专利名称：活塞环的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种用于内燃机活塞的活塞环和一种制造这种活 塞环的方法，该活塞环包括一个环体、形成环开口的开口端及一个决 定环外径的环工作面和一个决定环内径的环内表面。
背景技术：
这种活塞环的用途为，在内燃机中将燃烧室与曲轴箱密封，同 时将在工作过程中在燃烧室中产生的热量通过活塞环的工作面从活 塞传递到气缸上去。为了完成此任务，活塞环在活塞运动时必须密封 地紧贴气缸壁。这时尤其是活塞环从环开口延伸出的开口端承受较高 的热负荷，这由于在活塞环上所产生的内应力而导致作用于开口端的 径向压力增大。在开口端的区域内的该增大的点力引发更高的压紧力 及由此导致工作面在开口端上的磨损，以及可能导致在相邻区域内的 径向压力变弱，这可能会导致所不希望的环工作面与气缸壁之间不密
为了克服这个缺点，在己知的这种类型的活塞环中建议通过赋 予活塞环特定的形状，即通过增大或縮小横截面，尤其是环开口区域 内，来削弱出现的不平衡的径向压力。这种类型的已知实施形式在德
国专利文献DE 100 41 802 C1和欧洲专利申请EP 0253069 Al中都 有描述。然而，按此方法塑造的活塞环并不能十分满意地解决这个问 题。
发明内容
因此本发明的任务在于，构造一种符合这种类型的活塞环，使 得在工作过程中在整个活塞环的周边上产生的径向压力尽可能均衡。 解决方案是一种具有权利要求1所描述的特征的活塞环。根据本发明进行如下设计在环体上在每个开口端的区域内分别设置一个 由与环体材料不同的材料组成的区段，以及这些区段的材料的热膨胀 系数小于环体材料的热膨胀系数。此外，本发明还介绍了一种制造这 种活塞环的方法，在该方法中，活塞环由一个带状的半成品弯成圆形 而得到，其中，构成这些区段的材料在活塞环弯成圆形之前己经设置 在带状的半成品上了。
本发明的基本构思是，通过在开口端区域内设置用单独的材料 制成的区段，来平衡在端头处由高的热负荷引起的作用于开口端上的 增大的径向压力。这种材料与环体所用材料的区别在于它有较小的热 膨胀系数。借此可以达到如下效果在开口端区域内高的热负荷不再 像以前一样使得开口端向气缸壁方向扩张，而是使得开口端能够基本 上保持在它们的期望位置上。因此，基本上避免了现有技术条件下在 开口端区域内观测到的增大的点力，从而也使得在活塞环的相邻区域 内的径向压力不再减弱，而是基本上保持恒定。因此，在开口端区域 内也不再会出现在开口端区域内的工作面磨损增加或者环工作面与 气缸壁之间的不密封。本发明的活塞环也可容易生产，尤其是采用本 发明的方法。
有利的改进方案可由从属权利要求中得出。
只要能实现本发明所带来的效果，本领域技术人员可以任意选 择根据本发明设计的区段的形状和布置方式。这些区段比如可以分别 至少部分是覆盖活塞环的一个开口端的整个横截面，但是，比如也可 以只覆盖活塞环的一个开口端朝向环内表面的部分横截面。这些区段 也可以比如具有从相应的开口端开始不断减小的，或呈阶梯状减小 的，或也可以保持恒定的部分横截面。以有利的方式，这些区段可以 占据整个环宽尺寸的10%到100%。
本发明的另一个设计方案设计为，这些区段从相应的开口端开 始覆盖一个角度为从15度到45度的圆弧。这样的尺寸通常足以达到 本发明的效果。
通常环体是由钢或铸铁制成的，而这些区段的材料例如可以考 虑络，钼，鸨，钛，硬质合金材料或者因瓦合金。
5本发明的区段可以根据在个别情况下所使用的材料，通过任意 的方式与环体连接，比如，通过等离子-或HV0F-喷涂，激光焊接， 电镀层，冷喷涂，金属镀层，摩擦焊接，粘贴，钎焊，铸造或复式铸 造。
最后，可以通过大家所熟知的方式至少给本发明的活塞环的工
作面配备一种具有高耐磨强度的材料。比如铬，PVD-涂层，HV0F-涂 层或者诸如此类。
接下来借助于附图介绍一下本发明的实施例。这里描绘的是示 意图，并不按其真实比例。
图la示出了本发明的活塞环的一种实施例的俯视图lb示出了如图la的活塞环沿图la中的Ib - Ib线的截面图1C示出了带有一层涂层的活塞环按照图lb的截面图2a示出了本发明的活塞环的另一种实施例的俯视图2b示出了如图2a的活塞环沿图2a中的lib - lib线的截面
图2c示出了带有一层涂层的活塞环按照图2b的截面图3示出了用于制造如图2a的活塞环所需的半成品的俯视图。
具体实施方式
图la和lb展示了用于内燃机活塞的本发明的活塞环10的第一 个实施例。活塞环10由钢或铸铁制成并具有一个环体11，该环体的 横截面大致为长方形。活塞环10沿其外周面具有一个决定活塞环10 外径的环工作面12。此外，活塞环IO还具有一个决定环内径的环内 表面13。最后，活塞环IO还具有一个由开口端15， 16形成并限定 的环开口 14。
活塞环IO在其开口端15， 16的区域内配置了区段17和18，这 两个区段由一种热膨胀系数小于环体11材料的热膨胀系数的材料制
6成。如图lb和lc中所示，在本实施例中，这两个区段17， 18覆盖 了开口端的整个横截面。
对于由钢或铸铁制成的环体11，比如铬，钼，钨，钛，硬质合
金材料或者因瓦合金适合用作这些区段的材料。区段17， 18根据所 用的材料，通过等离子或HVOF喷涂，激光焊接，电镀层，冷喷涂， 金属镀层，摩擦焊接，粘贴，钎焊，铸造或复式铸造等方式与环体相 连接。在本例中段17， 18覆盖了活塞环10占据30度的角度a —个圆弧。
从图c中可以看出，活塞环10配置了由一种具有高耐磨强度的 材料所制成的涂层19。这种涂层及其制造方法己经为大家所熟知。
图2a和2b展示了用于内燃机活塞的本发明的活塞环20的另一 个实施例。活塞环20由钢或铸铁制成并具有一个环体21，该环体21 的横截面大致为长方形。活塞环20沿其外周面具有一个决定活塞环 20外径的环工作面22。此外，活塞环20还具有一个决定环内径的环 内表面23。最后，活塞环20还具有一个由开口端25， 26形成并限 定的环开口 24。
活塞环20在其开口端25， 26的区域内配置了区段27和28，这 两个区段由一种热膨胀系数小于环体21材料的热膨胀系数的材料制 成。如图2b和2c中所示，在本实施例中，这两个区段27， 28分别 覆盖了活塞环20的每个开口端25， 26的朝向环内表面23的部分横 截面。在本例中，区段27， 28的形状大致为楔形，也就是说，区段 27， 28从开口端25， 26开始具有不断减小的部分横截面。当然，这 两个区段也可以设计成具有呈阶梯状减小或者始终保持不变的部分 横截面。最后，这两个区段可以在相应的开口端处覆盖整个横截面， 就像图la所描述的那样，并具有从此处开始不断减小或呈阶梯状减 小的部分横截面。
对于由钢或铸铁制成的环体21，比如铬，钼，钨，钛，硬质合 金材料或者因瓦合金适合用作这些区段的材料。区段27， 28根据所 用的材料，通过等离子或HVOF喷涂，激光焊接，电镀层，冷喷涂， 金属镀层，摩擦焊接，粘贴，钎焊，铸造或复式铸造等方式与环体相连接。在本例中，区段27， 28覆盖了活塞环20占据30度的角度a 的一个圆弧。
从图2c中可以看出，活塞环20配置了由一种具有高耐磨强度 的材料制成的涂层29。这种涂层及其制造方法已经为大家所熟知。
图3示意地展示了一种以熟悉的方式用于制造活塞环的带状的 半成品30。在本实施例中，该半成品30被设计用于制造如图2a的 活塞环20并具有一个基体，该半成品具有一个在其两端区域内配备 了区段27， 28的基体31。
权利要求1. 用于内燃机活塞的活塞环(10，20)，该活塞环包括一个环体(11，21)，形成一环开口(14，24)的开口端(15，16；25，26)以及一个决定环外径的环工作面(12，22)和一个决定环内径的环内表面(13，23)，其特征在于，在环体(11，21)上在每个开口端(15，16；25，26)的区域内分别设置一个由区别于环体(11，21)材料的其他材料所制成的区段(17，18；27，28)，且这些区段(17，18；27，28)的材料的热膨胀系数小于环体(11，21)材料的热膨胀系数。
2. 按照权利要求l的活塞环，其特征在于，所述区段(17， 18) 至少部分是覆盖了活塞环(10)开口端(15， 16)的整个横截面。
3. 按照权利要求1的活塞环，其特征在于，所述区段(27， 28) 分别覆盖了活塞环(20)的一个开口端(25， 26)朝向环内表面的部 分横截面。
4. 按照前述权利要求中任意一项的活塞环，其特征在于，每个 区段(17， 18; 27， 28)具有从开口端(15， 16; 25， 26)开始不断 减小或呈阶梯状减小的部分横截面。
5. 按照权利要求1到3中的任意一项的活塞环，其特征在于， 每个区段(17， 18; 27， 28)具有从开口端(15， 16; 25， 26)开始 保持不变的部分横截面。
6. 按照权利要求1的活塞环，其特征在于，所述区段(17， 18; 27， 28)从相应的开口端(15， 16; 25， 26)开始覆盖了占据15度 到45度的角度(ct )的一个圆弧。
7. 按照权利要求1的活塞环，其特征在于，所述区段(17， 18; 27， 28)占据了整个环宽尺寸的10%到100%。
8. 按照权利要求1的活塞环，其特征在于，所述区段(17， 18; 27， 28)通过等离子或HVOF喷涂，激光焊接，电镀层，冷喷涂，金 属镀层，摩擦焊接，粘贴，钎焊，铸造或复式铸造方式与环体(11， 21)相连接。
9. 按照权利要求1的活塞环，其特征在于，设计所述区段(17,18; 27， 28)的材料采用铬，钼，钨，钛，硬质合金材料或者因瓦合 金。
10. 按照权利要求1的活塞环，其特征在于，环体(11, 21) 由钢或铸铁制成。
11. 按照权利要求1的活塞环，其特征在于，至少在其环工作 面(12， 22)上配备一种具有高耐磨强度的材料，如铬，PVD涂层， ,F涂层。
专利摘要本实用新型是关于一个用于内燃机活塞的活塞环(10，20)，该活塞环包括一个环体(11，21)、形成活塞环开口(14，24)的两个开口端(15，16；25，26)及一个决定环外径的环工作面(12，22)和一个决定环内径的环内表面(13，23)。本实用新型进行如下设计在环体(11，21)上的每个开口端(15，16；25，26)的区域内分别设置一个由区别于环体(11，21)材料的其他材料所制成的区段(17，18；27，28)，这些区段(17，18；27，28)材料的热膨胀系数小于环体(11，21)材料的热膨胀系数。
文档编号F02F5/00GK201269146SQ200820116479
公开日2009年7月8日 申请日期2008年6月30日 优先权日2007年6月28日
发明者W·伊斯勒 申请人:马勒国际公司