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一种用于将连杆的小的连杆头孔连接到内燃机活塞的活塞销(40)以及用于制造该活塞销的方法。活塞具有与用于容纳活塞销的小的连杆头孔对准的毂孔。活塞销的表面设置有包括含有悬浮固体润滑剂颗粒的树脂的涂层。

1.  一种用于将连杆的小的连杆头孔连接到内燃机活塞的活塞销，所述活塞具有与用于容纳所述活塞销的所述小的连杆头孔对准的毂孔，其中，所述活塞销的表面涂覆有包括含有悬浮固体润滑剂颗粒的树脂的涂层。

2.  根据权利要求1所述的活塞销，还包括在所述涂层中的至少一个油收集区。

3.  根据权利要求2所述的活塞销，其中，所述至少一个油收集区被设计为在所述销的纵轴方向上呈波浪形延伸的油槽。

4.  根据权利要求1所述的活塞销，其中，所述涂层具有5μm到20μm的最小厚度。

5.  根据权利要求1所述的活塞销，其中，所述树脂是热固树脂。

6.  根据权利要求1所述的活塞销，其中，所述涂层包含重量的50％到60％的固体润滑剂颗粒。

7.  根据权利要求1所述的活塞销，其中，所述固体润滑剂颗粒包括从由石墨、硫化钼、硫化钨、六方氮化硼或者PTEE(聚四氟乙烯)组成的组中选取的材料。

8.  根据权利要求1所述的活塞销，其中，所述固体润滑剂颗粒具有从1μm到3μm的颗粒尺寸。

9.  一种用于将连杆的小的连杆头孔连接到内燃机活塞的活塞销的制造方法，其中，所述活塞具有与用于容纳所述活塞销的所述小的连杆头孔对准的毂孔，所述方法包括将包括含有悬浮固体润滑剂颗粒的树脂的涂层涂覆到所述活塞销的表面。

10.  根据权利要求9所述的方法，其中，所述涂层被涂覆到具有Ra(平均粗糙度值)0.8μm的表面粗糙度的活塞销表面。

11.  根据权利要求9所述的方法，其中，使用丝网印刷方法来涂覆所述涂层。

12.  根据权利要求9所述的方法，其中，通过喷雾或雾化法来涂覆所述涂层。

13.  根据权利要求12所述的方法，其中，通过旋转雾化法来涂覆所述涂层。

14.  根据权利要求9所述的方法，其中，在涂覆所述涂层的步骤之前或期间，对所述活塞销的表面进行预加热。

15.  根据权利要求9所述的方法，其中，使用可热固涂层，所述可热固涂层在完成涂覆之后直接进行热处理。

16.  根据权利要求9所述的方法，其中，在涂覆之前，对所述活塞销的表面进行磷酸盐处理。

用于内燃机活塞销及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种活塞销用于将连杆的小连杆头孔连接到内燃机活塞的方法。该活塞具有与用于容纳活塞销的小的连杆头孔对准的毂孔(boss bore)。
背景技术
活塞销将连杆连接到内燃机活塞，其中，连杆将活塞依次连接到曲轴。连杆设置有小的连杆头孔和大的连杆头孔。小的连杆头孔容纳活塞销，而大的围绕曲柄销。小的连杆头孔被布置以与活塞上销毂中的毂孔对准。活塞销被设置在毂孔中，并穿过小的连杆头孔。销毂和连杆头孔是活塞的受力最大的部件之一，这是因为活塞销不仅能够在活塞振动期间由于作用在活塞上巨大的力而弯曲，而且能够与毂孔和小的连杆头孔进行摩擦。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种活塞销，减小在毂孔中或在小的连杆头孔中卡住的风险。
本发明的另一目的在于提供一种制造这种活塞销的方法。
根据本发明，通过活塞销及制造该销的方法来实现这些目的，其中，将包括含有悬浮固体润滑剂颗粒的树脂的涂层涂覆至活塞销的表面。
本发明以简化方式提供了具有涂层的活塞销，该涂层防止或者至少减小在毂孔和小的连杆头孔中的摩擦。可以在不预先涂覆粘着层的情况下涂覆该涂层。可靠地实现要求的尺寸精度。活塞销和装配在毂孔和小的连杆头孔中的该活塞销的耐久性和使用寿命由于更好的润滑特性而得到相当大的改善。
在一个实施例中，至少一个油收集区可以被设置在涂层中，以进一步改进装配的润滑并吸收呈小颗粒形式的杂质。例如，油收集区可以被设计为在销的轴向上呈波浪型延伸(run)的油槽。
涂层的厚度取决于特定情况的要求，并且例如可以为从5μm到15μm。涂层中包含的树脂优选为热固树脂，具体地为非常耐热且可以经受装配在工作期间承受的应变的聚酰胺酰亚胺树脂。
固体润滑剂颗粒在涂层中50％的重量百分比到60％的重量百分比提供了特别有利的润滑特性。这里，固体润滑剂颗粒可以包括石墨、硫化钼、硫化钨、六方氮化硼或者PTEE(聚四氟乙烯)。固体润滑剂颗粒优选地仅包括一种材料。在所有固体润滑剂颗粒都包括相同的材料时或者当混合包括两种不同材料的固体润滑剂颗粒时(例如，石墨的固体润滑剂颗粒与金属硫化物的固体润滑剂颗粒混合)是特别有利的。为了特别有效地进行润滑，固体润滑剂颗粒具有1μm到3μm的颗粒大小。
根据本发明的方法可以如丝网印刷法或者喷雾或雾化法来实现。旋转雾化法是特别适合的。
具体地，该涂覆方法可以应用与具有0.8m的Ra(平均粗糙度值)的表面粗糙度的活塞销表面，以实现特别好的粘着。为了进一步改善活塞销表面上涂层的粘着，在实施涂覆之前和/或期间，可以对活塞销表面进行预加热，优选地预加热到50℃到80℃的温度。
根据本发明的该方法的优选实施例包括使用可热固涂层，并且涂层在完成涂覆之后经受热处理(优选地，以200℃的温度)。
在涂覆涂层之前可以对活塞销表面进行磷酸盐处理，以进一步改善表面涂层的粘着。
附图说明
本发明的其他目的和特征将根据结合附图的以下详细描述变得清楚。然而，应当理解，附图被设计为仅是示例性的，并且不应解释为对本发明的限制。
在附图中，在全部图示中，相同的参考标号表示相同的元件。
图1示出了整个活塞的局部剖视图；
图2示出了连杆的正视图；
图3示出了根据本发明实施例的整个活塞销的剖面图；
图4示出了根据本发明实施例的涂层中油槽的几何视图；
图5示出了根据本发明实施例并根据包括涂层的图4的涂层的正视图；以及
图6示出了涂覆工具的示意图。
具体实施方式
现在详细参照附图，图1示出了作为示例的可以设置有根据本发明的活塞销的活塞10。单件生产的活塞10被选作非限定性实施例。活塞10包括例如钢或已知方式的轻金属合金。活塞10包括具有燃烧室12的活塞头11以及具有端环槽脊13和用于容纳活塞环(未示出)的环带14的环形和全向侧壁。活塞10进一步具有在活塞头11下面的活塞裙15。活塞裙15具有两个毂连接16，其支撑在活塞头11的底面上并与两个活塞毂17相结合。活塞毂17密封腔21。每个活塞毂均设置有毂孔18，其装配有用于活塞环(未示出)的安全环形槽19。根据活塞(两个或更多部分)的设计，当然也可以设置多于两个具有适当毂孔的活塞毂。
如果需要，在本实施例中的毂孔18为具有不同于圆柱形状的限定内部轮廓23的涂覆定型孔，如在国际申请WO 96/07841A1中所公开的。该设计将减轻活塞销在工作期间的应变，从而防止毂中初裂的危险。用于相同目的的对毂孔的另一设计为例如具有椭圆形(纵向椭圆和/或横向椭圆)或具有应变消除井(未示出)的毂孔。该设计本身是已知的。
图2示出了作为示例的连杆30。连杆30包括例如钢，并且具有连杆杆身31、小的连杆头孔32和大的连杆头孔33。大的连杆头孔33容纳曲轴(未示出)的曲柄销，而小的连杆头孔32容纳活塞10(未示出)的活塞销。这样，小的连杆头孔被布置以与在由活塞毂17密封的腔21中的活塞10的毂孔18对准。
如本实施例所示，如果需要，连杆头孔32、33也可以为具有不同于圆柱形状的限定内部轮廓的涂覆定型孔，如在国际申请WO96/07841A1中所公开的。该设计将减轻包括活塞销、连杆30和曲柄销的机械系统在工作期间的应变，从而防止在连杆头孔32、33周围初裂的危险。用于相同目的的对连杆头孔的另一设计为例如设置有椭圆形(纵向椭圆和/或横向椭圆)或应变消除井(未示出)的孔。该设计本身是已知的。
图3示出了根据本发明的活塞销40的实施例，以及例如其可以如何与活塞10和连杆30相互作用。活塞销40包括例如钢，并被设计为空心圆柱。沿其表面41设置有涂层42。涂层42基本包括含有悬浮固体润滑剂颗粒的树脂，因此其为自润滑涂层。
在本实施例中，涂层42还设置有在活塞销40的纵轴L方向上呈波浪形延伸的呈油槽43形式的油收集区，如图4和图5所示。该油收集区用于进一步改善活塞销40在小的连杆头孔32内或毂孔18中的各个装配的润滑，并用于容纳小颗粒形式的杂质。当然，其可以针对每个要求的应用以任何尺寸和形状来设计，并以任何要求的配置来布置。
为了制造活塞销40，空心圆柱的第一表面41以已知的方式精加工。表面粗糙度Ra(平均粗糙度值)可以等于在德国专利第DE4111368A1号中描述的值，其中，通常说对于小于30mm的外径，Ra值为0.63μm或更小，对于在30mm到60mm之间的外径，0.8μm或更小的Ra值被实现。在进行涂覆之前选取在本实施例中的外径，使得在小的连杆头孔32或每个毂孔18中的精加工的活塞销40被提供有10μm到40μm的直径游隙。空心圆柱的表面41应当被清洁，使得碎屑、其他颗粒、切削油等被完全去除。在涂覆之前，表面41本身可以以已知的方式进行磷酸盐处理，以进一步改善涂层42在表面41上的粘着。
根据本发明的涂层42可以使用丝网印刷法涂覆到表面41，该方法如从作为实例的用于活塞裙的涂层的德国专利第DE 19824859A1号、日本专利第JP 03203175A和国际申请WO2005/042953中了解。然而，根据本发明的涂层42还可以通过喷雾或雾化来进行涂覆。如果将设置例如呈油槽43形式的附加油收集区，则在涂层42之前在喷雾或雾化期间将适当的掩模模板以已知的方式设置在表面41上。掩模模板防止表面41的覆盖区域被涂覆。可选地，精加工的涂层42可以被再加工并以具有油收集区的方式来设置。
在本实施例中选取的涂层由包含以下材料中的一种或多种的悬浮固体润滑剂颗粒的热固树脂构成：石墨、硫化钼、硫化钨、六方氮化硼和PTEE。在本实施例中，树脂可以是非常耐热的聚酰胺酰亚胺树脂，并且固体润滑剂为具有1μm到3μm的颗粒大小的硫化钼和石墨的混合物。在本实施例中选择固体润滑剂的量，使得精加工的涂层包含占重量50-60％的固体润滑剂颗粒。涂层材料(coatingmeans)的粘度被设置，使得利用充分的涂覆来防止滴落。这种涂层材料在商标名称中被了解。
为了将根据本发明的涂层42涂覆到活塞销40的表面41上，例如使用标准丝网印刷装置，如从用于活塞裙的涂层的德国专利第DE19824859A1号、日本专利第JP 03203175A和国际申请WO2005/042953中所了解的。
涂层24可通过喷雾法来涂覆或者通过旋转雾化法来雾化。图6示出了适用于这一目的的用于旋转雾化的装置50。装置50具有连接到喷嘴元件52的基座元件51。喷嘴元件52通过轴承53可旋转地装配到基座元件。喷嘴元件52具有喷嘴54，该喷嘴54具有出口孔55。基座元件51具有分别用于液体涂层材料和压缩空气的供给管56、57，其在混合室58中结束，用来进行混合和计量。从混合室58开始，出口管59经由喷嘴元件52延伸，并在出口孔55中结束。垂直于出口孔55布置隔板61，使得在本实施例中在隔板61和喷嘴元件52之间获得具有0.5mm宽度的环形槽62。涂层材料/空气混合物通过槽62并在距喷嘴元件52一定距离处以喷雾器63的方式放射状地排出。
通过驱动器64旋转地设置喷嘴元件52，并在本实施例中，以每分钟14000转到18000转的速度范围来旋转。从出口孔55排除的涂层材料/空气混合物通过在出口孔55处生成的离心力来加速，使得其放射状地排出，如扇状喷射器63。由于喷射器63在纵轴L的方向上较窄，因此可以通过涂层材料/空气混合物的简单反馈控制在纵轴L的方向上精确地限制活塞销40的涂层41。在本实施例中，直径在5到25mm范围内且深度不大于50mm的喷嘴54是可用的，使得装置50可用于涂覆所有机械类型的活塞销40。喷嘴54的直径通常被选取，使其大约相当于活塞销40外径的一半。
为了执行涂覆过程，由德国的Sprimag，Kirchheim制造的离心装置S-520是合适的。
在本实施例中，在将活塞销40预热到50℃到80℃之后，将涂层材料/空气混合物涂覆到表面41。如果需要，可以改变从喷嘴54的出口孔55中排出的涂层材料/空气混合物的量。这里有利地，装置在计算机控制下工作。
当涂覆涂层时，通过将活塞销40放置在炉中并将其保持在200℃的炉中10到20分钟来对其进行热固定。
精加工的涂层42的厚度大约为5μm到20μm，并且在小的连杆杆头32或毂孔18中的活塞销40的直径游隙大约为10μm到20μm。这种窄的游隙对于消除噪声特别有利。涂层42还确保了尽管有窄的游隙也不会卡住。
因此，虽然仅示出和描述了本发明的一些实施例，但应当清楚，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以对其进行一些改变和更改。