專利名稱：用于鏈鋸的輪圈式鏈輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于驅(qū)動鏈鋸的鋸鏈的輪圈式鏈輪(rim sprocket)，所述鋸鏈包括例如與成對的側(cè)鏈片連接的中心傳動鏈片，其中一些側(cè)鏈片為側(cè)切割鏈片，且本發(fā)明更具體地涉及用于這種輪圈式鏈輪的結(jié)構(gòu)，該輪圈式鏈輪使用更少的材料且因此重量更輕而強度相同或更大。更具體地和/或另外，本發(fā)明涉及一種用于制造鏈輪同時減少廢品率的方法。
背景技術(shù)：
輪圈式鏈輪可以被描述為具有位于盤形側(cè)壁之間的星形中心部(即，具有徑向延伸的齒)。齒之間的周向間距以及側(cè)壁之間的橫向間距限定了凹槽(gullet)，所述凹槽接收鋸鏈的中心鏈片的傳動凸起(drive tang)，且側(cè)壁還限定了支撐鋸鏈的側(cè)鏈片的外周支撐面或軌道。所述鏈輪具有花鍵形中心開口，該開口貫通用于接收例如由鏈鋸的發(fā)動機驅(qū)動的接合器的驅(qū)動軸的所有三個部分的厚度。在這種鏈鋸的示例中，由發(fā)動機驅(qū)動的離心式離合器與杯形件接合并使接合器的軸旋轉(zhuǎn)，從而旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動輪圈式鏈輪且因此驅(qū)動安裝在該輪圈式鏈輪上的鋸鏈。該鋸鏈因此圍繞鏈鋸的導(dǎo)桿被驅(qū)動，從而切割樹木或圓木等。
驅(qū)動鏈輪是鏈鋸驅(qū)動系統(tǒng)的關(guān)鍵部件并被嚴重濫用而迅速磨損。因此，希望制造這樣一種鏈輪，該鏈輪能經(jīng)受數(shù)小時(例如，為一些切割鏈條的壽命)的嚴重濫用，并且仍然能盡可能廉價地制造。
已經(jīng)研究出一種制造這種鏈輪的方法。形成模具樹(mold tree)。該模具樹為塑料形式，并具有由多個相互連接的部分(segment)構(gòu)成的垂直中心部分，所述相互連接的部分具有水平放射的輻條。將呈待制造的輪圈式鏈輪形狀的鏈輪?；蚰Ｇ?mold form)固定至每個輻條。用陶瓷覆蓋該模具樹，并燒掉所述塑料形式從而留下陶瓷模。因此，設(shè)有這樣的通路，這些通路沿由燒掉的中心部分形成的模具樹中心向下(稱為流道)，穿過燒掉的輻條(稱為澆口)而進入各個鏈輪模腔。在單次操作中通過所述通路將鋼水注入所述多個鏈輪模腔。冷卻后，將包圍固化鏈輪的陶瓷模去除，但是這些鏈輪通過已在澆口中硬化的鋼而保持相互連接。有時將形成在澆口中的硬化鋼稱為莖部(stem)。根據(jù)設(shè)計，形成在澆口內(nèi)并連接到鏈輪的鋼莖部尺寸小，因而能使鏈輪脫離形成在流道中的硬化金屬。莖部殘留在鏈輪上的任何小瘤(nubbin)能被容易地磨掉，從而去除任何互相連接的痕跡，這樣使該鏈輪準備好進行最終加工(例如熱處理)。
上述方法具有多個關(guān)鍵方面并因此而存在有待本發(fā)明解決的問題。理想地是在形成熔融溫度時注入鋼水，以確保模腔的完全填充并確保成品具有所需的鋼成分。在澆口處產(chǎn)生的莖部應(yīng)當構(gòu)造成能使固化的鏈輪干凈地脫離。遍及鏈輪模的金屬優(yōu)選密度均勻，即，避免產(chǎn)生孔隙。輪圈式鏈輪的其它期望特征是所制造的鏈輪利于在切割木材操作期間去除木屑，并且鏈輪的重量最輕。

發(fā)明內(nèi)容
通過對特別是當模制較大尺寸的輪圈式鏈輪(例如，直徑大于1.5英寸)時產(chǎn)生的不希望的高廢品率的研究而作出本發(fā)明。確定的是，較高廢品率主要由于澆口中的金屬過早固化而引起。因此，可推斷，為了確保足夠的金屬流入較大的腔室內(nèi)從而避免產(chǎn)生孔隙，需要擴大穿過輻條的澆口或入口。但是，當澆口或入口擴大時，形成在澆口內(nèi)(隨著金屬固化)的較大莖部比較難以從鏈輪脫離，并致使有時會削去(削掉)一部分鏈輪本體。
另外，進一步研究是嘗試減少較大尺寸鏈輪所用的金屬量以使入口保持較小。至少部分由被驅(qū)動的鋸鏈的結(jié)構(gòu)而限定了星形中心部分和盤形側(cè)壁的結(jié)構(gòu)。由安裝到驅(qū)動鏈輪的杯形件上的接合器而限定了中心開口。因此，減小體積的最初嘗試是在側(cè)部的側(cè)壁中形成通道。這些嘗試在減小金屬體積方面是成功的，從而致使廢品率降低并發(fā)現(xiàn)這樣制造的鏈輪仍保持所需強度。這一成功啟發(fā)了進一步嘗試減少金屬量，因而在側(cè)壁上且在鏈輪齒之間沿軸向設(shè)置開口，而在研究的第三階段，還減小了鏈輪齒上方的側(cè)壁厚度。
上述金屬去除處理以及隨后的測試使得進一步發(fā)現(xiàn)形成輪圈的某些較薄部分的強度往往比先前的較厚部分的強度更大或至少相當。更進一步發(fā)現(xiàn)，由于因此在應(yīng)力關(guān)鍵區(qū)域中產(chǎn)生的較硬表面而使磨損壽命有所提高?？蓴喽?，先前的較厚部分具有稍微多的孔隙，而這些孔隙是金屬冷卻和固化過程的現(xiàn)象。熔融金屬隨著冷卻而固化并在該過程中收縮。因此，在整個收縮過程中需要提供額外的熔融金屬以保持較緊實地填充腔室。不然會產(chǎn)生空隙，這些空隙會形成不希望的孔隙，從而減小較硬表面的面積。
從上述反復(fù)試驗發(fā)現(xiàn)了一個重要關(guān)系，即，正被澆注的鏈輪的表面積與填充鏈輪模的腔室所需的金屬質(zhì)量之間的關(guān)系。更具體地說，重量(例如，克)與表面積(例如，平方英寸)之比應(yīng)為大約4比1或更小，即構(gòu)成正被澆注的鏈輪外表面的表面積每平方英寸所用的熔融金屬不超過大約4克。通過減小鏈輪結(jié)構(gòu)在非應(yīng)力關(guān)鍵區(qū)域的厚度，可以實現(xiàn)該期望關(guān)系，且通過增大表面積也是可行的。通過觀察根據(jù)本發(fā)明制造的鏈輪發(fā)現(xiàn)，冷卻和固化越快制造的輪圈式鏈輪越輕，這樣的輪圈式鏈輪制造較廉價并且還進一步發(fā)現(xiàn)其具有更長的磨損壽命。參照以下參考附圖對本發(fā)明優(yōu)選實施例的描述可更加充分地明白和理解本發(fā)明。


圖1至圖5為根據(jù)本發(fā)明的輪圈式鏈輪的不同視圖圖1為立體圖；圖2為端視圖；圖3為側(cè)視圖；圖4為沿圖3中的線4-4剖取的剖視圖；和圖5為沿圖4中的線5-5剖取的剖視圖；圖6至圖9為替換實施例的類似視圖；圖10至圖14為第二替換實施例的類似視圖；和圖15為表示用于制造圖1至圖14中的輪圈式鏈輪的方法的模具樹形式的視圖。
具體實施例方式
圖15示出了由例如塑料形成的模腔10，還示出了如下所述的鑄造過程之后相互連接的輪圈式鏈輪。模腔10被包在承受高溫的陶瓷中。該陶瓷外殼由虛線15表示。使塑料熔化并將其去除，從而形成具有尺寸和形狀與模腔10大致相同的多個復(fù)雜腔室的陶瓷模具。將熔融金屬(例如，鋼成分)向下注入，使其穿過中心流道(由箭頭12表示)，然后向外流動到由模腔10的莖或莖部14表示的入口或澆口并從所述入口或澆口穿過，從而進入由鏈輪模腔16表示的外腔室。
應(yīng)注意，表示成型鑄件的澆口或入口的莖部14的厚度大致與鏈輪模腔16的側(cè)壁18的厚度相同。還應(yīng)明白，鋼水(在例如3000(華氏度)或更高的溫度下)從流道開口12流動穿過澆口14，然后進入多個腔室結(jié)構(gòu)16直到鏈輪腔室被填滿為止。這種填充需要非常短暫的時間。然后鋼水冷卻，且當其因冷卻而收縮時，額外的鋼水穿過澆口14引入腔室結(jié)構(gòu)16。使鏈輪腔室結(jié)構(gòu)16的期望鋼密度保持在額外的鋼水可穿過澆口14的水平。如果使?jié)部?4中的鋼水固化，并因此在鏈輪腔室結(jié)構(gòu)16的鋼水固化之前關(guān)閉澆口，則腔室內(nèi)的鋼的繼續(xù)固化會致使鋼緊縮或收縮，這會在鏈輪本體內(nèi)產(chǎn)生空隙從而產(chǎn)生不希望的孔隙。
現(xiàn)在參照圖1至圖5，這些圖示出了本發(fā)明的一個實施例。鑒于通常的輪圈式鏈輪具有兩個平盤狀側(cè)壁18，所述側(cè)壁通過星形中心部分20分開，并鑒于這兩個側(cè)壁的外周和內(nèi)周以及中心部分分別由被鏈輪驅(qū)動的鋸鏈(參見圖5中的虛線26)以及驅(qū)動鏈輪的驅(qū)動軸(參見圖5中的虛線42)確定，本申請人提出僅在外周和內(nèi)周之間從側(cè)壁去除材料。更具體地說并特別參照圖3，側(cè)壁18的外周34和內(nèi)周36(有時稱為周邊軌道)通過連接部分38相互連接，所述連接部分與鏈輪齒20一致，如圖1中最佳可見。應(yīng)注意，由部分34、36和38限定的空間形成了通孔28。(還應(yīng)注意，通孔28應(yīng)當不干涉所述齒，即通孔的側(cè)邊緣應(yīng)當在齒的側(cè)邊緣的內(nèi)側(cè)。參見圖5。否則可能會引起應(yīng)力集中(stress riser)，從而產(chǎn)生裂紋。)
應(yīng)當明白，這樣去除材料實現(xiàn)了鏈輪的材料質(zhì)量的降低，同時形成了新暴露的表面區(qū)域(即，圍繞通孔28的區(qū)域40，如圖1和圖3中最佳可見)。該去除材料的目的是降低質(zhì)量與表面積之比，例如，降低至每平方英寸表面積的鋼材料質(zhì)量不超過4克。
如上所述并再次參照圖1至圖5，鏈輪16設(shè)置有通孔28，所述通孔在鏈輪的整個厚度上延伸，即貫通兩個側(cè)壁18。金屬材料存在于兩個側(cè)壁18的通孔的上方、下方及各個側(cè)面。由驅(qū)動軸42限定的中心開口被構(gòu)造成具有多個凹口32，這些凹口與驅(qū)動軸42的花鍵相配合，用于將旋轉(zhuǎn)動力從鏈鋸發(fā)動機傳遞到鏈輪并因此傳遞到鏈輪16上拖帶的鋸鏈26，如圖5所示。
根據(jù)鑄造輪圈式鏈輪的先前經(jīng)驗，以前會認為鏈輪16的結(jié)構(gòu)過于脆弱。但是，如上所述，由于需要減少質(zhì)量并且最終發(fā)現(xiàn)越厚不一定越好(應(yīng)用在這些金屬鑄件上時即不一定越堅固(多孔與無孔相比))，發(fā)現(xiàn)在低應(yīng)力區(qū)域設(shè)置通孔28，可以減少構(gòu)成鏈輪的金屬質(zhì)量?？稍诓粶p小鏈輪的尺寸(即，具有與支撐和驅(qū)動鋸鏈所需的相同的內(nèi)周和外周結(jié)構(gòu)以及承壓面積(land surface area))且不犧牲強度的情況下實現(xiàn)上述效果。特別的是，更大的表面積以及更小的質(zhì)量使得能在保持所需的質(zhì)量表面之比的同時制造直徑大于1.5英寸的較大尺寸的鏈輪。通過大量試驗，已經(jīng)確定這個比例保持在不大于約4比1時是理想的，即每平方英寸表面積的重量為4克。
現(xiàn)在參照圖6至圖9中示出的替換實施例。該替換實施例與圖1至圖5的實施例僅有一處不同，即與圖1至圖5的連接部分38相比，連接部分38’的厚度減小。應(yīng)明白，先前實施例的指定的齒20和連接部分38被鑄造成鏈輪的共用部件。在兩個實施例當中，20，38的組合厚度在第一實施例(圖1至圖5)中示出為最大厚度，而在第二實施例(圖6至圖9)中示出為最小厚度。優(yōu)選的是，介于其間的厚度可以最佳滿足鏈鋸使用者的需要，因此介于最大厚度和最小厚度之間的全部厚度范圍包含在本發(fā)明的教導(dǎo)內(nèi)。
圖10至圖14示出了第三實施例。在該實施例中，外周部分34與內(nèi)周部分36(在兩側(cè))之間的材料較薄，即在內(nèi)周部分和外周部分之間形成通道或水道(inset)44，這些周邊部分有時可以稱為內(nèi)環(huán)部和外環(huán)部。如在圖10、圖12和圖13中最佳可見，設(shè)置這樣的通道可以減少金屬材料并增大表面積，例如，增加了過渡表面區(qū)域46。
上述公開涉及優(yōu)選實施例，并在不背離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的情況下，具有多種變化和修改，這些優(yōu)選實施例中的術(shù)語旨在給出它們在商業(yè)上的廣義含義和通常含義。
權(quán)利要求
1.一種用于驅(qū)動鏈鋸的鋸鏈的輪圈式鏈輪，該輪圈式鏈輪在批量鑄造過程中由鋼水鑄造而成，所述鏈輪包括分開的側(cè)壁，所述側(cè)壁通過在周向上隔開的齒連接在一起，所述側(cè)壁具有用于支撐所述鋸鏈的側(cè)鏈片的外周，并且在周向上隔開的所述齒用于接收所述鋸鏈的中心傳動鏈片凸起并與其接合，且所述側(cè)壁具有內(nèi)周，該內(nèi)周構(gòu)造成接收所述鏈鋸的花鍵式驅(qū)動軸，從而可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動所述鏈輪，并通過所述齒與所述傳動鏈片凸起的接合而驅(qū)動所述鏈鋸的鋸鏈；所述側(cè)壁具有金屬制成的連續(xù)的周邊環(huán)，所述環(huán)限定了所述內(nèi)周和所述外周，并且所述側(cè)壁與所述齒配合地構(gòu)造成在所述齒之間設(shè)有延伸穿過所述側(cè)壁的通孔，配合地構(gòu)造的所述側(cè)壁和所述齒具有期望的材料質(zhì)量，在以按克計的重量與按平方英寸計的表面積之比測量時，該材料質(zhì)量與所述鏈輪的外表面積相比不大于大約4比1。
2.一種用于驅(qū)動鏈鋸的鋸鏈的輪圈式鏈輪，該輪圈式鏈輪在批量鑄造過程中由鋼水鑄造而成，所述鏈輪包括分開的側(cè)壁，所述側(cè)壁通過在周向上隔開的齒連接在一起，所述側(cè)壁具有用于支撐所述鋸鏈的側(cè)鏈片的外周，并且在周向上隔開的所述齒用于接收所述鋸鏈的中心傳動鏈片凸起并與其接合，且所述側(cè)壁具有內(nèi)周，該內(nèi)周構(gòu)造成接收所述鏈鋸的花鍵式驅(qū)動軸，用于可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動所述鏈輪，并通過所述齒與所述傳動鏈片凸起的接合而驅(qū)動所述鏈鋸的鋸鏈；所述側(cè)壁具有金屬制成的連續(xù)的周邊環(huán)，所述環(huán)限定了所述內(nèi)周和所述外周，并且所述側(cè)壁在所述連續(xù)的環(huán)之間厚度減小以形成槽狀的水道，從而增大表面積并減小質(zhì)量；所述質(zhì)量與表面積之比在以克比平方英寸為單位測量時不大于約4比1，且所述驅(qū)動鏈輪具有直徑大于1.5英寸的尺寸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪圈式驅(qū)動鏈輪，其特征在于，在所述側(cè)壁中的所述通孔限定了所述內(nèi)環(huán)和所述外環(huán)之間的連接部分，并且與所述內(nèi)環(huán)和所述外環(huán)的厚度相比，所述連接部分的厚度減小。
4.一種制造用于驅(qū)動鏈鋸的鋸鏈的輪圈式鏈輪的方法，該方法包括制造鑄件，該鑄件包括中心流道、多個鏈輪腔室以及使所述中心流道與所述腔室相連接的澆口；將所述腔室制造成具有側(cè)壁，所述側(cè)壁根據(jù)需要具有外支撐環(huán)和內(nèi)支撐環(huán)，以與鏈鋸的驅(qū)動軸相配合并支撐鋸鏈的側(cè)鏈片，并且使所述腔室在所述側(cè)壁之間還具有鏈輪齒，以與所述鋸鏈的傳動凸起接合，所述外支撐環(huán)和內(nèi)支撐環(huán)以及所述鏈輪齒被認為是高應(yīng)力關(guān)鍵部件，且所述外環(huán)和內(nèi)環(huán)通過非高應(yīng)力的側(cè)壁連接部分相連接；和必要時減小所述連接部分的厚度，以保持質(zhì)量與表面積之比不超過每平方英寸表面積具有4克材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述外支撐環(huán)和所述內(nèi)支撐環(huán)通過所述側(cè)壁和所述鏈輪齒而相互連接，并且在所述外支撐環(huán)和所述內(nèi)支撐環(huán)之間且在所述鏈輪齒之間設(shè)置有貫通所述鏈輪厚度的通孔，以減少質(zhì)量并改善木屑去除。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，該方法包括通過在所述側(cè)壁中形成通道而減小所述側(cè)壁部分的質(zhì)量，并進一步增大所述鏈輪的暴露表面的面積。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于鏈鋸的輪圈式鏈輪。用于鏈鋸的輪圈式鏈輪的批量鑄造特別是當應(yīng)用于較大的輪圈式鏈輪時由于孔隙和削去處理而引起不希望的高廢品率。解決方案是在鋼水在鏈輪模中固化的整個過程中確保鋼水流動，同時使鋼水入口或澆口的尺寸保持成能使入口的莖部脫離。這樣提高了鋼水在鏈輪模中的冷卻速度，發(fā)現(xiàn)這是有利的。因此，通過保持正被鑄造的鏈輪的質(zhì)量與表面積之比不大于每平方英寸表面積具有約4克材料并且可選地設(shè)置貫通輪圈式鏈輪的通孔，實現(xiàn)了降低廢品率的目的，所述通孔額外有助于去除木屑。該設(shè)計還減少了材料含量，從而降低了產(chǎn)品的成本及重量。
文檔編號B27B17/04GK101031379SQ200580032655
公開日2007年9月5日 申請日期2005年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月27日
發(fā)明者托馬斯·勒里希, 阿尼爾·沙拉帕里 申請人:布樓恩特公司