具有复合涂层的活塞环制造技术

本发明专利技术涉及一种活塞环，其包括：活塞环的基本元件（4），该活塞环的基本元件（4）是由具有第一热膨胀系数的材料制成；磨损保护层（8），该磨损保护层（8）设置在该活塞环（2）的径向外表面上，并且该磨损保护层（8）是由具有比该第一热膨胀系数小的第二热膨胀系数的材料制成。该活塞环（2）还包括设置在该活塞环的基本元件（4）和磨损保护层（8）之间的中间层（6），其中，该中间层是由具有比该第一热膨胀系数大的第三热膨胀系数的材料制成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有复合涂层的活塞环本专利技术通常涉及活塞式发动机的活塞环，更具体地说，涉及用于内燃机的活塞环。长期以来，众所周知，在活塞环外面涂覆不同的磨合和/或磨损保护的涂层，从而改善活塞环/气缸内壁的摩擦副。在具有不同的与基体材料相比有不同的热膨胀系数的磨合涂层和磨损保护涂层的活塞环的外侧上，在正常温度和工作温度之间的过渡期间，每个涂层或层包含一种双金属效应。这种双金属效应影响在气缸运行表面上的活塞环的接触压力和接触压力的分布。这种双金属效应对于材料的强度使得标准的热膨胀效应和潜在的升温效应叠加。在本领域中完全涂覆的活塞环是已知的。此外，在活塞环内侧和外侧设有磨损保护涂层和运用允许在活塞环的内外两侧涂覆的涂覆方法涂覆在活塞环上是已知的。在活塞环的内侧或内表面的涂层通常被认为浪费昂贵的涂层材料，因为活塞环的内表面上不进行加载。使用双金属结构的现有技术DE7608044U1，JP2005351460A, JP2008057671A 和GB440公开了不同的活塞环，这也是已知的。有不同的已知公开文献涉及到处理活塞环的话题。EP2206937 (Al)公开了一种具有一体成型的压缩弹簧的活塞环，US2010140880 (Al)公开了一种具有涂覆的上表面和下表面的活塞环，US2010127462 (Al)涉及到在其运行的表面/外表面上具有多层涂层的活塞环。另一方面,DE102005063123 (B3)公开了一种活塞环，该活塞环的运行面/外表面上涂覆有一层涂层。EP2183404 (Al)也显示了外表面具有涂层的活塞环。EP2119807 (Al)涉及到外表面具有磨损保护涂层的活塞环。W02008151619 (Al)公开了一种用于在活塞环槽中倾斜的活塞环。就已知的外表面具有涂层的活塞环而言，不想要的双金属效应可能发生，其中，随着温度的升高，活塞环的外部涂层与活塞环本身的材料相比以不同的方式膨胀，导致活塞环的张力或产生的径向压力分布可能受到影响。一般地，这些影响可以忽略不计，因为涂层通常只构成活塞环的横截面面积的可忽略不计的一部分和涂层的强度仅略高于的活塞环材料的强度。对于最新的磨损保护涂层而言，由于磨损保护涂层的硬度增加，双金属效应上可能会发生在活塞环上，这可能会导致由活塞环所施加的径向压力和产生的活塞环的径向压力分布随着温度上升而变化。这种效应不发生在无涂层或完全涂覆的活塞环上。本专利技术的目的在于，提供一种具有改进的径向压力分布的带有磨损保护涂层的活塞环。除去双金属效应的传统方法可能在于:截断该涂层或只有外表面的一部分设有涂层。可以预期，在冷的状态下，技术人员改变活塞环的形状，以使由于双金属效应在活塞环的设计中已经考虑这种变化。为了避免活塞环的径向压力分布的偏差，技术人员将以一种方式成型该活塞环，在这种方式中，在操作温度下，具有双金属效应的活塞环显示出所需的径向压力分布。双金属效应尤其影响活塞环的间隙的面积，也就是说，在间隙处该活塞环的端部被压向外侧方向。这种效应被称为“端部刮擦”或“端部咬合”。这种效应导致活塞环的端部的负载比活塞环的外圆周的其余部分的负载高得多。在该活塞环端部的区域的磨损保护层被磨损，以致于在这个区域该活塞或活塞环有被磨损的危险。迄今为止，在制造过程中通过预成型活塞环可以避免这种效应，这种预成型活塞环只是在活塞环的间隙/端部区域施加低压力。然而，这种措施被证明是不足够的。根据本专利技术，通过在磨损保护层和活塞环之间设置中间层/涂层避免双金属效应。以一种方式选择中间层的尺寸和热膨胀系数是要显著减少或消除磨损保护层和活塞环之间的双金属效应。由于磨损保护层的更大的硬度和坚固性，该磨损保护层的热膨胀系数比活塞环的材料的热膨胀系数低。由于磨损保护层，当温度升高时，该活塞环通过双金属效应向外弯曲，这对该间隙的区域有最大的影响。如果施加在该磨损保护层和该活塞环的材料之间的中间层或涂层的热膨胀系数比该磨损保护层和该活塞环的材料的热膨胀系数高，在理想情况下两个双金属效应均衡。活塞环的厚度尺寸有可能显著地超过其他两个层的厚度。因此，该磨损保护层和中间层位于该涂覆的活塞环的自然轴线的一侧。就所有的六个参数而言，即活塞环、磨损保护层和中间层的三个热膨胀系数和三个厚度的尺寸，任何所需要的双金属效应可以进行补偿或被均衡。根据本专利技术，通过以下方式可以实现这一点:首先，在活塞环(例如铸铁或铸钢)的外侧上涂覆中间层，该中间层具有比活塞环的材料要高的热膨胀系数。在第二步骤中，在该中间层的外侧应用一层磨损保护层，其中，该磨损保护层具有的热膨胀系数比活塞环的材料的热膨胀系数要低。如果该中间层和磨损保护层的厚度的总厚度基本上小于活塞环的厚度，这可能是有利的。本专利技术几乎呈现出两个相同的双金属组合的组合，其中，其效应平衡或者均衡。本专利技术应用了活塞环的双涂层。一方面，活塞环和磨损保护层之间的效应，另一方面，磨损保护层和中间层之间的效应，以一种方式可以选择这两种效应，这种方式使该活塞环显示出所需的温度特性。根据本专利技术的第一个方面，提供一种用于内燃机的活塞环。该活塞环包括活塞环的基本元件，其材料具有第一热膨胀系数。该活塞环包括设置在活塞环上的径向外表面的磨损保护层。该磨损保护层的材料具有小于第一热膨胀系数的第二热膨胀系数。此外，该活塞环包括设置在该活塞环的基本元件和磨损保护层之间的中间层。该中间层具有第三热膨胀系数，该第三热膨胀系数比第一和第二热膨胀系数大。在另一个实施例中，在径向方向上，磨损保护层的厚度小于中间层的厚度，该磨损保护层和中间层的厚度总和小于该活塞环的基本元件的厚度20%。这样确保了这两个层位于该活塞环的中轴的同一侧，从而，相对于彼此相对的影响可能会发生。因此，活塞环形成两个双金属材料叠加，实际上是三个双金属材料。第一个双金属材料形成在该磨损保护层和该活塞环的基本元件之间，如本领域中已知的状态。该第二个双金属材料形成在该中间层和该活塞环的基本元件之间，并且阻碍该磨损保护层和该活塞环的基本元件之间的双金属效应。该第三个双金属材料形成在该磨损保护层和中间层之间。该第三个双金属材料应显示出最强的效应，因为它是由具有非常不同的热膨胀系数的两种金属组成的。然而，因为由两个涂层可能会产生的力，由于该磨损保护层和中间层的厚度与该活塞环的尺寸相比比较小，该第三双金属材料可以忽略不计。优选地，该中间层的厚度是该磨损保护层的厚度的1.5至15倍，优选地，是3倍至8倍，进一步优选地，是6倍至8倍。不同的厚度补偿了各种材料不同的强度。在一个实施例中，该中间层在圆周方向上的厚度有变化，从而实现了在圆周方向上变化的双金属效应，改善了径向压力分布。由于中间层的材料的强度(这关联到热膨胀系数)比该活塞环的基本元件的材料和磨损保护层的材料的强度要低，该中间层的厚度变化应该是容易产生效应。因此，在制造过程中，在中间层的应用的过程中或之后，有可能使该中间层产生效应从而在圆周方向上显示厚度变化。优选地，中间层被设置成比该间隙的区域更厚，从而更强地抵消此处的磨损保护层和活塞环之间的双金属效应。在一个实施例中，该活塞环的基本元件在圆周方向上的厚度有变化，以实现了沿圆周方向变化的双金属效应，从而改善了径向压力分布。特别地，该实施例可以结合更厚的中间层，一方面以增加该中间层和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种内燃机的活塞环（2），包括：活塞环的基本元件（4），该活塞环的基本元件（4）是由具有第一热膨胀系数的材料制成，磨损保护层（8），该磨损保护层（8）设置在该活塞环（2）的径向外表面上，并且该磨损保护层（8）是由具有比该第一热膨胀系数小的第二热膨胀系数的材料制成，其特征在于：设置在该活塞环的基本元件（4）和磨损保护层（8）之间的中间层（6），其中，该中间层是由具有比该第一热膨胀系数大的第三热膨胀系数的材料制成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.05.25 DE 102011076453.41.一种内燃机的活塞环(2)，包括: 活塞环的基本元件(4)，该活塞环的基本元件(4)是由具有第一热膨胀系数的材料制成， 磨损保护层(8)，该磨损保护层(8)设置在该活塞环(2)的径向外表面上，并且该磨损保护层(8 )是由具有比该第一热膨胀系数小的第二热膨胀系数的材料制成， 其特征在于: 设置在该活塞环的基本元件(4)和磨损保护层(8)之间的中间层(6)，其中，该中间层是由具有比该第一热膨胀系数大的第三热膨胀系数的材料制成。2.如权利要求1所述的活塞环，其特征在于，该磨损保护层(8)的厚度小于该中间层(6)的厚度，且，该磨损保护层(8)的厚度和该中间层(6)的厚度小于该活塞环的基本元件(4)在径向方向上的厚度的20%。3.如权利要求1或2所述的活塞环(2)，其特征在于，该中间层(6)在圆周方向上的厚度是变化的。4.如上述权利要求其中一项所述的活塞环(2)，其特征在于，该活塞环的基本元件(4)在圆周方向上的厚度是变化的。5.如上述...

【专利技术属性】
技术研发人员：德克·巴伦普洛特，克里斯托弗·布莱德，
申请(专利权)人：联邦摩高布尔沙伊德公司，
类型：
国别省市：