專利名稱：活塞環(huán)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于一種用于內燃機活塞的活塞環(huán)和一種制造這種活 塞環(huán)的方法，該活塞環(huán)包括一個環(huán)體、形成環(huán)開口的開口端及一個決 定環(huán)外徑的環(huán)工作面和一個決定環(huán)內徑的環(huán)內表面。
背景技術：
這種活塞環(huán)的用途為，在內燃機中將燃燒室與曲軸箱密封，同 時將在工作過程中在燃燒室中產生的熱量通過活塞環(huán)的工作面從活 塞傳遞到氣缸上去。為了完成此任務，活塞環(huán)在活塞運動時必須密封 地緊貼氣缸壁。這時尤其是活塞環(huán)從環(huán)開口延伸出的開口端承受較高 的熱負荷，這由于在活塞環(huán)上所產生的內應力而導致作用于開口端的 徑向壓力增大。在開口端的區(qū)域內的該增大的點力引發(fā)更高的壓緊力 及由此導致工作面在開口端上的磨損，以及可能導致在相鄰區(qū)域內的 徑向壓力變弱，這可能會導致所不希望的環(huán)工作面與氣缸壁之間不密
為了克服這個缺點，在己知的這種類型的活塞環(huán)中建議通過賦 予活塞環(huán)特定的形狀，即通過增大或縮小橫截面，尤其是環(huán)開口區(qū)域 內，來削弱出現(xiàn)的不平衡的徑向壓力。這種類型的已知實施形式在德
國專利文獻DE 100 41 802 C1和歐洲專利申請EP 0253069 Al中都 有描述。然而，按此方法塑造的活塞環(huán)并不能十分滿意地解決這個問 題。
發(fā)明內容
因此本發(fā)明的任務在于，構造一種符合這種類型的活塞環(huán)，使 得在工作過程中在整個活塞環(huán)的周邊上產生的徑向壓力盡可能均衡。 解決方案是一種具有權利要求1所描述的特征的活塞環(huán)。根據(jù)本發(fā)明進行如下設計在環(huán)體上在每個開口端的區(qū)域內分別設置一個 由與環(huán)體材料不同的材料組成的區(qū)段，以及這些區(qū)段的材料的熱膨脹 系數(shù)小于環(huán)體材料的熱膨脹系數(shù)。此外，本發(fā)明還介紹了一種制造這 種活塞環(huán)的方法，在該方法中，活塞環(huán)由一個帶狀的半成品彎成圓形 而得到，其中，構成這些區(qū)段的材料在活塞環(huán)彎成圓形之前己經設置 在帶狀的半成品上了。
本發(fā)明的基本構思是，通過在開口端區(qū)域內設置用單獨的材料 制成的區(qū)段，來平衡在端頭處由高的熱負荷引起的作用于開口端上的 增大的徑向壓力。這種材料與環(huán)體所用材料的區(qū)別在于它有較小的熱 膨脹系數(shù)。借此可以達到如下效果在開口端區(qū)域內高的熱負荷不再 像以前一樣使得開口端向氣缸壁方向擴張，而是使得開口端能夠基本 上保持在它們的期望位置上。因此，基本上避免了現(xiàn)有技術條件下在 開口端區(qū)域內觀測到的增大的點力，從而也使得在活塞環(huán)的相鄰區(qū)域 內的徑向壓力不再減弱，而是基本上保持恒定。因此，在開口端區(qū)域 內也不再會出現(xiàn)在開口端區(qū)域內的工作面磨損增加或者環(huán)工作面與 氣缸壁之間的不密封。本發(fā)明的活塞環(huán)也可容易生產，尤其是采用本 發(fā)明的方法。
有利的改進方案可由從屬權利要求中得出。
只要能實現(xiàn)本發(fā)明所帶來的效果，本領域技術人員可以任意選 擇根據(jù)本發(fā)明設計的區(qū)段的形狀和布置方式。這些區(qū)段比如可以分別 至少部分是覆蓋活塞環(huán)的一個開口端的整個橫截面，但是，比如也可 以只覆蓋活塞環(huán)的一個開口端朝向環(huán)內表面的部分橫截面。這些區(qū)段 也可以比如具有從相應的開口端開始不斷減小的，或呈階梯狀減小 的，或也可以保持恒定的部分橫截面。以有利的方式，這些區(qū)段可以 占據(jù)整個環(huán)寬尺寸的10%到100%。
本發(fā)明的另一個設計方案設計為，這些區(qū)段從相應的開口端開 始覆蓋一個角度為從15度到45度的圓弧。這樣的尺寸通常足以達到 本發(fā)明的效果。
通常環(huán)體是由鋼或鑄鐵制成的，而這些區(qū)段的材料例如可以考 慮絡，鉬，鴇，鈦，硬質合金材料或者因瓦合金。
5本發(fā)明的區(qū)段可以根據(jù)在個別情況下所使用的材料，通過任意 的方式與環(huán)體連接，比如，通過等離子-或HV0F-噴涂，激光焊接， 電鍍層，冷噴涂，金屬鍍層，摩擦焊接，粘貼，釬焊，鑄造或復式鑄 造。
最后，可以通過大家所熟知的方式至少給本發(fā)明的活塞環(huán)的工
作面配備一種具有高耐磨強度的材料。比如鉻，PVD-涂層，HV0F-涂 層或者諸如此類。


接下來借助于附圖介紹一下本發(fā)明的實施例。這里描繪的是示 意圖，并不按其真實比例。
圖la示出了本發(fā)明的活塞環(huán)的一種實施例的俯視圖lb示出了如圖la的活塞環(huán)沿圖la中的Ib - Ib線的截面圖1C示出了帶有一層涂層的活塞環(huán)按照圖lb的截面圖2a示出了本發(fā)明的活塞環(huán)的另一種實施例的俯視圖2b示出了如圖2a的活塞環(huán)沿圖2a中的lib - lib線的截面
圖2c示出了帶有一層涂層的活塞環(huán)按照圖2b的截面圖3示出了用于制造如圖2a的活塞環(huán)所需的半成品的俯視圖。
具體實施方式
圖la和lb展示了用于內燃機活塞的本發(fā)明的活塞環(huán)10的第一 個實施例?；钊h(huán)10由鋼或鑄鐵制成并具有一個環(huán)體11，該環(huán)體的 橫截面大致為長方形?；钊h(huán)10沿其外周面具有一個決定活塞環(huán)10 外徑的環(huán)工作面12。此外，活塞環(huán)IO還具有一個決定環(huán)內徑的環(huán)內 表面13。最后，活塞環(huán)IO還具有一個由開口端15， 16形成并限定 的環(huán)開口 14。
活塞環(huán)IO在其開口端15， 16的區(qū)域內配置了區(qū)段17和18，這 兩個區(qū)段由一種熱膨脹系數(shù)小于環(huán)體11材料的熱膨脹系數(shù)的材料制
6成。如圖lb和lc中所示，在本實施例中，這兩個區(qū)段17， 18覆蓋 了開口端的整個橫截面。
對于由鋼或鑄鐵制成的環(huán)體11，比如鉻，鉬，鎢，鈦，硬質合
金材料或者因瓦合金適合用作這些區(qū)段的材料。區(qū)段17， 18根據(jù)所 用的材料，通過等離子或HVOF噴涂，激光焊接，電鍍層，冷噴涂， 金屬鍍層，摩擦焊接，粘貼，釬焊，鑄造或復式鑄造等方式與環(huán)體相 連接。在本例中段17， 18覆蓋了活塞環(huán)10占據(jù)30度的角度a —個圓弧。
從圖c中可以看出，活塞環(huán)10配置了由一種具有高耐磨強度的 材料所制成的涂層19。這種涂層及其制造方法己經為大家所熟知。
圖2a和2b展示了用于內燃機活塞的本發(fā)明的活塞環(huán)20的另一 個實施例?；钊h(huán)20由鋼或鑄鐵制成并具有一個環(huán)體21，該環(huán)體21 的橫截面大致為長方形。活塞環(huán)20沿其外周面具有一個決定活塞環(huán) 20外徑的環(huán)工作面22。此外，活塞環(huán)20還具有一個決定環(huán)內徑的環(huán) 內表面23。最后，活塞環(huán)20還具有一個由開口端25， 26形成并限 定的環(huán)開口 24。
活塞環(huán)20在其開口端25， 26的區(qū)域內配置了區(qū)段27和28，這 兩個區(qū)段由一種熱膨脹系數(shù)小于環(huán)體21材料的熱膨脹系數(shù)的材料制 成。如圖2b和2c中所示，在本實施例中，這兩個區(qū)段27， 28分別 覆蓋了活塞環(huán)20的每個開口端25， 26的朝向環(huán)內表面23的部分橫 截面。在本例中，區(qū)段27， 28的形狀大致為楔形，也就是說，區(qū)段 27， 28從開口端25， 26開始具有不斷減小的部分橫截面。當然，這 兩個區(qū)段也可以設計成具有呈階梯狀減小或者始終保持不變的部分 橫截面。最后，這兩個區(qū)段可以在相應的開口端處覆蓋整個橫截面， 就像圖la所描述的那樣，并具有從此處開始不斷減小或呈階梯狀減 小的部分橫截面。
對于由鋼或鑄鐵制成的環(huán)體21，比如鉻，鉬，鎢，鈦，硬質合 金材料或者因瓦合金適合用作這些區(qū)段的材料。區(qū)段27， 28根據(jù)所 用的材料，通過等離子或HVOF噴涂，激光焊接，電鍍層，冷噴涂， 金屬鍍層，摩擦焊接，粘貼，釬焊，鑄造或復式鑄造等方式與環(huán)體相連接。在本例中，區(qū)段27， 28覆蓋了活塞環(huán)20占據(jù)30度的角度a 的一個圓弧。
從圖2c中可以看出，活塞環(huán)20配置了由一種具有高耐磨強度 的材料制成的涂層29。這種涂層及其制造方法已經為大家所熟知。
圖3示意地展示了一種以熟悉的方式用于制造活塞環(huán)的帶狀的 半成品30。在本實施例中，該半成品30被設計用于制造如圖2a的 活塞環(huán)20并具有一個基體，該半成品具有一個在其兩端區(qū)域內配備 了區(qū)段27， 28的基體31。
權利要求1. 用于內燃機活塞的活塞環(huán)(10，20)，該活塞環(huán)包括一個環(huán)體(11，21)，形成一環(huán)開口(14，24)的開口端(15，16；25，26)以及一個決定環(huán)外徑的環(huán)工作面(12，22)和一個決定環(huán)內徑的環(huán)內表面(13，23)，其特征在于，在環(huán)體(11，21)上在每個開口端(15，16；25，26)的區(qū)域內分別設置一個由區(qū)別于環(huán)體(11，21)材料的其他材料所制成的區(qū)段(17，18；27，28)，且這些區(qū)段(17，18；27，28)的材料的熱膨脹系數(shù)小于環(huán)體(11，21)材料的熱膨脹系數(shù)。
2. 按照權利要求l的活塞環(huán)，其特征在于，所述區(qū)段(17， 18) 至少部分是覆蓋了活塞環(huán)(10)開口端(15， 16)的整個橫截面。
3. 按照權利要求1的活塞環(huán)，其特征在于，所述區(qū)段(27， 28) 分別覆蓋了活塞環(huán)(20)的一個開口端(25， 26)朝向環(huán)內表面的部 分橫截面。
4. 按照前述權利要求中任意一項的活塞環(huán)，其特征在于，每個 區(qū)段(17， 18; 27， 28)具有從開口端(15， 16; 25， 26)開始不斷 減小或呈階梯狀減小的部分橫截面。
5. 按照權利要求1到3中的任意一項的活塞環(huán)，其特征在于， 每個區(qū)段(17， 18; 27， 28)具有從開口端(15， 16; 25， 26)開始 保持不變的部分橫截面。
6. 按照權利要求1的活塞環(huán)，其特征在于，所述區(qū)段(17， 18; 27， 28)從相應的開口端(15， 16; 25， 26)開始覆蓋了占據(jù)15度 到45度的角度(ct )的一個圓弧。
7. 按照權利要求1的活塞環(huán)，其特征在于，所述區(qū)段(17， 18; 27， 28)占據(jù)了整個環(huán)寬尺寸的10%到100%。
8. 按照權利要求1的活塞環(huán)，其特征在于，所述區(qū)段(17， 18; 27， 28)通過等離子或HVOF噴涂，激光焊接，電鍍層，冷噴涂，金 屬鍍層，摩擦焊接，粘貼，釬焊，鑄造或復式鑄造方式與環(huán)體(11， 21)相連接。
9. 按照權利要求1的活塞環(huán)，其特征在于，設計所述區(qū)段(17,18; 27， 28)的材料采用鉻，鉬，鎢，鈦，硬質合金材料或者因瓦合 金。
10. 按照權利要求1的活塞環(huán)，其特征在于，環(huán)體(11, 21) 由鋼或鑄鐵制成。
11. 按照權利要求1的活塞環(huán)，其特征在于，至少在其環(huán)工作 面(12， 22)上配備一種具有高耐磨強度的材料，如鉻，PVD涂層， ,F涂層。
專利摘要本實用新型是關于一個用于內燃機活塞的活塞環(huán)(10，20)，該活塞環(huán)包括一個環(huán)體(11，21)、形成活塞環(huán)開口(14，24)的兩個開口端(15，16；25，26)及一個決定環(huán)外徑的環(huán)工作面(12，22)和一個決定環(huán)內徑的環(huán)內表面(13，23)。本實用新型進行如下設計在環(huán)體(11，21)上的每個開口端(15，16；25，26)的區(qū)域內分別設置一個由區(qū)別于環(huán)體(11，21)材料的其他材料所制成的區(qū)段(17，18；27，28)，這些區(qū)段(17，18；27，28)材料的熱膨脹系數(shù)小于環(huán)體(11，21)材料的熱膨脹系數(shù)。
文檔編號F02F5/00GK201269146SQ200820116479
公開日2009年7月8日 申請日期2008年6月30日 優(yōu)先權日2007年6月28日
發(fā)明者W·伊斯勒 申請人:馬勒國際公司