包含磨損指示器的活塞環(huán)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種活塞環(huán)，在其外部滑動(dòng)面上具有磨損指示器。
【背景技術(shù)】
[0002]活塞環(huán)自內(nèi)燃機(jī)制造之日起就為人所熟知。
[0003]在大型內(nèi)燃機(jī)中，需要定期通過目檢或者通過滑動(dòng)面涂層的層厚測(cè)量來檢查活塞環(huán)的磨損情況。但使用者經(jīng)常因位置所限而難以進(jìn)行可靠的評(píng)估。此外，內(nèi)燃機(jī)制造商越來越多地使用因狀態(tài)而異的維護(hù)措施來取代標(biāo)準(zhǔn)檢查周期。這樣就會(huì)更容易達(dá)到內(nèi)燃機(jī)構(gòu)件和活塞環(huán)的磨損極限。
[0004]迄今為止是通過目檢或者通過層厚測(cè)量來評(píng)估活塞環(huán)的。通過目檢評(píng)估難以獲得有關(guān)滑動(dòng)面涂層的尚存剩余層厚的信息。而在安裝狀態(tài)下通過層厚測(cè)量進(jìn)行檢查時(shí)，測(cè)量誤差經(jīng)常很大。
[0005]和所有其他機(jī)械部件一樣，活塞環(huán)同樣也會(huì)受到磨損。目前尚無法在無需將活塞環(huán)從活塞的活塞環(huán)槽取出的情況下，簡(jiǎn)單地測(cè)定活塞環(huán)的磨損情況。
[0006]同樣已知的是使用專門的磨損防護(hù)層來應(yīng)對(duì)活塞環(huán)的磨損。
[0007]例如，EP1409896或US5901963(A)公開過包含磨損防護(hù)層的活塞環(huán)。EP1409896與US5901963(A)中的磨損防護(hù)層均如此設(shè)計(jì)，使其足以度過活塞環(huán)的整個(gè)計(jì)劃使用壽命。因此，上述文獻(xiàn)中未設(shè)置能夠指示活塞環(huán)的磨損情況的磨損指示器。然而，可以在計(jì)劃的維護(hù)周期中對(duì)活塞的磨損進(jìn)行檢查。
[0008]目前尚無法在不將活塞從氣缸中拆下的情況下確定活塞環(huán)的磨損情況。因此，需要提供一種活塞環(huán)，采用這種活塞環(huán)后便能在無需將活塞環(huán)從活塞環(huán)槽中取出或者無需將活塞從氣缸或內(nèi)燃機(jī)中取出的情況下，確定活塞環(huán)磨損度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明用以解決現(xiàn)有技術(shù)中的這一難題和其他難題的解決方案為一種具有權(quán)利要求I所述特征的活塞環(huán)和一種具有權(quán)利要求16所述特征的方法，其中本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式參閱附屬權(quán)利要求。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提供一種包括磨損指示器的活塞環(huán)。所述活塞環(huán)包括外表面。所述活塞環(huán)的外表面配有向外突出高度h的結(jié)構(gòu)。在所述外表面上鍍覆有覆蓋所述突出結(jié)構(gòu)的磨損防護(hù)層，其中所述磨損防護(hù)層的厚度在所述突出結(jié)構(gòu)的區(qū)域內(nèi)減小了突出結(jié)構(gòu)的高度。所述磨損防護(hù)層的厚度大于，但至少等于突出結(jié)構(gòu)的高度。此外，還可設(shè)置內(nèi)表面以及普通的活塞環(huán)口。隨著磨損防護(hù)層的磨損加重，其厚度減小，直至能夠看到磨損防護(hù)層下方的突出結(jié)構(gòu)。
[0011]本發(fā)明涉及的是經(jīng)涂布的環(huán)體，尤指滑動(dòng)面在涂布完畢后尚需后續(xù)加工。在環(huán)體制造過程中，在涂布前在滑動(dòng)面輪廓上的頂點(diǎn)處擰入或設(shè)置例如一個(gè)磨損指示楔。在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行過程中，所述滑動(dòng)面涂層發(fā)生磨損，直至露出所述磨損指示楔。在檢查中，使用者可以很容易地看到磨損指示楔的存在，從而推斷出環(huán)體的剩余層厚。磨損指示楔的露出對(duì)內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)而言，所帶來的問題遠(yuǎn)小于滑動(dòng)面涂層的完全磨損。本發(fā)明適用于定期進(jìn)行活塞環(huán)磨損檢查的所有場(chǎng)合。本發(fā)明特別適用于2相工業(yè)內(nèi)燃機(jī)，因?yàn)樵诖饲闆r下無需拆卸活塞即可觀察到其活塞環(huán)的外側(cè)。本發(fā)明同樣可應(yīng)用于4相內(nèi)燃機(jī)或壓縮機(jī)。
[0012]在所述活塞環(huán)的一種示例性的實(shí)施方式中，所述向外突出一定高度的結(jié)構(gòu)包括不同于用來制造活塞環(huán)體的材料的材料。這種實(shí)施方式能夠以簡(jiǎn)單的方式通過涂布法來鍍覆突出結(jié)構(gòu)，這樣比從活塞環(huán)體上加工出該結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單。
[0013]在所述活塞環(huán)的另一示例性的實(shí)施方式中，所述向外突出一定高度h的結(jié)構(gòu)包括某種材料，其機(jī)械特性對(duì)應(yīng)所述磨損防護(hù)層的機(jī)械特性。由此可以將磨損指示器集成到磨損防護(hù)層中，而不會(huì)造成負(fù)面的效果。如果所述突出結(jié)構(gòu)具有與磨損防護(hù)層相似的材料特性，并且能夠相應(yīng)較好地與其相連，那么所述突出結(jié)構(gòu)和磨損指示器的缺點(diǎn)就會(huì)較少。
[0014]在所述活塞環(huán)的另一示例性的實(shí)施方式中，所述突出結(jié)構(gòu)的材料的顏色不同于所述磨損防護(hù)層的材料。這種顏色對(duì)比能夠讓人們方便地確定是否能在磨損的活塞環(huán)表面上看到所述突出結(jié)構(gòu)和磨損指示器。因此無需僅觀察結(jié)構(gòu)的差異。這與所述突出結(jié)構(gòu)是否由與活塞環(huán)體相同的材料制成或是否包括第三種材料無關(guān)。
[0015]在所述活塞環(huán)的另一示例性的實(shí)施方式中，所述磨損防護(hù)層的滑動(dòng)面設(shè)計(jì)為大體上比所述突出結(jié)構(gòu)的高度h更光滑。其中，所述滑動(dòng)面以及磨損后的滑動(dòng)面的表面粗糙度應(yīng)小于突出結(jié)構(gòu)的高度h，因?yàn)榉駝t無法識(shí)別出磨損。
[0016]在所述活塞環(huán)的另一示例性的實(shí)施方式中，所述突出結(jié)構(gòu)的高度h小于所述磨損防護(hù)層厚度D的1/5，優(yōu)選小于1/8，進(jìn)一步優(yōu)選小于1/10。在所述突出結(jié)構(gòu)的高度h大約對(duì)應(yīng)厚度D的1/2的情況下，所述磨損指示器可以用于觀察防護(hù)層磨損情況的進(jìn)展。在所述突出結(jié)構(gòu)的高度h大約對(duì)應(yīng)厚度D的1/5的情況下，所述磨損指示器可以用于較早地顯示磨損情況，其中活塞環(huán)仍可用于后續(xù)的使用。從而可以提前購置備件，并在下一次維護(hù)周期時(shí)裝入活塞環(huán)。在所述突出結(jié)構(gòu)的高度h大約對(duì)應(yīng)厚度D的1/8的情況下，所述磨損指示器可以用于較早地顯示磨損情況，而所述磨損仍能維持后續(xù)使用直至備件的采購。這對(duì)于2相內(nèi)燃機(jī)而言尤其有意義，因?yàn)樵诖饲闆r下無需拆除活塞即可通過氣缸中的控制槽口來觀察活塞環(huán)。在所述突出結(jié)構(gòu)的高度h大約小于厚度D的1/10的情況下，所述磨損指示器僅可用作需要立即更換活塞環(huán)的指示器和警告，因?yàn)椴唤ㄗh再繼續(xù)進(jìn)行使用。
[0017]在所述活塞環(huán)的另一示例性的實(shí)施方式中，所述突出結(jié)構(gòu)的寬度B比所述突出結(jié)構(gòu)的高度h大10倍，優(yōu)選大50倍，進(jìn)一步優(yōu)選大70倍。所述突出結(jié)構(gòu)及磨損指示器應(yīng)當(dāng)易于識(shí)別。從而所述突出結(jié)構(gòu)的寬度需要至少為0.1_。該尺寸在突出結(jié)構(gòu)的高度通常為0.03mm的情況下形成了上述的尺寸比例。
[0018]在所述活塞環(huán)的另一示例性的實(shí)施方式中，所述突出結(jié)構(gòu)從外表面出發(fā)向外逐漸變窄。由此可以使得所述磨損指示器還能夠提供有關(guān)磨損度的信息。磨損防護(hù)層的磨損表面上的所述突出結(jié)構(gòu)越寬，那么磨損防護(hù)層的剩余厚度就越小。
[0019]在所述活塞環(huán)的另一示例性的實(shí)施方式中，所述突出結(jié)構(gòu)的高度h在0.0lmm和0.1mm之間。所述高度h優(yōu)選在0.02mm和0.06mm之間。所述高度h進(jìn)一步優(yōu)選在0.03mm和0.04mm之間。這些尺寸取決于相應(yīng)的應(yīng)用目的，其中較大的數(shù)值適合于大型內(nèi)燃機(jī)，而較小的數(shù)值則可應(yīng)用于小型內(nèi)燃機(jī)。
[0020]在所述活塞環(huán)的另一示例性的實(shí)施方式中，所述突出結(jié)構(gòu)的寬度B在0.1mm和5mm之間。所述寬度B優(yōu)選在0.5mm和3mm之間。所述寬度B進(jìn)一步優(yōu)選在Imm和2mm之間。在活塞環(huán)的另一示例性的實(shí)施方式中，所述突出結(jié)構(gòu)的寬度B在0.04mm和0.08mm之間。此類較小的突出結(jié)構(gòu)僅能使用相應(yīng)的光學(xué)儀器如放大鏡或顯微鏡來進(jìn)行驗(yàn)證。較小的突出結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于磨損指示器對(duì)于磨損防護(hù)涂層的影響較小。此類較薄的突出結(jié)構(gòu)和磨損指示器應(yīng)具有較大的長(zhǎng)度或指定的圖案，以便更好地識(shí)別出磨損指示器。
[0021]在所述活塞環(huán)的另一示例性的實(shí)施方式中，未磨損狀態(tài)下所述磨損防護(hù)層的厚度D在0.1mm和Imm之間。所述磨損防護(hù)層的厚度D優(yōu)選在0.2mm和0.6mm之間。所述磨損防護(hù)層的厚度D進(jìn)一步優(yōu)選在0.3mm和0.4mm之間。所述磨損防護(hù)層的其他厚度可視具體的應(yīng)用而定。
[0022]在所述活塞環(huán)的另一示例性的實(shí)施方式中，所述突出結(jié)構(gòu)為階梯狀。階梯狀的結(jié)構(gòu)使得能夠借助例如可見結(jié)構(gòu)的寬度來確定磨損防護(hù)層的磨損程度。
[0023]在所述活塞環(huán)的另一示例性的實(shí)施方式中，所述突出結(jié)構(gòu)構(gòu)成摩爾斯電碼或文字。指示器也可采用數(shù)字和單位來顯示磨損防護(hù)層的剩余厚度，具體方式是由各數(shù)字構(gòu)成高度不同的結(jié)構(gòu)，其中通過所露出的相應(yīng)最小的數(shù)字來表示剩余厚度。此外，摩爾斯電碼的優(yōu)點(diǎn)在于其具有十分小的尺寸。在突出結(jié)構(gòu)的尺寸較小的情況下，即使磨損防護(hù)層的表面上露