawany ekstremalnie dużym obciążeniom. Odpowiednio do tego trzpienie kuliste muszą być tak zwymiarowane, aby wytrzymać takie obciążenia. Stan techniki [0002] W stanie techniki znano do tej pory jedynie toczenie takich trzpieni kulistych jako jednej części, co jest ekstremalnie kosztowne w produkcji, lub po prostu spawanie części. Na przykład z DE jest znane odpowiednie zespawanie kuli i trzonu do czopu kulistego jako części obrotowo-symetrycznej. W tym ostatnim przypadku często występowały przypadki pęknięć między trzonem a kulą. [0003] Ponadto ze stanu techniki jest znane poddawanie elementów konstrukcyjnych w całości utwardzaniu i/lub hartowaniu powierzchniowemu, tak jak to przedstawiono na przykład w DE A1. Opis wynalazku [0004] Wychodząc z tego stanu techniki problemem wynalazku było zatem opracowanie takiego trzpienia kulistego, aby miał on znacznie większą wytrzymałość, w szczególności istotnie większą wytrzymałość zmęczeniową na zginanie przy obciążeniu przemiennym i tym samym odpowiednio dłuższy okres użytkowania, oraz opracowanie sposobu wytwarzania takiego trzpienia kulistego. [0005] Według niniejszego wynalazku rozwiązaniem tego problemu jest, poddanie hartowaniu powierzchniowemu po raz pierwszy jedynie spoiny obrotowo-symetrycznie zespawanej części oraz ewentualnie jej otoczenia, chociaż w stanie techniki spotkało się to z zastrzeżeniami, że hartowanie powierzchniowe jest zawsze nieproduktywne, gdyż powoduje pojawienie się kruchości powierzchniowej warstwy spoiny, co sprawia, że przy obciążeniu rozciągającym spoina staje się łamliwa. [0006] Jednakże w wielu zastosowaniach, takich jak tutaj w przypadku trzpienia kulistego, obciążenie rozciągające w ogóle nie występuje, lecz okres użytkowania części ograniczony jest przez jego wytrzymałość zmęczeniową na zginanie przy obciążeniu przemiennym. [0007] Doświadczenia zgłaszającej wykazały, że dzięki postępowaniu według wynalazku wytrzymałość zmęczeniową na zginanie przy obciążeniu przemiennym przykładowo trzpienia kulistego, można zwiększyć dziesięciokrotnie, czyli o współczynnik 10, chociaż zgodnie z opinią ekspertów, hartowanie powierzchniowe spoiny jest raczej niekorzystne ze względu na pojawienie się w efekcie kruchości. [0008] Według wynalazku problem ten w przypadku tego rodzaju trzpienia kulistego rozwiązano dzięki temu, że główna strefa obciążeń we włóknach skrajnych jest wzmocniona przez to, że spoina i jej otoczenie są wzmocnione przez hartowanie powierzchniowe we włóknach skrajnych w taki sposób, że występuje tam wzmocnienie powierzchniowe wywołane przez własne naprężenia ściskające. [0009] Szczególnie korzystne jest przy tym wytwarzanie wzmocnienia powierzchniowego poprzez hartowanie powierzchniowe z następującym bezpośrednio po nim schładzaniem strefy poddanej hartowaniu powierzchniowemu. [0010] Niniejszy wynalazek dotyczy wytwarzania trzpienia kulistego, złożonego z kuli i trzonu, które są połączone obrotowo-symetryczną spoiną. Takie trzpienie kuliste nie pod-

3 legają zazwyczaj żadnemu obciążeniu rozciągającemu, przy którym hartowanie powierzchniowe mogłoby być niekorzystne, lecz ich okres użytkowania jest ograniczony wyłącznie przez wytrzymałość zmęczeniową na zginanie przy obciążeniu przemiennym. Ponadto sposób wytwarzania według wynalazku, z utwardzaniem powierzchniowym ograniczonym do spoiny i jej otoczenia, pozwala na zachowanie stopnia połysku kuli. [0011] Wytwarzanie zgodnego z wynalazkiem trzpienia kulistego może następować na przykład przez hartowanie indukcyjne, hartowanie laserowe lub hartowanie plazmowojonowe. [0012] Ponadto zgodnie z wynalazkiem podano sposób wytwarzania takiej zespawanej obrotowo-symetrycznie części, zgodnie z którym po zespawaniu pojedynczych części następuje utwardzanie powierzchniowe spoiny i jej otoczenia z następującym bezpośrednio po nim schładzaniem strefy poddanej hartowaniu powierzchniowemu. Krótki opis rysunków [0013] Niniejszy wynalazek objaśniono dokładniej poniżej na podstawie przedstawionego na załączonym rysunku przykładu wykonania trzpienia kulistego: [0014] Pokazano: [0015] Fig. 1: trzpień kulisty według wynalazku w widoku z boku, przedstawiony częściowo w przekroju. Najlepszy sposób realizacji wynalazku [0016] Figura 1 pokazuje trzpień kulisty 10 według wynalazku, który zawiera trzon lub czop 12 i kulę 14. Trzpień kulisty 10 jest przy tym przedstawiony w widoku z boku, a szczególnie interesujący tu obszar przejściowy między trzonem 12 a kulą 14 jest przedstawiony w przekroju. [0017] Przedstawiony tu czop kulisty 10 według wynalazku jest również wytworzony przez zespawanie kuli 14 i trzonu 12. Odpowiednia spoina 16 jest uwidoczniona w przekroju na jego brzegu. Przebiega ona obrotowo-symetrycznie wokół osi obrotu 20 trzonu 12. [0018] W wyniku spawania kuli i trzonu tworzy się wokół spoiny 16 strefa wpływu ciepła 18, którą na przekroju zaznaczono przerywanym kreskowaniem i w widoku przestrzennym tworzy ona mniej więcej w kształt soczewki obrotowo-symetrycznej względem osi obrotu 20 trzonu 12. Jak widać na rysunku, ma ona symetryczny przekrój w kształcie elipsy. [0019] Według wynalazku zaznaczone na przekroju na czarno obszary 22 są specjalnie hartowane, wskutek czego trzpień kulisty według wynalazku ma tu zoptymalizowane strefy zahartowane [0020] Zgodnie z wynalazkiem, dzięki specjalnej sekwencji etapów sposobu, po procesie spawania główna strefa obciążenia strefy 22 spoiny jest utwardzana w skrajnych włóknach, tak że dochodzi do wzmocnienia powierzchniowego spoiny 16 i jej otoczenia. Dzięki temu uzyskuje się według wynalazku znaczne zwiększenie okresu użytkowania trzpieni kulistych, również wtedy, gdy są one bardzo narażone na wibracje. [0021] Szczególnie korzystny według wynalazku sposób postępowania w celu wytworzenia tego wzmocnienia w głównej strefie obciążenia strefy 22 spoiny przebiega następująco: [0022] Kula 14 zostaje przyspawana do czopu 12. Powstaje obrotowo-symetryczna spoina 16. Następnie przeprowadza się hartowanie powierzchniowe strefy 22 spoiny z następującym bezpośrednio po nim schładzaniem strefy 22 poddanej hartowaniu powierzchniowemu. Hartowanie może następować przy tym przykładowo przez hartowanie indukcyjne, hartowanie laserowe lub hartowanie plazmowo-jonowe. [0023] W ten sposób znacznie polepsza się wytrzymałość strefy 22 spoiny, szczególnie wrażliwej na naprężenia wywołane karbem i powstawanie pęknięć. Dzięki temu znacznie zwiększa się okres użytkowania całego elementu konstrukcyjnego.

4 3 Zastrzeżenia patentowe Trzpień kulisty (10) złożony z kuli (14) i trzonu (12), które są połączone obrotowosymetryczną spoiną (16), znamienny tym, że po zespawaniu jedynie spoina (16) i jej bezpośrednie otoczenie (22) są, poprzez hartowanie powierzchniowe z następującym bezpośrednio po nim schładzaniem strefy (16, 22) poddanej hartowaniu powierzchniowemu, wzmocnione we włóknach skrajnych w taki sposób, że występuje tam wzmocnienie powierzchniowe. 2. Sposób wytwarzania trzpienia kulistego (10) złożonego z kuli (14) i trzonu (12) przez spawanie obrotowo-symetrycznej spoiny (16) pomiędzy kulą (14) a trzonem (12), znamienny tym, że po zespawaniu kuli (14) i trzonu (12) następuje hartowanie powierzchniowe spoiny (16) i jej otoczenia (22) z następującym bezpośrednio po nim schładzaniem strefy (16, 22) poddanej hartowaniu powierzchniowemu. Uprawniony: Ruia Global Fasteners AG Pełnomocnik: mgr inż. Małgorzata Grabowska Rzecznik patentowy

5 4

6 5 DOKUMENTY CYTOWANE W OPISIE Ta lista dokumentów cytowanych przez Zgłaszającego została przyjęta jedynie dla informacji czytającego i nie jest częścią europejskiego opisu patentowego. Została ona utworzona z dużą starannością; Europejski Urząd Patentowy nie ponosi jednak żadnej odpowiedzialności za ewentualne błędy i braki. Dokumenty patentowe cytowane w opisie DE [0002] DE A1 [0003]