專利名稱：內(nèi)燃機(jī)的連桿以及對(duì)其滑動(dòng)軸承面進(jìn)行涂覆的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的連桿，該連桿具有一個(gè)帶有滑動(dòng)軸承面的連桿小頭孔，該連桿小頭孔用于容納活塞銷；一個(gè)帶有滑動(dòng)軸承面的連桿大頭孔，該連桿大頭孔包圍連桿軸頸，本發(fā)明還涉及一種用于對(duì)滑動(dòng)軸承面進(jìn)行涂覆的方法。
背景技術(shù)：
具有直接涂層的連桿頭孔的連桿在現(xiàn)有技術(shù)中，例如在DE 19731 625以及EP 0 863 322 B1中被公開。其中公開了通過取消連桿軸瓦簡(jiǎn)化連桿軸承的裝配。為此，由金屬、特別是由鋁青銅構(gòu)成的軸承層通過等離子噴射直接涂在連桿大頭孔上，該軸承層為軸承位置提供足夠的潤(rùn)滑。然而，為了保持用于連桿裝配的尺寸精確度以及涂層的表面質(zhì)量，始終都要例如通過研磨或者精密車削對(duì)金屬層進(jìn)行必要的機(jī)械后處理，而該機(jī)械后處理導(dǎo)致不能明顯降低該種類型連桿的生產(chǎn)費(fèi)用。此外，在實(shí)踐中可以看到，由于在軸承中的磨損，該金屬層并不能提供足夠的防卡死可靠性和潤(rùn)滑可靠性，從而使該設(shè)計(jì)方案中的連桿軸承的使用壽命受到限制。
DE 102 032 850 C1公開了一種可燒結(jié)的粉末混合物，其由一種鋁基粉末和/或其合金或者一組金屬(如銅、錫、鋰或者錳)構(gòu)成，該粉末混合物被壓制成生坯，接下來該生坯被再次壓實(shí)和燒結(jié)，其中燒結(jié)層也可以涂在由鋼或者鑄件構(gòu)成的部件上。然而，由此并沒有實(shí)現(xiàn)改善的滑動(dòng)特性，而僅僅降低了部件的重量。
同樣，無軸瓦連桿例如在DE 101 29 559 C1中公開，其具有連桿小頭孔的直接涂層，該涂層由鉛青銅構(gòu)成，并作為潤(rùn)滑層。然而，這里同樣產(chǎn)生前述缺點(diǎn)，這是因?yàn)橥瑯邮褂媒饘賹幼鳛闈?rùn)滑層。為此，涂層的再加工在尺寸一致性方面需要很大的費(fèi)用，以便確保在連桿和活塞銷之間具有產(chǎn)生最小噪音的狹窄間隙時(shí)的裝配。
為了改善部件的摩擦特性或者耐摩性，在DE 39 39 704 A1中公開了一種層材料，該材料在噴涂之后在部件的表面生成一種不同厚度的不規(guī)則的斑點(diǎn)狀的分布。在此，具有較高厚度的區(qū)域優(yōu)選地通過填料顆粒構(gòu)成，這些填料顆粒混合在層材料中。然而，其缺點(diǎn)是，用于干燥的烘烤過程產(chǎn)生不可控制的不規(guī)則的層厚度的降低，由此不能確保精確軸承間隙調(diào)整(例如內(nèi)燃機(jī)的滑動(dòng)軸承、軸瓦或者連桿)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提出一種用于內(nèi)燃機(jī)的滑動(dòng)部件，特別是連桿，以及提出一種用于對(duì)該滑動(dòng)部件的滑動(dòng)軸承面進(jìn)行涂覆的方法，即使在最狹窄的裝配間隙時(shí)，利用該滑動(dòng)部件也可以高效和廉價(jià)地實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期的防卡死保護(hù)和防磨損保護(hù)。
根據(jù)本發(fā)明，該目的由獨(dú)立權(quán)利要求1和7的特征實(shí)現(xiàn)。
通過將設(shè)計(jì)為潤(rùn)滑漆的自潤(rùn)滑層(該潤(rùn)滑層由其中包含有固體潤(rùn)滑劑顆粒的熱固性樹脂構(gòu)成)直接涂在連桿的連桿頭孔的滑動(dòng)軸承面上，基本實(shí)現(xiàn)了下列優(yōu)點(diǎn)不需要為了達(dá)到足夠的潤(rùn)滑可靠性和防卡死可靠性而配備軸瓦；不需要為了改善潤(rùn)滑漆的粘附性而在滑動(dòng)軸承面上涂粘附層；不需要為了實(shí)現(xiàn)預(yù)期的尺寸一致性(如涂層的層厚度、最窄的層厚度容差、軸承間隙的調(diào)整等等)，以及預(yù)期的表面質(zhì)量(如粗糙度、波度等等)而對(duì)所涂潤(rùn)滑漆的表面進(jìn)行再加工；相對(duì)于已知的金屬合金涂層，通過改善的潤(rùn)滑特性獲得改善的持久性，進(jìn)而使連桿軸承獲得更長(zhǎng)的使用壽命。
根據(jù)需要，混入的固體潤(rùn)滑劑顆?？梢苑謩e由下述材料中的一種或兩種的混合物構(gòu)成，所述材料包括石墨、二硫化鉬、二硫化鎢、六方氮化硼或者聚四氟乙烯，其中，滑動(dòng)軸承面的硬化的涂層包含50到60重量百分比的固體潤(rùn)滑劑顆粒，從而確保連桿軸承的理想的潤(rùn)滑效果。為此，固體潤(rùn)滑劑顆粒在硬化的潤(rùn)滑漆的層厚度為10-15μm時(shí)具有1到3μm的顆粒尺寸。同時(shí)層厚度的容差最大為±1μm，由此可以實(shí)現(xiàn)最狹窄的裝配間隙。
根據(jù)本發(fā)明的方法，潤(rùn)滑漆有利地通過旋轉(zhuǎn)噴涂的方法涂在連桿頭孔的滑動(dòng)軸承面上，由此，也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)具有較小的直徑的連桿頭孔進(jìn)行涂。
如前所述，這樣產(chǎn)生的涂層具有幾乎恒定的層厚度以及非常好的表面質(zhì)量。同樣，可以很好地限定待涂的區(qū)域的深度。相對(duì)于通常的涂覆類型，該涂覆方法非常的經(jīng)濟(jì)。
其它有利的改進(jìn)方案在從屬權(quán)利要求中給出。


接下來借助附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例詳細(xì)地說明。圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的被涂的連桿的視圖；圖2是沿著圖1的線I-I的截面；圖3是根據(jù)圖2的已經(jīng)涂覆的連桿的另一個(gè)實(shí)施例；圖4是用于在連桿的滑動(dòng)軸承面上涂涂層的裝置。
具體實(shí)施例方式
在圖1中示出的、由鋼構(gòu)成的連桿1具有帶有滑動(dòng)軸承面4的連桿小頭孔2、連桿體8、和帶有滑動(dòng)軸承面5的連桿大頭孔3?；瑒?dòng)軸承面4和5中示出了自潤(rùn)滑涂層9，該自潤(rùn)滑涂層9由其中包含有固體潤(rùn)滑劑顆粒的熱固性樹脂(被稱為潤(rùn)滑漆)構(gòu)成。樹脂是聚酰胺酰亞胺，并且固體潤(rùn)滑劑顆粒分別由下述材料中的一種或兩種的混合物構(gòu)成，所述材料包括石墨、二硫化鉬、二硫化鎢、六方氮化硼(h-BN)或者聚四氟乙烯(PTFE)。
為了在連桿頭孔的滑動(dòng)軸承面4和5上涂根據(jù)本發(fā)明的涂層，用裝置10進(jìn)行旋轉(zhuǎn)噴涂。裝置10具有基體11，該基體過渡到旋轉(zhuǎn)噴嘴體13，該噴嘴體具有軸承12、噴嘴14以及噴嘴出口15。驅(qū)動(dòng)裝置23用于旋轉(zhuǎn)噴嘴體13?；w11分別具有輸送管道17和18，這些管道分別用于潤(rùn)滑漆和壓縮空氣，并且這些管道在用于計(jì)量和混合的混合室19中終止。與混合室19連接的噴射管道20垂直地通到擋板16，該擋板被設(shè)置為形成與噴嘴體13間隔開的寬度為0.5mm的環(huán)形縫隙，該縫隙用于噴出潤(rùn)滑漆-噴射流24。
具有噴嘴14的噴嘴體13利用驅(qū)動(dòng)裝置23在每分鐘14000至18000轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，從而使?jié)櫥?壓縮空氣-混合物通過在環(huán)形縫隙的出口上形成的離心力加速，并且作為碟形的噴射流24徑向地噴出。在此，這樣地選擇噴嘴直徑D，即該直徑大約為待涂連桿頭孔直徑的一半。
裝置在待涂的連桿頭孔中插入的深度最多可達(dá)噴嘴深度T。因?yàn)樵谳S向方向上的噴射流是狹窄的，所以在軸向上可以通過簡(jiǎn)單地打開和關(guān)閉漆的輸送來嚴(yán)格限制待涂面。噴嘴的直徑在5mm和25mm之間，并且具有高達(dá)50mm的噴嘴深度，從而可利用該裝置涂覆用于幾乎所有發(fā)動(dòng)機(jī)類型的連桿的連桿大頭孔和連桿小頭孔。
實(shí)施例1在連桿小頭孔中的涂層連桿1通過已知的方式機(jī)加工制造。連桿小頭孔2以Rz(平均峰谷高度)＜6.3μm的表面粗糙度精確地開孔。同時(shí)，選擇涂覆之前的開孔直徑，使得活塞銷獲得30-40μm的直徑間隙。連桿小頭孔可以獲得球形的成型開孔。之后，連桿被清洗，從而完全去除碎屑、顆粒、加工油(機(jī)油)以及類似物質(zhì)。
為了準(zhǔn)備進(jìn)行涂覆，在連桿頭孔的兩側(cè)安裝遮蓋板21，這些遮蓋板與連桿小頭孔的外部輪廓相匹配。遮蓋板21可防止涂到連桿的外側(cè)。
由抗高溫性能較好的基體樹脂聚酰胺酰亞胺構(gòu)成的潤(rùn)滑漆包含作為固體潤(rùn)滑劑材料的混合物，該混合物由具有1-3μm的顆粒尺寸的石墨、二硫化鉬構(gòu)成。潤(rùn)滑漆的黏度這樣地調(diào)節(jié)，即不形成滴狀，但是具有足夠的涂覆性。
噴嘴以每秒10-20mm的進(jìn)給速度居中插入到連桿頭孔中，從而使?jié)櫥嵬吭陬A(yù)先加熱到50到80℃的連桿上。在已經(jīng)硬化的狀態(tài)下，潤(rùn)滑漆包含50-60重量百分比的固體潤(rùn)滑劑。隨后，停止輸送潤(rùn)滑漆，退出噴嘴。整個(gè)涂覆過程在小于5秒的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)。
之后，層在爐中熱固化，其中連桿必須在200℃的溫度保持10到20分鐘。這樣獲得的層具有大約10μm的厚度，其中層厚度的容差為±1μm。盡管由于層收縮而降低了潤(rùn)滑層的厚度，但是還是實(shí)現(xiàn)了窄的徑向活塞銷間隙，該間隙為10-20μm。
可以以同樣的方式生產(chǎn)通常由兩半構(gòu)成的、可以安裝在連桿的連桿頭孔中的軸瓦或者軸襯的內(nèi)部滑動(dòng)面(即活塞銷側(cè))。
實(shí)施例2在具有潤(rùn)滑油孔的連桿小頭孔中進(jìn)行涂覆連桿1基本上根據(jù)實(shí)施例1來加工和清洗。僅僅是連桿頭孔直徑被設(shè)計(jì)為在涂覆之前具有20-30μm的徑向活塞銷間隙。
為了準(zhǔn)備進(jìn)行涂覆，在連桿頭孔的兩側(cè)安裝遮蓋板21，這些遮蓋板與連桿小頭孔的外部輪廓相匹配。遮蓋板21防止涂到連桿的外側(cè)。
由抗高溫性能較好的基體樹脂聚酰胺酰亞胺構(gòu)成的潤(rùn)滑漆包含作為固體潤(rùn)滑劑材料的石墨，該石墨具有1-3μm的顆粒尺寸。潤(rùn)滑漆的黏度這樣調(diào)節(jié)，即不形成滴狀，但是可以具有足夠的涂覆性。
在連桿小頭孔2中居中設(shè)置的潤(rùn)滑油孔7中不能加入潤(rùn)滑漆。出于該原因，以及為了使?jié)櫥驮谶B桿頭孔和活塞銷之間的縫隙中很好地分布，涂層在潤(rùn)滑油孔的區(qū)域中空出一個(gè)徑向環(huán)繞的“潤(rùn)滑槽”，對(duì)應(yīng)于根據(jù)圖3的附圖。同樣可以通過使用相應(yīng)的掩蔽物來實(shí)現(xiàn)一個(gè)或者多個(gè)平行于連桿頭孔的軸線的潤(rùn)滑槽，或者這些潤(rùn)滑槽的組合。用裝置11進(jìn)行涂覆。
噴嘴14放置在連桿側(cè)面(A)，并且在未輸送潤(rùn)滑漆的情況下以深度T1伸入到連桿小頭孔2中。之后，潤(rùn)滑漆被涂到區(qū)域(C)中。在連桿側(cè)面(B)上的遮蓋板21的區(qū)域中停止漆的輸送，并且在噴嘴中殘留的漆被噴射在型板上。隨后，在不輸送漆的情況下，噴嘴14向回移動(dòng)到深度T2，并且從那里開始對(duì)區(qū)域(D)噴涂潤(rùn)滑漆。剩余的潤(rùn)滑漆噴灑在連桿側(cè)面(A)區(qū)域的遮蓋板21上。潤(rùn)滑漆涂在預(yù)先加熱到50到80℃的連桿上。
之后，層在爐中熱固化，其中連桿必須在200℃的溫度中保持10到20分鐘。這樣獲得的層具有大約10μm的厚度，其中層厚度的容差為±1μm。盡管由于層收縮而降低了潤(rùn)滑層的厚度，但是還是實(shí)現(xiàn)了狹窄的徑向活塞銷間隙，該間隙為10-20μm。這種狹窄的間隙對(duì)于避免由于活塞銷的敲擊造成的噪音是特別有利的。盡管間隙很狹窄，但是該涂層可以確保不會(huì)出現(xiàn)卡死。此外，該涂層可以混入非常小的硬顆粒，這些顆?？梢缘竭_(dá)連桿開孔和活塞銷之間的縫隙中。
可以以同樣的方式生產(chǎn)通常由兩半構(gòu)成的、可以安裝在連桿的連桿頭孔中的軸瓦或者軸襯的內(nèi)部滑動(dòng)面(即活塞銷側(cè))。
實(shí)施例3在磷化處理的連桿的連桿小頭孔中進(jìn)行涂覆連桿1基本上根據(jù)實(shí)施例1來加工和清洗。連桿頭孔的直徑在涂覆之前這樣地選擇，即活塞銷獲得30-40μm的徑向間隙。
之后，對(duì)連桿1的上半部進(jìn)行磷化處理?？梢允褂蒙逃玫牧谆?，也就是法蘭克福Fa.Chemetall公司的Gardobond G 4098，作為磷化處理溶液。該磷化處理過程產(chǎn)生大約5μm厚的層，該層由鐵-錳-磷酸鹽構(gòu)成。一方面，該層用作噴漆的粘附基礎(chǔ)，另一方面，其具有很好的潤(rùn)滑特性和分離特性，并且與潤(rùn)滑漆涂層共同作用，一同避免活塞銷卡死在連桿小頭孔中。
為了對(duì)連桿的上半部進(jìn)行磷化處理，連桿借助于合適的支架僅僅一半浸入到磷化處理溶液中。
潤(rùn)滑漆的涂覆和硬化相應(yīng)于實(shí)施例1來實(shí)現(xiàn)。潤(rùn)滑漆的層厚度在最大層厚度容差為±1μm時(shí)同樣為10μm。由此，徑向活塞銷間隙(涂覆之后)為0.1-10μm。盡管間隙很狹窄，但是通過雙涂層有效地防止了連桿-活塞銷-副卡死。
為了執(zhí)行涂覆工序，也可使用Kirchheim的Sprimag公司的離心設(shè)備S-520。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，涂層同樣可以應(yīng)用于具有連桿軸襯的連桿或者軸瓦。也可以利用提出的方法對(duì)連桿大頭孔進(jìn)行涂覆。
附圖標(biāo)記
1.連桿2.連桿小頭孔3.連桿大頭孔4.用于連桿小頭孔的滑動(dòng)軸承面5.用于連桿大頭孔的滑動(dòng)軸承面6.涂層7.潤(rùn)滑油孔8.連桿體9.涂層，自潤(rùn)滑的(潤(rùn)滑漆)10.用于旋轉(zhuǎn)噴涂的裝置11.基體12.噴嘴體的軸承13.噴嘴體14.噴嘴15.噴嘴出口16.擋板17.用于潤(rùn)滑漆的輸送管道18.用于壓縮空氣的輸送管道19.混合室20.噴射管道21.遮蓋板22.間隙23.驅(qū)動(dòng)裝置24.噴射流D噴嘴直徑T噴嘴深度Da噴嘴軸線
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃機(jī)的連桿(1)，所述連桿具有帶有滑動(dòng)軸承面(4)的連桿小頭孔(2)，所述連桿小頭孔用于容納活塞銷；帶有滑動(dòng)軸承面(5)的連桿大頭孔(3)，所述連桿大頭孔包圍連桿軸頸，其特征在于，至少一個(gè)滑動(dòng)軸承面(4，5)具有直接與連桿材料連接的自潤(rùn)滑涂層(9)，所述自潤(rùn)滑涂層由其中包含有固體潤(rùn)滑劑顆粒的熱固性樹脂構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連桿，其特征在于，所述樹脂是聚酰胺酰亞胺；并且所述固體潤(rùn)滑劑顆粒分別由下述材料中的一種或兩種的混合物構(gòu)成，所述材料包括石墨、二硫化鉬、二硫化鎢、六方氮化硼或者聚四氟乙烯。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的連桿，其特征在于，所述滑動(dòng)軸承面的涂層包含50到60重量百分比的固體潤(rùn)滑劑顆粒，其中，所述固體潤(rùn)滑劑顆粒具有1到3μm的顆粒尺寸。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的連桿，其特征在于，所述涂層的層厚度為10-15μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的連桿，其特征在于，所述層厚度的容差為±1μm。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的連桿，其特征在于，所述連桿小頭孔的滑動(dòng)面被涂覆。
7.一種用于對(duì)連桿頭孔(2，3)，特別是對(duì)內(nèi)燃機(jī)連桿的連桿頭孔的滑動(dòng)軸承面(4，5)進(jìn)行涂覆的方法，其特征在于，由其中包含有固體潤(rùn)滑劑顆粒的熱固性樹脂構(gòu)成的自潤(rùn)滑涂層(9)通過旋轉(zhuǎn)噴涂直接涂在至少一個(gè)所述滑動(dòng)軸承面上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述樹脂是聚酰胺酰亞胺；并且所述固體潤(rùn)滑劑顆粒分別由下述材料中的一種或兩種的混合物構(gòu)成，所述材料包括石墨、二硫化鉬、二硫化鎢、六方氮化硼或者聚四氟乙烯，其中，由各個(gè)組分和樹脂構(gòu)成的混合物作為潤(rùn)滑漆涂在所述連桿頭孔(2，3)的滑動(dòng)軸承面(4，5)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述潤(rùn)滑漆涂在所述連桿頭孔的完全去脂的、清潔的、無碎屑和無沉積物的滑動(dòng)軸承面上，其中，所述滑動(dòng)軸承面具有Rz(平均峰谷高度)＜6.3μm的表面粗糙度。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)噴涂通過居中插入到各個(gè)所述連桿頭孔(2，3)中的旋轉(zhuǎn)噴嘴(14)以10-20mm/秒的進(jìn)給速度執(zhí)行。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，在所述噴嘴以每分鐘14000到18000轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)速度時(shí)進(jìn)行所述潤(rùn)滑漆的噴涂。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述潤(rùn)滑漆被垂直于所述滑動(dòng)軸承面(4，5)噴涂。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述連桿(1)在所述潤(rùn)滑漆旋轉(zhuǎn)噴涂之前以及旋轉(zhuǎn)噴涂的期間被預(yù)先加熱；并且所述連桿在所述旋轉(zhuǎn)噴涂結(jié)束之后直接進(jìn)行熱處理。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述連桿被預(yù)先加熱到使其溫度達(dá)到50至80℃，其中在200℃的溫度下進(jìn)行10至20分鐘的熱處理。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，在潤(rùn)滑漆固化之后層厚度的容差為±1μm。
16.由其中包含有固體潤(rùn)滑劑顆粒的熱固性樹脂構(gòu)成的涂層在內(nèi)燃機(jī)中在至少連桿的連桿頭孔、滑動(dòng)軸承的軸瓦或者軸襯中作為滑動(dòng)軸承層的應(yīng)用。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的涂層應(yīng)用，其特征在于，所述樹脂是聚酰胺酰亞胺；并且所述固體潤(rùn)滑劑顆粒分別由下述材料中的一種或兩種的混合物構(gòu)成，所述材料包括石墨、二硫化鉬、二硫化鎢、六方氮化硼或者聚四氟乙烯。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的連桿，該連桿具有帶有滑動(dòng)軸承面的連桿小頭孔，該連桿小頭孔用于容納活塞銷；帶有滑動(dòng)軸承面的連桿大頭孔，該連桿大頭孔包圍連桿軸頸。為了高效和低成本地避免活塞銷和連桿軸頸的卡死和磨損，由其中包含有固體潤(rùn)滑劑顆粒的熱固性樹脂構(gòu)成的自潤(rùn)滑涂層通過旋轉(zhuǎn)噴涂直接涂在至少一個(gè)滑動(dòng)軸承面上。
文檔編號(hào)F16C9/00GK101094731SQ200580042413
公開日2007年12月26日 申請(qǐng)日期2005年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月10日
發(fā)明者庫(kù)爾特·邁爾 申請(qǐng)人:馬勒國(guó)際公司