KR101893774B1 - 복합재 코팅을 갖는 피스톤 링 - Google Patents

복합재 코팅을 갖는 피스톤 링 Download PDF

Info

Publication number
KR101893774B1
KR101893774B1 KR1020137034599A KR20137034599A KR101893774B1 KR 101893774 B1 KR101893774 B1 KR 101893774B1 KR 1020137034599 A KR1020137034599 A KR 1020137034599A KR 20137034599 A KR20137034599 A KR 20137034599A KR 101893774 B1 KR101893774 B1 KR 101893774B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
piston ring
piston
thermal expansion
intermediate layer
resistant layer
Prior art date
Application number
KR1020137034599A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20140035449A (ko
Inventor
디르크 배렌로이터
크리스토프 브라들
Original Assignee
페데랄-모굴 부르샤이트 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 페데랄-모굴 부르샤이트 게엠베하 filed Critical 페데랄-모굴 부르샤이트 게엠베하
Publication of KR20140035449A publication Critical patent/KR20140035449A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101893774B1 publication Critical patent/KR101893774B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F5/00—Piston rings, e.g. associated with piston crown
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/26—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction characterised by the use of particular materials

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Abstract

본 발명은, 제 1 열팽창 계수를 갖는 재료의 피스톤 링 기본 요소(4), 및 상기 피스톤 링(2)의 반경 방향 외부면에 배열되고, 제 1 열팽창 계수보다 작은 제 2 열팽창 계수를 갖는 재료로 만들어진 내마모층(8)을 갖는, 피스톤 링에 관한 것으로, 피스톤 링은, 상기 피스톤 링 기본 요소(4)와 내마모층(8) 사이에 배열된 중간층(6)을 더 포함하며, 상기 중간층은 제 1 열팽창 계수보다 큰 제 3 열팽창 계수를 갖는 재료로 만들어진다.

Description

복합재 코팅을 갖는 피스톤 링 {PISTON RING WITH COMPOSITE COATING}
본 발명은 일반적으로 피스톤 엔진용 피스톤 링들에 관한 것으로, 보다 자세하게는 내연 기관용 피스톤 링들에 관한 것이다.
실린더의 피스톤 링/내벽의 마찰 페어링(tribological pairing)을 개선하기 위해서, 상이한 런-인(run-in) 및/또는 내마모 코트들로 외부측 상에서 피스톤 링들을 코팅하는 것이 오랫동안 공지되어 있다.
각각의 코팅 또는 층은, 기본 재료와 상이한 열팽창계수들을 갖는 상이한 런-인 및 내마모 코팅을 갖는 피스톤 링의 외부 측 상에서, 정상 온도와 작동 온도 사이에서의 이행 중 일종의 이종 금속효과를 포함한다. 이러한 이종 금속 효과는 실린더의 작용면(running surface) 상으로의 피스톤 링의 접촉 압력 및 접촉 압력의 분포에 영향을 준다. 이종 금속 효과는 표준 열팽창의 효과들 및 재료 강도에 대한 워밍의 잠재적 효과들에 덧붙여진다.
완벽하게 코팅된 피스톤 링들은 종래 기술에서 이미 공지되어 있다. 게다가, 내부측 및 외부측 상에 내마모 코팅이 제공되고 피스톤 링의 내부측 및 외부측을 코팅하는 것을 허용하는 코팅 방법들로 코팅되고 있는 피스톤 링들이 공지되어 있다. 피스톤 링들의 내부측 또는 오히려 내부면의 코팅은, 일반적으로 피스톤 링의 내부면이 부하를 받지 않기 때문에, 일반적으로 값비싼 코팅 재료의 낭비(waste)로서 간주된다.
DE　7608044　U1, JP　2005351460　A, JP　2008057671　A 및 GB 440의 문헌들로부터, 상이한 피스톤 링들이 이중 금속 구조들을 사용하는 것으로 이미 알려져 있다.
피스톤 링들의 문제를 다루는 상이한 공지 공보들이 존재한다. EP　2206937　(A1)은 일체형 압축 스프링을 갖는 피스톤 링을 개시하며, US 2010140880 (A1)은 코팅된 상부 및 하부 면을 갖는 피스톤 링을 개시하며, US　2010127462 (A1)은 피스톤 링의 러닝 면/외부 면 상에 다층 코팅을 갖는 피스톤 링에 관한 것이다.
다른 한편으로, DE 102005063123　(B3)은 피스톤 링의 런닝 면/외부 면 상에 층을 갖는 피스톤 링을 개시한다. 또한, EP　2183404　(A1)은 외부 면 상에 코팅을 갖는 피스톤 링을 도시한다. EP　2119807　(A1)은 외부 면 상에 내마모 코팅을 갖는 피스톤 링에 관한 것이다. WO 2008151619　(A1)은 피스톤 링 그루브에 경사지도록 구성된 피스톤 링을 개시한다.
외부 면 상에 코팅을 갖는 공지된 피스톤 링들에 의해, 원치않는 이종 금속 효과들이 발생하는 것을 유발할 수 수 있으며, 여기서 온도 상승 상태에서, 피스톤 링들의 외부 코팅은 피스톤 링의 재료 자체를 상이한 방식으로 팽창시켜, 피스톤 링의 결과적으로 발생하는 반경 방향 압력 분포 또는 텐션에 영향을 미칠 수 있다. 통상적으로, 코팅이 통상적으로 단지 피스톤 링의 횡단면적의 무시할 수 있는 부분을 만들며, 코팅의 강도(strength)가 피스톤 링의 재료의 강도보다 단지 약간 높기 때문에, 이러한 효과들은 무시할 수 있다.
현대의 내마모 코팅에 의해, 내마모 코팅의 경도(hardness) 증가로 인해, 이종 금속 효과들이 피스톤 링들 상에서 발생할 수 있으며, 이는 피스톤 링에 의해 부과되는 반경 방향 압력 및 피스톤 링의 결과적으로 발생하는 반경 방향 압력 분포가 온도 상승에 의해 변화하는 것을 유발할 수 있다.
이러한 효과는 코팅되지 않거나 완전히 코팅된 피스톤 링들에 의해 발생하지 않는다.
본 발명의 목적은, 개선된 반경 방향 압력 분포를 갖는 내마모 코팅을 피스톤 링에 제공하는 데에 있다.
이종 금속 효과를 제거하기 위한 종래의 접근법은, 다른 표면의 코팅을 중단하거나 단지 일부들만을 코팅하는데에 있을 수 있다. 또한, 이종 금속 효과에 기인한 변화가 피스톤 링의 설계에서 이미 고려되도록 숙련공이 냉간 상태(cold state)에서 피스톤 링의 형태를 변화시키는 것이 예상될 수 있다. 피스톤 링의 반경 방향 압력 분포의 편차들을 회피하기 위해서, 숙련공은, 피스톤 링이 이종 금속 효과에 의한 작동 온도에서 소망하는 반경 방향 압력 분포를 나타내는 방식으로 피스톤 링을 형성할 것이다.
이종 금속 효과는 특히, 피스톤 링의 간극(clearance)/갭의 영역에 영향을 미치며, 즉, 갭에서의 링의 단부들이 외부 방향을 향해 가압된다. 이러한 효과는, "엔드 스크래칭(end scratching)" 또는 엔드 바이팅(end biting)"으로서 공지되어 있다. 이러한 효과는, 피스톤 링의 둘레의 나머지 상에서보다 링 단부들 상에서 훨씬 더 큰 부하를 유발한다. 내마모층은, 피스톤 링의 단부 영역에서 마멸(abraded)될 수 있어, 이 영역에서, 피스톤 또는 피스톤 링의 표면 벗겨짐(galling)의 위험이 존재한다.
지금까지, 이 효과는 이들이 피스톤 링의 단부들/갭의 영역에서 단지 저압을 부과하도록 제조중 링을 예비 성형함으로써 회피되고 있다. 그러나, 이러한 조치는 충분치 않은 것으로 증명된다.
본 발명에 따르면, 이종 금속 효과는 내마모층과 피스톤 링 사이에 중간층/코팅을 도포함으로써 회피된다. 중간층은, 내마모층과 피스톤 링 사이에 이종 금속 효과를 상당히 감소 또는 제거하는 방식으로 선택되는 치수들 및 열팽창 계수를 갖는다.
내마모층의 더 큰 경도 및 견고함으로 인해, 내마모층은, 피스톤 링의 재료보다 더 낮은 열팽창 계수를 갖는다. 내마모층으로 인해, 온도가 상승할 때 이종 금속 효과에 의해 피스톤 링이 외측방으로 구부러지며, 이는 갭의 영역에서 가장 큰 영향을 미친다.
내마모층 및 피스톤 링의 재료보다 더 큰 열팽창 계수를 갖는 중간층 또는 코팅이 그 사이에 도포되면, 양자 모두의 이종 금속 효과들은 이상적인 경우에 균형을 맞춘다. 이는, 피스톤 링의 두께의 치수가 2 개의 상이한 층들의 두께들을 상당히 초과함에 따라 가능하다. 이에 따라, 내마모층 및 중간층은 코팅된 피스톤 링의 중립축(neutral axis)의 일측 상에 놓인다.
내마모층 및 중간층의 모두 6 개의 파라미터들, 즉 3 개의 열팽창계수들 및 피스톤 링의 3 개의 두께 치수들에 의해, 임의의 소망하는 이중 금속 효과가 보상되거나 균형을 맞출 수 있다.
본 발명에 따르면, 이는, 피스톤 링(예컨대, 주철 또는 강)이 피스톤 링의 재료보다 더 높은 열팽창계수를 갖는 중간층으로 외부측 상에서 먼저 코팅되는 것으로 성취된다. 제 2 단계에서, 내마모층은 중간층의 외부측 상에 도포되며, 여기서, 내마모층은 피스톤 링의 재료보다 더 낮은 열팽창계수를 갖는다. 중간층 및 내마모층의 두께들이 피스톤 링의 전체 두께보다 실질적으로 작다면, 이는 유리할 것이다.
본 발명은, 2 개의 동일한 이종 금속 조합물들의 조합에 근접하게 나타내며, 여기서 이의 효과들은 밸런스 또는 균형을 맞춘다. 본 발명은 피스톤 링의 이중 코팅을 사용한다. 한편으로는, 피스톤 링과 내마모층 사이의 효과들, 그리고 다른 한편으로, 내마모층과 중간층 사이의 효과들은, 피스톤 링이 소망하는 온도 거동을 나타내는 방식으로 선택될 수 있다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 내연기관용 피스톤 링이 제공된다. 피스톤 링은, 제 1 열팽창 계수를 갖는 재료의 피스톤 링 기본 요소를 포함한다. 피스톤 링은, 피스톤의 반경 방향 외부면 상에 배열된 내마모층을 포함한다. 내마모층은 제 1 열팽창 계수보다 더 작은 제 2 열팽창 계수를 갖는 재료로 구성된다. 게다가, 피스톤 링은 피스톤 링 기본 요소와 내마모층 사이에 배열된 중간층을 포함한다. 중간층은 제 1 열팽창 계수 및 제 2 열팽창 계수보다 더 큰 제 3 열팽창 계수를 갖는 재료로 구성된다.
다른 실시예에서, 내마모층의 두께는 중간층의 두께보다 더 작으며, 내마모층의 및 중간층의 총 두께들은 피스톤 링 기본 요소의 반경 방향으로의 두께의 20 % 보다 더 작다. 이에 의해, 양자 모두의 층들이 피스톤 링의 중립 축의 동일 측 상에 위치되는 것이 보장되어, 이 효과들이 서로에 대해 반대로 작용할 수 있다.
이에 따라, 피스톤 링은 2 개의 사실상 3 개의 이종 금속들의 중첩(superposition)을 형성한다. 제 1 이종 금속은, 종래 기술에서 공지된 바와 같이, 피스톤 링 기본 요소와 내마모층 사이에 형성된다. 제 2 이종 금속은, 중간층과 피스톤 링 기본 요소 사이에 형성되며, 내마모층과 피스톤 링 기본 요소 사이에서 이종 금속 효과에 대항하여 작동한다. 제 3 이종 금속은, 내마모층과 중간층 사이에 형성된다. 제 3 이종 금속은 매우 상이한 열팽창계수들을 갖는 2 개의 금속들로 만들어짐에 따라 가장 강한 효과를 나타내어야 한다. 그러나, 제 3 이종 금속은, 2 개의 코팅들에 의해 발생될 수 있는 힘들로 인해, 피스톤 링의 치수에 비해 내마모층 및 중간층의 작은 두께들로 인해, 무시할 수 있다.
바람직한 중간층은 내마모층보다 1.5 배 내지 15 배 두꺼우며, 바람직하게는 3 배 내지 8 배 그리고 더 바람직하게는 6 배 내지 8 배 두껍다. 상이한 두께들은 각각의 재료들의 상이한 강도들을 위해 보상된다.
일 실시예에서, 중간층에는 원주방향으로의 두께 편차가 제공되어, 원주 방향으로 가변하는 이종 금속 효과가 성취되고, 반경 방향 압력의 분포를 개선한다. 중간층의 두께의 편차는, 피스톤 링 기본 요소의 재료 그리고 내마모층의 재료 보다 낮은 재료의 강도(열팽창계수와 관련됨)로 인해, 작업하기에 용이해야 한다. 이에 따라, 제조중, 원주 방향으로의 두께 편차를 나타내기 위해서 중간층의 도포 중 또는 도포 후에 중간층을 작업할 수 있다. 바람직하게는, 중간층은 갭의 영역에서 더 두꺼우며, 거기서 내마모층과 피스톤 링 사이에서 이종 금속 효과를 더 강하게 상쇄시킨다.
일 실시예에서, 피스톤 링 기본 요소는, 원주 방향으로 두께 편차가 제공되어, 원주방향으로 가변하는 이종 금속 효과를 성취하며, 이에 의해 반경 방향 압력의 분포를 개선한다. 이 실시예는, 한편으로는 중간층과 피스톤 링 기본 요소 사이에서 이종 금속 효과를 증가시키고 다른 한편으로 피스톤 링의 탄성을 증가시키기 위해서, 특히 더 두꺼운 중간층과 조합하여 작용할 수 있다. 반경 방향으로의 피스톤 링의 더 작은 두께에 의해, 피스톤 링이 더 가요적으로 되고, 이종 금속 효과가 증가된다.
추가의 실시예에서, 피스톤 링 및/또는 피스톤 링 기본 요소는 비원형(un-round)으로 형성된다. 비원형 형태는 냉간(cold) 미설치 상태와 관련된다. 비원형 형태는, 실린더의 내벽과 함께 작동 온도에서 이종 금속 효과가 반경 방향 압력의 호의적인 분포를 갖는 라운드 형태를 피스톤 링에 부여하도록, 작용한다.
바람직하게는, 피스톤 링 기본 요소는 주철 재료 또는 강 재료로 만들어진다. 주철 재료들 또는 강재료들은 실제로 피스톤 링들을 위해서 가장 보편적이며, 가장 값싼 재료들이다.
피스톤 링에는, 바람직하게는, PVD 프로세스에 의해 도포되는 내마모층이 제공된다.
추가로, 예시적 일 실시예에서, 중간층은 구리 또는 구리 재료로 만들어진다. 대략 1000℃인 구리의 용융점과 같은 구리의 재료 특성들로 인해서, 구리는 충분히 내열성이 있다. 구리는, 또한 중간층과 내마모층 또는 피스톤 링 기본 요소 사이에 파단들의 형성을 회피하기에 호의적인 범위인 40 %의 파단 변형율(fracture strain)을 나타낸다.
일 실시예에서, 내마모층은, 각각 피스톤 링 기본 요소 또는 중간층의 축 방향에서 볼 때, 외부면의 단지 일부에만 도포된다. 추가로, 피스톤 링의 외부면의 단지 일부에만 중간층을 제공하거나, 피스톤 링이 도포된 후에 이를 제거하는 것이 예상된다. 이에 따라, 본 발명은, 또한 특별히 오일 스크레이핑 링(oil scraping ring)들에 의해 사용될 수 있다.
추가의 실시예에서, 제 1 열팽창 계수는 8 내지 12*10-6/K이며, 제 2 열팽창 계수는 2 내지 5*10-6/K이며, 제 3 열팽창 계수는 16 내지 90*10-6/K이다. 이러한 범위들에서, 호의적인 효과들이 예상되며, 피스톤 링 코팅들과 관련한 현재 문제들이 회피된다.
유리하게는, 런-인 층이 내마모층 상에서 피스톤 링의 외부측 상에 도포된다. 이러한 층은, 엔진의 전체 런-인 프로세스에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다.
도면들에서, 본 발명은 예시적 실시예들에 기초하여 설명된다.
도 1은 종래의 피스톤 링의 평면도를 도시한다.
도 2는 내마모층을 갖는 종래의 피스톤 링의 평면도를 도시한다.
도 3은 중간층이 제공된 본 발명에 따른 피스톤 링의 평면도를 도시한다.
도 4는 내마모층 및 중간층을 갖는 본 발명에 따른 피스톤 링의 평면도를 도시한다.
도 5는 종래의 피스톤 링의 횡단면도를 도시한다.
도 6은 내마모층을 갖는 종래의 피스톤 링의 횡단면도를 도시한다.
도 7은 내마모층 및 중간층이 제공된, 본 발명에 따른 피스톤 링의 횡단면도를 도시한다.
도 8은 추가의 런-인(run-in) 층이 제공된 도 7의 피스톤 링의 횡단면도를 도시한다.
도 9는 피스톤 링의 외부면의 단지 일부에만 내마모층이 제공된, 도 7의 피스톤 링의 추가의 실시예를 도시한다.
도면들의 하기의 상세한 설명에서, 명세서뿐만 아니라 도면들에서 동일하거나 유사한 요소들 또는 구성요소들을 위해 동일한 도면 부호들이 사용된다. 도면들은, 단지 예시를 위한 것이며, 실척(scale)이 아니라, 단지 개략적인 표시들을 나타낸다.
도 1은 어떠한 코팅도 없이 하나의 재료로 만들어진 종래의 피스톤 링(2)의 평면도를 도시한다. 피스톤 링 기본 요소(4)는 거의 폐원호(closed circular arc)이다. 피스톤 링(2)의 갭에서의 단부들은 짧은 화살표들로 나타내는 바와 같이, 실린더의 내벽 상에 작은 힘을 부과한다. 피스톤 링은, 이종 금속(bimetal) 효과를 나타내지 않으며, 이에 따라, 이러한 힘은 온도가 상승하는 경우 또는 작동 온도에 도달된다면, 현저하게 변하지 않는다.
도 2는 내마모층(8)을 가지며 하나의 재료인 종래의 피스톤 링(2)의 평면도를 도시한다. 이 피스톤 링(2)은, 피스톤 링 기본 요소(4) 상에 도포되는 PVD-내마모층(8)을 갖는다. 내마모층(8)은 피스톤 링 기본 요소(4)의 재료보다 더 강하고 경질이다. 이에 따라, 내마모층은 피스톤 링 기본 요소(4)의 재료보다 더 낮은 열팽창 계수를 갖는다. 온도가 증가하는 경우, 이종 금속 효과가 피스톤 링의 단부들에서 발생하여, 단부들을 외부측으로 강제하며, 피스톤 링의 단부들의 증가된 마모를 유발한다. 이러한 증가된 마모로 인해, 피스톤 링의 단부들에서 증가된 접촉 압력이 실린더 내벽의 윤활 막에 의해 흡수될 수 없기 때문에, 엔진의 파괴를 유도하는 피스톤 고착(piston seizure)의 위험이 존재한다. 피스톤 링(2)의 단부들은, 더 긴 화살표들에 의해 나타내는 바와 같이, 실린더의 내벽 상에 강한 힘을 부과한다. 냉간 피스톤 링에 비해, 이러한 힘은 상당히 증가된다.
이러한 효과는 작동 온도에서 피스톤 링의 중단된 표시에 의해 도 2에 도시된다. 피스톤 링의 단부들에서 더 긴 화살표들은 실린더의 내벽 상에 피스톤 링의 단부들의 더 높은 접촉 압력을 가시화한다.
피스톤 링의 소성 변형에 의해 이러한 효과에 대항하여 작동 가능하지만, 이러한 소성 변형은 대다수의 경우에 충분하지 않다. 피스톤 링은, 이종 금속 효과에 의해 유발된 변형이 작동 온도로 가열될 때 평탄해지도록 미리 형성된다.
도 3은 단지 하나의 중간층(6)을 갖는 하나의 재료로 만들어진 종래의 피스톤 링(2)의 평면도를 도시한다. 이러한 피스톤 링 상에서, 구리 층(8)이 피스톤 링 기본 요소(4) 상에 도포된다. 중간층(6)은 피스톤 링 기본 요소(4)의 재료보다 더 낮은 강도를 갖는다. 이로써, 또한 중간층은 피스톤 링 기본 요소(4)의 재료보다 더 높은 열팽창 계수를 갖는다. 가열시, 이종 금속 효과는 특히, 피스톤 링의 단부들에서 발생하며, 이 단부들을 내방으로 강제하여, 피스톤 링의 단부들에서 감소된 마모를 유도한다. 중간층은, 피스톤 링 단부들에서 증가된 마모를 상쇄시킬 수 있다. 중간층은, 둘 이상의 보다 연질이며 또는 더 낮은 강도의 재료로 구성되며, 피스톤 링은, 이에 따라 전체 둘레에서 빠르게 연마되며, 따라서 증가된 마모를 유도한다.
짧은 화살표들에 의해 나타내는 바와 같이, 단지 중간층(6)이 제공되는 피스톤 링(4)의 단부들은 실린더의 내벽 상에 단지 작은 힘을 부과한다. 이러한 힘은 워밍시 또는 작동 온도에 도달할 때 감소된다.
이러한 효과는, 작동 온도에서 피스톤 링의 중단된 표시에 의해 도 3에 나타낸다. 피스톤 링의 단부들에서 더 짧은 화살표들은 실린더의 내벽 상에 피스톤 링의 단부들의 감소된 접촉력을 가시화한다. 중단된 선들은 워밍시 피스톤 링의 변형을 도시한다.
도 4는 내마모층 및 중간층을 갖는 하나의 재료로부터 본 발명에 따른 피스톤 링(2)을 도시한다. 본 실시예에서, 중간층(6) 및 PVD 내마모층(8)은, 피스톤 링 기본 요소(4) 상에 도포된다. 층들의 적절한 재료 상수(material constant)들 및 적절한 두께가 선택된다면, 전술한 이종 금속 효과들이 바로 균형을 이룰 수 있다. 이와 함께, 피스톤 링의 단부들의 접촉 압력이 모든 온도 범위들에서 소망하는 수준으로 유지될 수 있다. 이와 동시에, 피스톤 링의 작동 시간 및 이에 따라 엔진의 작동 시간이 증가될 수 있다. 본 발명에 의해, 증가된 접촉 압력의 통상의 문제점들을 허용하지 않고, 내마모층을 갖는 피스톤 링의 이점들을 성취할 수 있다. 본 발명의 다른 이점은, 피스톤 링의 외부면들만이 코팅되어야 하며, 이는 제조 방법에 따르면, 제조 프로세스의 상당한 단순화를 제공할 수 있다는 것이다.
도 5는 종래의 피스톤 링 또는 피스톤 링 기본 요소(2), 즉 도 1의 피스톤 링의 횡단면을 도시한다.
도 6은 피스톤 링 기본 요소(2) 및 내마모층(8)을 갖는 종래의 피스톤 링, 즉 도 2의 피스톤 링의 횡단면을 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 피스톤 링(2)의 횡단면도를 도시하며, 여기서, 중간층(6) 및 내마모층(8)이 피스톤 링 기본 요소(4) 상에 도포된다.
도 8은 추가의 런-인 층(10)을 갖는 도 7의 피스톤 링의 횡단면도를 도시한다.
도 9는 도 7의 피스톤 링의 추가의 실시예를 도시하며, 여기서 내마모층(8)이 단지 피스톤 링(2)의 외부면의 일부 상에만 도포된다. 이 실시예는, 특히 2 개 또는 3 개의 리지들과 실린더 내벽만을 접촉하는 오일 스크레이핑 링들이 실린더 내벽 상에 규정된 유막(oil film)을 형성하는데에 적합하다.
도면들에서의 표시들은 단지 개략적인 것이며, 실제 비율들을 표현하지 않는다. 설명된 실시예들의 추가의 조합이 또한 개시된 바와 같이 고려되어야 한다.

Claims (11)

  1. 내연 기관용 피스톤 링(2)으로서,
    제 1 열팽창 계수를 갖는 재료로 만들어진 피스톤 링 기본 요소(4), 및
    상기 피스톤 링(2)의 반경 방향 외부면에 배열되고, 제 1 열팽창 계수보다 작은 제 2 열팽창 계수를 갖는 재료로 만들어진 내마모층(8)을 포함하는, 내연 기관용 피스톤 링에 있어서,
    상기 피스톤 링 기본 요소(4)와 내마모층(8) 사이에 배열된 중간층(6)을 더 포함하고,
    상기 중간층은 제 1 열팽창 계수보다 큰 제 3 열팽창 계수를 갖는 재료로 만들어지고,
    상기 중간층은 원주 방향으로의 두께 편차를 나타내고, 상기 중간층은 상기 피스톤 링의 갭의 영역에서 더 두꺼운 것을 특징으로 하는,
    내연 기관용 피스톤 링.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 내마모층(8)의 두께는 중간층(6)의 두께보다 더 작으며, 내마모층(8)의 두께 및 중간층(6)의 두께는 피스톤 링 기본 요소(4)의 반경 방향으로의 두께의 20 % 보다 더 작은 것을 특징으로 하는,
    내연 기관용 피스톤 링.
  3. 삭제
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 피스톤 링 기본 요소(4)의 원주 방향으로의 두께 편차를 특징으로 하는,
    내연 기관용 피스톤 링.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 피스톤 링(2) 또는 피스톤 링 기본 요소(4) 또는 양자 모두는 비원형(un-circular)으로 형성되는 것을 특징으로 하는,
    내연 기관용 피스톤 링.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 피스톤 링 기본 요소(4)는 주철 또는 강 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는,
    내연 기관용 피스톤 링.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 내마모층(8)은 PVD 방법에 의해 도포되는 것을 특징으로 하는,
    내연 기관용 피스톤 링.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 중간층(6)은 구리 또는 구리 함유 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는,
    내연 기관용 피스톤 링.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 내마모층(8)은 피스톤 링 기본 요소(4) 및 중간층(6)의 외부 표면의 일부분에 단지 축 방향으로만 도포되는 것을 특징으로 하는,
    내연 기관용 피스톤 링.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    제 1 열팽창 계수는 8 내지 12*10-6/K이며, 제 2 열팽창 계수는 2 내지 5*10-6/K이며, 제 3 열팽창 계수는 16 내지 90*10-6/K인 것을 특징으로 하는,
    내연 기관용 피스톤 링.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 내마모층(8)의 외부측에 배열된 런-인(run-in) 층(10)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    내연 기관용 피스톤 링.
KR1020137034599A 2011-05-25 2012-05-24 복합재 코팅을 갖는 피스톤 링 KR101893774B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011076453.4 2011-05-25
DE102011076453A DE102011076453B4 (de) 2011-05-25 2011-05-25 Kolbenring mit Verbundbeschichtung
PCT/EP2012/059708 WO2012160138A1 (de) 2011-05-25 2012-05-24 Kolbenring mit verbundbeschichtung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140035449A KR20140035449A (ko) 2014-03-21
KR101893774B1 true KR101893774B1 (ko) 2018-08-31

Family

ID=46168459

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020137034599A KR101893774B1 (ko) 2011-05-25 2012-05-24 복합재 코팅을 갖는 피스톤 링

Country Status (10)

Country Link
US (1) US20140096736A1 (ko)
EP (1) EP2715194B1 (ko)
JP (1) JP5986192B2 (ko)
KR (1) KR101893774B1 (ko)
CN (1) CN103518088B (ko)
BR (1) BR112013023442A2 (ko)
DE (1) DE102011076453B4 (ko)
PT (1) PT2715194T (ko)
RU (1) RU2579537C2 (ko)
WO (1) WO2012160138A1 (ko)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BR102013012133A2 (pt) * 2013-05-15 2015-05-26 Mahle Metal Leve Sa Anel de pistão
DE102013009369B4 (de) * 2013-06-04 2015-05-07 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Kolbenrings
CN105351107B (zh) * 2015-11-26 2018-02-23 成都九十度工业产品设计有限公司 内燃机用蠕墨铸铁活塞环
CN106194484A (zh) * 2016-07-13 2016-12-07 邹敏 一种梯面内阶pvd扭曲活塞环
BR102017007599B1 (pt) * 2017-04-12 2022-07-26 Mahle Metal Leve S.A. Anel de pistão para motores de combustão interna
EP3828309A1 (de) * 2019-11-28 2021-06-02 Winterthur Gas & Diesel AG Kolbenring für einen grossmotor sowie grossmotor
DK180594B1 (en) * 2020-06-15 2021-09-30 Man Energy Solutions Filial Af Man Energy Solutions Se Tyskland A piston ring for use in a ring pack in a piston of a large two-stroke turbo-charged uniflow-scavenged internal combustion engine with crossheads

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060140800A1 (en) * 2004-12-29 2006-06-29 Bendix Commercial Vehicle Systems Llc Injection moldable piston rings
US20090278320A1 (en) * 2007-06-16 2009-11-12 Juliano Avelar Araujo Piston ring with chromium nitride coating for internal combustion engines
US20100127462A1 (en) * 2007-01-09 2010-05-27 Michael Buchmann Piston ring with a multilayer assembly, and a method for the production thereof
JP6025597B2 (ja) 2013-02-18 2016-11-16 本田技研工業株式会社 車両用通信装置

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE7608044U1 (ko) * Goetzewerke Friedrich Goetze Ag, 5673 Burscheid
US1179097A (en) * 1915-05-03 1916-04-11 Stephen D Hartog Piston-ring.
US2325298A (en) * 1940-08-14 1943-07-27 Llewellyn T Barnes Bimetallic piston ring
DE823076C (de) * 1949-11-17 1951-11-29 Ernst Mahle Dipl Ing Kolbenring aus Leichtmetall
JPS5872769A (ja) * 1981-10-23 1983-04-30 Hitachi Ltd ピストンリング
JPS6065956A (ja) * 1983-09-16 1985-04-15 Isuzu Motors Ltd セラミツクピストンリング
JPH0625597B2 (ja) * 1985-11-20 1994-04-06 株式会社リケン ピストンリング
CN2050510U (zh) * 1989-07-03 1990-01-03 张显利 复合式多功能密封装置
JPH04368A (ja) * 1990-04-17 1992-01-06 Riken Corp 耐摩耗性被膜及びその製造法
CN2080567U (zh) * 1990-12-05 1991-07-10 李常在 多层复合活塞环
CN2085448U (zh) * 1991-03-23 1991-09-25 臧玉清 两性材料活塞环
DE69421614T2 (de) * 1994-08-15 2000-12-07 Kabushiki Kaisha Riken, Tokio/Tokyo Gleitkörper
JP3266439B2 (ja) * 1994-12-29 2002-03-18 帝国ピストンリング株式会社 ピストンリングおよびその製造方法
JP3885375B2 (ja) * 1997-09-30 2007-02-21 帝国ピストンリング株式会社 ピストンリング
US20020175476A1 (en) * 2001-03-30 2002-11-28 Nippon Piston Ring Co., Ltd. Piston ring, and combined structure of piston ring and ring groove of piston
US20050067790A1 (en) * 2003-09-26 2005-03-31 Smith Thomas J. Piston ring having chromium coating
JP2005351460A (ja) * 2004-06-14 2005-12-22 Toyota Motor Corp ピストンリング
DE102005063123B3 (de) * 2005-12-30 2007-05-31 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Gleitelement, insbesondere Kolbenring, Verfahren zur Herstellung eines Gleitelements, Gleitsystem und Beschichtung für ein Gleitelement
JP2008057671A (ja) * 2006-08-31 2008-03-13 Toyota Motor Corp ピストンリング
US8597797B2 (en) * 2006-11-14 2013-12-03 Kabushiki Kaisha Riken Chromium nitride ion-plating coating and its production method, as well as piston ring used for internal combustion engine
US20100140880A1 (en) * 2006-11-24 2010-06-10 Toshikatsu Hayashi Piston ring
DE102007027223A1 (de) * 2007-06-13 2008-12-24 Mahle International Gmbh Kolbenring für den Kolben eines Verbrennungsmotors
DE102007029992A1 (de) * 2007-06-28 2009-01-08 Mahle International Gmbh Kolbenring
JP4915865B2 (ja) * 2007-07-27 2012-04-11 日本ピストンリング株式会社 圧力リング
DE102007035502A1 (de) * 2007-07-28 2009-02-05 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Kolbenring
US20090174150A1 (en) * 2008-01-08 2009-07-09 Thomas Smith Lateral side protection of a piston ring with a thermally sprayed coating
EP2206937B1 (en) * 2009-01-13 2013-06-05 Sauer-Danfoss ApS Improvements in or relating to Piston Rings
DE102009009744A1 (de) * 2009-02-19 2010-09-02 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Kompressionskolbenring
DE102010038868B4 (de) * 2010-08-04 2015-03-12 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Kolbenring mit Innenbeschichtung
DE102010062114B4 (de) * 2010-11-29 2014-12-11 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Gleitelement, insbesondere Kolbenring, mit einer Beschichtung
CN105190127B (zh) * 2012-12-31 2018-01-23 马勒国际有限公司 有双涂层的活塞环
US8986465B2 (en) * 2013-01-15 2015-03-24 Mahle Industries Inc. Piston ring with localized nitrided coating

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060140800A1 (en) * 2004-12-29 2006-06-29 Bendix Commercial Vehicle Systems Llc Injection moldable piston rings
US20100127462A1 (en) * 2007-01-09 2010-05-27 Michael Buchmann Piston ring with a multilayer assembly, and a method for the production thereof
US20090278320A1 (en) * 2007-06-16 2009-11-12 Juliano Avelar Araujo Piston ring with chromium nitride coating for internal combustion engines
JP6025597B2 (ja) 2013-02-18 2016-11-16 本田技研工業株式会社 車両用通信装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP2715194A1 (de) 2014-04-09
JP2014518996A (ja) 2014-08-07
WO2012160138A1 (de) 2012-11-29
DE102011076453A1 (de) 2012-11-29
RU2013154352A (ru) 2015-06-27
JP5986192B2 (ja) 2016-09-06
RU2579537C2 (ru) 2016-04-10
BR112013023442A2 (pt) 2016-12-13
US20140096736A1 (en) 2014-04-10
PT2715194T (pt) 2016-07-18
KR20140035449A (ko) 2014-03-21
DE102011076453B4 (de) 2013-08-01
EP2715194B1 (de) 2016-06-08
CN103518088A (zh) 2014-01-15
CN103518088B (zh) 2015-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101893774B1 (ko) 복합재 코팅을 갖는 피스톤 링
KR101617911B1 (ko) 슬라이딩 요소
KR101706527B1 (ko) 피스톤 링
JP5950999B2 (ja) ピストンリングの製造方法
JP5968341B2 (ja) ピストンリング
RU2649490C2 (ru) Скользящий элемент, в частности поршневое кольцо, с покрытием
JP2014507607A (ja) 内燃機関のピストンに用いられるピストンリングおよび該ピストンリングの製造方法
JP5463364B2 (ja) 内燃機関用オイルリング
RU2661352C2 (ru) Способ изготовления поршневого кольца
JP2013540242A (ja) ピストンリングの製造方法
JP2005291495A (ja) 金属系球面軸受
KR101624290B1 (ko) 압축 피스톤 링
JP2010518340A (ja) ピストンリング
US20160084380A1 (en) Piston ring
BRPI0903320A2 (pt) anel de pistão e processo de fabricação de um anel de pistão
EP3252351A1 (en) Piston ring
CN102933748A (zh) 用于内燃机中活塞的刮油环的螺旋形压缩弹簧以及涂覆螺旋形压缩弹簧的方法
JP4417481B2 (ja) 往復ピストン内燃機関用ピストン
JP5376668B2 (ja) ピストンリング
KR20190103186A (ko) 피스톤 링 및 그 제조 방법(piston ring and method for production of same)
US9995393B2 (en) Piston ring and method for manufacturing same
US11078868B2 (en) Piston ring
KR20180018493A (ko) 홈 밀봉부를 구비한 피스톤 링
JP2001295699A (ja) ピストンリング
RU80897U1 (ru) Поршень двигателя внутреннего сгорания

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant