用于制造活塞环的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于制造由铸铁或铸钢制成的活塞环的方法，其方式为，产生活塞环基体，该活塞环基体在周边上观察被至少一个具有可变层厚度的PVD层这样覆盖，使得在接口端部的区域中产生相对于活塞环基体的其余周边区域增大的层厚度，其中，这样加工活塞环基体，使得活塞环基体在非机动式的冷的运行状态中具有径向压力分布，在该径向压力分布中，接口端部在限定的圆周角上几乎不具有径向压力并且这样调节PVD层的可变层厚度，使得在活塞环温度在150℃以上时，在活塞环的整个环周边上产生几乎均匀的径向压力分布。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种根据权利要求1前序部分的用于制造由铸铁或铸钢制成的活塞环的方法。
技术介绍
一般已知的是，活塞环应设有耐磨层。在这里，多次将非常硬的PVD层沉积在作用面上。由发动机运转已知的是，特别是第一槽的活塞环在接口处比在环背部中具有更大的磨损。同时，PVD层有损于环在机动式运行中的径向压力分布。基于涂层和基本材料的不同的热膨胀(双金属效果)，压力在接口处增大并且因此有利于在该区域中的还要更大的磨损。这同样导致配合体的较大的载荷并且因此也导致配合体的较大的磨损。由JP2001-295699A可得出作用面被覆层的活塞环。活塞环的作用面设有硬的PVD层。在该PVD层上沉积有一个另外的层，该另外的层比硬的PVD层具有更好的磨合运转特性。通过这个措施，沿活塞环的周向观察应产生优化的压力分布，因为磨合运转层在活塞环的靠近接口的区域中相对快速地磨损。EP1359351B1涉及一种这种类型的方法。设有接口的基体置于旋转中并且围绕蒸发源旋转。通过不同的旋转速度(在基体的周边上观察)产生不同的层厚度。在这里，接口区域中的层厚度应大于在其余周边区域中的层厚度。基于活塞环基本材料和PVD层的不同的热膨胀系数，径向压力分布在发动机运行中从大约150℃的环温度起进行如下改变，即，在接口区域中构成增大的径向压力。
技术实现思路
本专利技术的任务在于，提高被PVD覆层的活塞环的使用寿命，其中，同时配合体不应遭受增大的磨损或者说增大的载荷。该任务通过如下方式得以解决，即，这样加工活塞环基体，使得活塞环基体在非机动式的冷的运行状态中具有径向压力分布，在该径向压力分布中，接口端部在限定的圆周角上几乎不具有径向压力并且这样调节PVD层的可变层厚度，使得在活塞环温度在150℃以上时，在活塞环的整个环周边上产生几乎均匀的径向压力分布。根据本申请的方法的有利扩展方案由所属的方法从属权利要求得出。该任务也通过一种按照根据本专利技术的方法制造的活塞环得以解决。这个活塞环的有利扩展方案由所属的物的从属权利要求得出。设有接口的活塞环包含由铸钢或铸铁制成的基体，在该基体的外周面上施加至少一个耐磨的PVD层，其中，PVD层在活塞环基体的靠近接口的区域中在限定的周边区域上观察就PVD层的材料厚度而言比在其余周边区域中构造得厚。根据本专利技术的另一个构思，在由铸钢材料或铸铁制成的、在100和200℃之间的温度范围内具有小于15×10-6/K的膨胀系数的活塞环基体上施加具有小于4×10-6/K的膨胀系数的PVD层。以有利的方式，PVD层在靠近接口的区域中的层厚度比在其余周边区域中的层厚度构造得厚20和40％之间。根据本专利技术的另一个构思，PVD层在靠近接口的区域中的层厚度为大于40和100μm之间，并且PVD层在其余周边区域中的层厚度为5和60μm之间。如果PVD层构造为多层覆层(例如AlTiN/CrN)或者构造为均质层、例如CrN、CrN(O)或包括直至15重量百分比的氧含量的CrN，PVD层以有利的方式在100和200℃之间的温度范围内具有小于4×10-6/K的热膨胀系数，其中，PVD层在活塞环背部的区域中的层厚度为大于等于5且小于40μm并且在靠近接口的区域中的层厚度为大于等于40且小于100μm。如果PVD层基于C构造，则根据本专利技术的另一个构思，PVD层在100和200℃之间的温度范围内具有小于2×10-6/K的热膨胀系数，其中，PVD层在活塞环背部的区域的层厚度为大于1且小于等于20μm并且在靠近接口的区域中的层厚度为最大30μm。根据需要，PVD层也可以设有纳米微粒。根据本专利技术的另一个构思，靠近接口的区域从相应的接口端部出发在10至40°的角度范围内设有较厚的PVD层。通过在覆层过程期间适当的过程引导，在活塞环基体的周边上产生可变的层厚度。如已经说明的那样，PVD防磨损层在靠近接口的区域中构造得厚得多，以便在这里应对增大的磨损并且因此显著地提高这样构造的活塞环的使用寿命。在周边的其余部分上、特别是在环背部上，保持最初的层厚度。由此，不增大层的双金属作用。环形、特别是热活塞环的环形可以在使用情况下通过有针对性的层结构这样控制，使得接口端部施加小得多的压力到配合体、例如缸工作面上。因为根据本专利技术冷活塞环的接口端部几乎没有显示出径向压力，所以通过不可抑制的双金属效果在理想应用情况下在活塞环温度在150℃以上时在整个的环周边上产生均匀的径向压力分布。通过这个措施也能够有利地影响活塞环形状，由此，在接口处压力减小并且由此抑制特别是在靠近接口的区域中的磨损的增大。根据本专利技术的活塞环可多样化地使用。因此，在车辆(载客汽车、载重汽车、公共汽车)的内燃机、工业应用(例如固定式马达)、工程运输车、机车和船中的应用是可设想的。优选的是在柴油机、特别是二冲程大柴油机的领域中的应用。附图说明本专利技术技术方案借助实施例在附图中示出并且进行如下说明。附图中：图1示出具有标明的径向压力分布的活塞环基体的原理图；图2示出根据图1的设有PVD层的活塞环基体的原理图。具体实施方式图1示出活塞环基体1，该活塞环基体设有仅一个标明的接口。活塞环基体1在其冷状态中的径向压力分布由箭头标明。可看出的是，活塞环基体1除了其靠近接口的端部区域3、4之外沿周向观察设有大约相同的径向压力分布。沿优选在10和40°之间的圆周角上延伸的靠近接口的端部区域3、4的方向，径向压力分布应在这些区域中减小到几乎为0。这例如可通过如下方式导致，即，活塞环基体1在其靠近接口的端部区域3、4中设有负轮廓。图2示出根据图1的活塞环基体1。可看出的是接口2以及靠近接口的端部区域3、4。活塞环基体1在该实例中应由铸钢制成并且具有11×10-6/K的膨胀系数。在构成作用面的外周面上沉积PVD层5，该PVD层根据本专利技术在活塞环基体1的靠近接口的端部区域3、4的区域中具有层厚度增大部。在这里，可以使用PVD多层覆层(例如AlTiN/CrN)或者均质层(例如包括直至15重量百分比的氧含量的CrN)。适当的CrN-PVD防磨损层具有大约3×10-6/K的热膨胀系数。对于这样的基于CrN的层可得到800和2500HV之间的层硬度，备选地对于基于C的层可得到直至4500HV、根据需要也可得到更大的、例如6000HV的层硬度。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于制造由铸铁或铸钢制成的活塞环的方法，其方式为，产生活塞环基体(1)，该活塞环基体在周边上观察被至少一个具有可变层厚度的PVD层(5)这样覆盖，使得在接口端部(3、4)的区域中产生相对于活塞环基体(1)的其余周边区域增大的层厚度，其特征在于，这样加工活塞环基体(1)，使得活塞环基体在非机动式的冷的运行状态中具有径向压力分布，在该径向压力分布中，接口端部(3、4)在限定的圆周角上几乎不具有径向压力并且这样调节PVD层(5)的可变层厚度，使得在活塞环温度在150℃以上时，在活塞环的整个环周边上产生几乎均匀的径向压力分布。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.06.04 DE 102013009369.41.用于制造由铸铁或铸钢制成的活塞环的方法，其方式为，产生
活塞环基体(1)，该活塞环基体在周边上观察被至少一个具有可变层
厚度的PVD层(5)这样覆盖，使得在接口端部(3、4)的区域中产
生相对于活塞环基体(1)的其余周边区域增大的层厚度，其特征在于，
这样加工活塞环基体(1)，使得活塞环基体在非机动式的冷的运行状
态中具有径向压力分布，在该径向压力分布中，接口端部(3、4)在
限定的圆周角上几乎不具有径向压力并且这样调节PVD层(5)的可
变层厚度，使得在活塞环温度在150℃以上时，在活塞环的整个环周
边上产生几乎均匀的径向压力分布。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，活塞环基体(1)
的靠近接口的区域(3、4)设有小于100μm、特别是小于60μm的PVD
层(5)层厚度，并且活塞环基体(1)的其余周边区域设有小于60μm、
特别是小于40μm的PVD层层厚度。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，PVD层(5)
作为特别是基于AlTiN/CrN的PVD多层覆层施加在活塞环基体(1)
的作用面上。
4.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，PVD层(5)
作为基于CrN、CrN(O)或包括直至15重量百分比的氧含量的CrN
的均质层施加在活塞环基体(1)的作用面上。
5.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，作为PVD层
使用基于C的层。
6.按照权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，在100和
200℃之间的温度范围内具有小于15×10-6/K的膨胀系数的活塞环基
体(1)上施加具有小于4×10-6/K的膨胀系数的PVD层(5)。
7.按照根据权利要求1至6之一所述的方法制造的活塞环。
8.按照权利要求7所述的活塞环，该活塞环包含由铸钢或铸铁制
成的设有接口(2)的基体(1)，在该基体的外周面上施加至少一个耐
磨的PVD层(5)，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·拉默斯，C·鲍尔，Y·伊万奥，
申请(专利权)人：辉门布尔沙伊德有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE