CN103124870B - 用于制造活塞环的方法和压缩活塞环 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造活塞环(1’)的方法，其中，具有径向外滑动面(7)、径向内周面(7’)以及在其间延伸的侧面(3’，3”)的金属基体(1)在滑动面侧设有腔室(2)；至少所述腔室(2)的底部(5)设有不同于柱形的轮廓(6)；所述滑动面(7)包括所述腔室(2)设有至少一个耐磨层；而且至少一个磨损层的构成刮污棱边(3)的那个区域、其构成具有可事先规定的宽度(b)的环岸(4’)、至少部分被切削。

Description

用于制造活塞环的方法和压缩活塞环
技术领域
本发明涉及一种用于制造活塞环的方法以及一种压缩活塞环。
背景技术
众所周知，为了提高刮污效果，特别是压缩活塞环的刮污效果，环滑动面设置为设有单侧腔室(einseitig gekammert)或设有完整腔室(vollgekammert)。同样众所周知的是，设有腔室的压缩活塞环的滑动面设有铬层。
可以由WO 2008/098534A1获悉一种活塞环，其包括基体，该基体具有设有腔室的滑动面、上部侧面和下部侧面以及内周面。在所述滑动面上如下地涂覆有至少一个PVD(物理气相沉积)覆盖层，即，基体在其成品状态中只在边缘区域侧、即腔室的外部具有覆盖层。此处在边缘区域内可能的是：比较硬的PVD层在运行状态中脱落，而且棱边的刮污效果由此降低。
DE 10 2006 046 915 B3公开了一种用于内燃发动机的活塞环，其包含基材，特别是由钢材或铸铁构成的基材，并且该基材具有由周期性构造的多层系统构成的磨损保护层，其中，每个周期由至少两个金属亚硝酸盐(Metallnitriten)制的单层构成。
可以由GB 1441961获悉这种类型的用于制造活塞环的方法。
WO 2011/064888公开了一种活塞环，该活塞环具有单侧腔室，在该单侧腔室中引入耐磨层。该耐磨层由不同的材料构成，其中，第一层通过硬材料层构成而第二层包含另一种类型的层构造。
通过DE 103 59 802 B3已知了一种活塞环以及一种用于制造该活塞环的方法。为了在活塞环的设置有滑动面轮廓的滑动面上制造喷敷层，设有滑动面轮廓的基体在该滑动面轮廓的外部设有覆盖物。接着将喷敷层涂覆在所述滑动面上并且接着去除所述覆盖物，从而在去除所述覆盖物之后在所述滑动面与基体的至少一个侧面之间构成基本上尖棱的滑动面。喷敷层可以通过PVD－方法或CVD(化学气相沉积)－方法来制造。
发明内容
本发明的目的是，提供一种用于制造设有至少一个PVD层的活塞环的备选的方法，在该方法中，活塞环与现有技术相比具有改进的刮污效果和更小的脱落危险。
另外，活塞环应该被设计得具有升高的防脱落安全性，特别是在刮污棱边(功能棱边)的区域内。
所述目的通过以下用于制造活塞环的方法得以实现：其中，具有径向外滑动面、径向内周面以及在其间延伸的侧面的金属基体在滑动面侧设有腔室；至少所述腔室的底部设有不同于柱形的轮廓；所述滑动面包括所述腔室设有至少一个耐磨层；其中，至少一个磨损层至少部分被切削，以构成具有可事先规定的宽度的环岸连同刮污棱边，其特征在于：对滑动面的和/或腔室的至少部分区域进行渗氮处理，并且接着为该滑动面设置PVD覆盖层或多层系统，其中，所述刮污棱边设有以最大为0.1毫米的半径进入所属的侧面的倒圆。
这个目的还通过一种根据所述方法制造的压缩活塞环得以实现，该压缩活塞环有利地在滑动面侧设有单侧腔室或设有完整腔室，其中，在滑动面的设有腔室的区域内、在底部侧引入不同于柱形的轮廓，而且所述滑动面的设有腔室的区域在活塞环的成品状态中设有至少一个耐磨层。
用根据本发明的方法和按此方法制造的压缩活塞环可以实现对所构成的尖锐的刮污棱边的刮污效果的改进。因为在刮污棱边的区域内没有耐磨的(硬的)材料，在此处构成自动磨锐的刮污棱边(功能棱边)，该刮污棱边没有脱落的危险。
有利地在腔室的底部区域中机械引入相应的轮廓。
分别根据使用情况可以适当地为设有腔室的区域的底部设置直线倾斜地或拱形地延伸的轮廓。
有利地所述活塞环在滑动面侧设有单侧腔室或设有完整腔室，其中，在滑动面的设有腔室的区域内、在底部侧引入不同于柱形的轮廓，而且所述滑动面的腔室在活塞环的成品状态中设有至少一个耐磨层。如果期望，滑动面或可以只设置有PVD覆盖层或DLC(类金刚石薄膜)－覆盖层，但是或使用如在DE 10 2006 046 915 B3中描述的多层系统。在此设定：所述腔室设有至少一个PVD覆盖层。此外规定：所述腔室设有多层系统。
根据本发明的另一种思路，在特别是柱形加工之后露出来的、滑动面的环岸宽度在0.05与0.45毫米之间。
活塞环基体可以由铸铁、铸钢或钢线材构成，其中，与所选择的原始材料相关，刮污棱边可以设置为尖棱的、倒圆的或设有斜面。
在铸铁活塞环中的刮污棱边例如可以构造成尖棱的(90°)，或可以分别根据要求以0.1毫米的半径倒圆。
在钢环的情况下，刮污棱边的区域可以构造成渗氮的或不渗氮的。在不渗氮的构造中，刮污棱边同样可以制成尖棱的(90°)。
在渗氮的钢环构造的情况下，根据需要可以具有如下的环构造：
-刮污棱边包含＜0.1毫米的径向收缩(Einzug)，钢制环岸和滑动面经过渗氮处理，其中，在活塞环成品后在PVD覆盖层的下边没有渗氮层。
-刮污棱边设有＜0.15毫米的斜面，钢制环岸和滑动面经过渗氮处理，其中，在成品环中在PVD覆盖层的下边保留有渗氮层。
因此分别根据材料和使用情况可以制造设置有至少一个耐磨层、优选PVD层、或者多层系统的活塞环、特别是压缩活塞环。
如果PVD层已经被视为唯一的覆盖层，该覆盖层在刮污棱边的区域内例如被柱形切削直到基材上，这样产生宽度可事先规定的不设层的环岸。
如果有多个磨损层，那么PVD覆盖层可以或者被磨削直到滑动面的基材或者仅仅如此程度地被磨削，即，在PVD覆盖层的下边保留有至少一个耐磨层(例如渗氮层)。
分别根据使用情况同样可以适当地使成品的和设有层的滑动面设有球形轮廓，例如通过研磨或珩磨。
附图说明
在附图中参照实施例示出本发明的内容并且在下文中加以说明。附图中：
图1为设有单侧腔室的活塞环的制造过程；
图2为设有完整腔室的活塞环的制造过程；
图3为如图1所示出的设有单侧腔室的活塞环的刮污棱边的不同的设计形式。
具体实施方式
图1包含三张图。上图示出的是活塞环基体1的放大示图，该活塞环基体已经设有单侧腔室2。在之后的刮污棱边3的区域内首先暂时保留环岸4。腔室2的底部5设有不同于柱形的球形轮廓6。
在中图中可以看到：在之后的滑动面7上涂覆有PVD覆盖层8，该覆盖层一方面遵循环岸4的轮廓且另一方面遵循底部6的轮廓。
备选地，也可以在底部6上或者环岸4上涂覆按照DE 10 2006 046915 B3的磨损保护层。
图1的下图现在示出的是成品的活塞环1’。在中图内还可以看到的环岸4被如此程度地切削，即，构成带有可事先规定的宽度b的环岸4’，该环岸现在还包含这个附图中尖棱的刮污棱边3。因此成品的活塞环1’只在腔室2的区域内具有PVD覆盖层8，而环岸4’在其宽度b上观察构造为不设层的。通过这个措施构成在运行状态中不断自动磨锐的刮污棱边3。同样可以看到与滑动面7径向对置的内周面7′以及上侧面和下侧面3’、3”。
图2同样示出三张图，其中，在上图中示出的活塞环基体1包含所谓的完整腔室(Vollkammer)2，在该完整腔室上有两个外环岸4。此处底部5也构造有直线倾斜地延伸的轮廓6。柱形用虚线标出。
在图2的中图中可以看到，在之后的滑动面7上涂覆单独的PVD覆盖层8或多层系统，其不仅遵循环岸4的轮廓而且还遵循底部5的轮廓。与图1不同的是，之后的刮污棱边3不是构造成尖棱的，而是具有可事先规定的尺寸的半径。同样与图1不同的是，当前的环岸4’的区域内的滑动面7具有事先规定的宽度b，并且所述滑动面7不仅在现在给出的环岸4’的区域内而且还在腔室2的区域内承受圆形研磨过程。同样可以看到内周面7’、上部侧面3’和下部侧面3”。
图3示出的是成品的活塞环1的不同的设计形式。轮廓以图1的下图为原形。在图3的上图中可以看到尖锐的刮污棱边3以及环岸4′，该环岸在这个示例中应该具有在0.05与0.45毫米之间的宽度。
在图3的中图中可以看到：刮污棱边3应该具有最大为0.1毫米的半径R。
图3的下图示出：环岸4’经过总宽度为最大0.15毫米的斜面9进入活塞环1的下部的环侧面(Ringflanke)中。

Claims (11)

1.用于制造活塞环(1’)的方法，其中，具有径向外滑动面(7)、径向内周面(7’)以及在其间延伸的侧面(3’，3”)的金属基体(1)在滑动面侧设有腔室(2)；至少所述腔室(2)的底部(5)设有不同于柱形的轮廓(6)；所述滑动面(7)包括所述腔室(2)设有至少一个耐磨层；其中，至少一个磨损层至少部分被切削，以构成具有能够事先规定的宽度(b)的带有刮污棱边(3)的环岸(4’)，其特征在于：对所述滑动面(7)的和/或所述腔室(2)的至少部分区域进行渗氮处理，而且接着为所述滑动面(7)设置PVD覆盖层(8)或多层系统，其中，所述刮污棱边(3)设有以最大为0.1毫米的半径(R)进入所属的侧面(3”)的倒圆。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：机械引入至少所述腔室(2)的底部(5)的相应的轮廓(6)。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述腔室(2)设有直线倾斜地或拱形地延伸的轮廓(6)。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：在钢环的情况下，所述刮污棱边(3)的区域设置为渗氮的形式。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：在不渗氮的构造中，所述刮污棱边(3)构造成尖棱的。
6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：使用由铸铁或铸钢构成的基体(1)。
7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：使用由钢线材构成的基体(1)。
8.压缩活塞环，其按照如权利要求1至7之任一项所述的方法制成。
9.如权利要求8所述的压缩活塞环，该压缩活塞环在滑动面侧设有单侧腔室或设有完整腔室，其中，在滑动面(7)的设有腔室的区域内、在底部侧引入不同于柱形的轮廓(6)，而且所述滑动面(7)的腔室(2)在压缩活塞环的成品状态中设有至少一个耐磨层。
10.如权利要求8或9所述的压缩活塞环，其特征在于：所述腔室(2)设有至少一个PVD覆盖层(8)。
11.如权利要求8或9所述的压缩活塞环，其特征在于：所述腔室(2)设有多层系统。
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