BR102016023070A2

BR102016023070A2 - pino de pistão

Info

Publication number: BR102016023070A2
Application number: BR102016023070A
Authority: BR
Inventors: Lochmann Roland
Original assignee: Mahle Int Gmbh
Priority date: 2015-10-06
Filing date: 2016-10-04
Publication date: 2017-04-25
Also published as: EP3153746A1; US20170097090A1; DE102015219265A1; CN106884982A; US10281041B2; JP2017072133A

Abstract

pino de pistão. a presente invenção refere-se a um pino de pistão (1) com uma abertura axial (3), em que pelo menos uma nervura de reforço (4) é arranjada em uma superfície interna da abertura (3). de acordo com a presente invenção, - pelo menos uma nervura de reforço (4) é de conformação helicoidal, ou - uma pluralidade de nervuras de reforço (4, 4', 4'') é proporcionada, que formam um padrão de favo de mel (5).

Description

Relatório Descritivo de Patente de Invenção para “PINO DE PISTÃO”.

[1] A presente invenção refere-se a um pino de pistão com uma abertura axial de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1.

[2] A partir do US 4.756.240 A é conhecido um pino de pistão desse tipo com uma abertura axial, em que pelo menos uma nervura de reforço é arranjada em uma superfície interna da abertura. É suposto que isso alcance uma otimização das cargas.

[3] O pino de pistão constitui o elemento de conexão de transmissão de força entre pistão e a haste de conexão e é tensionada pelas forças de gás e de massa que agem no mesmo com flexão assim como a ovalização transversa, e também compartilhando em determinadas seções transversais, sob as quais não só o pino de pistão mas também as saliências do parafuso no pistão e na haste de conexão são elasticamente deformados. As superfícies de contato do pino de pistão e das saliências do parafuso, com frequência sendo cilíndricas e paralelas uma em relação a outra no estado livre de carga, se torna encurvada e inclinada, de modo que picos de pressão de superfície local podem ocorrer. Junto com o esforço de tensão que age na direção circunferencial das saliências do parafuso, esse tensionamento constante pode exceder a resistência à fadiga do material do pistão e resulta em rachaduras por fadiga no ápice das saliências do parafuso, as assim chamadas, rachaduras de espaço da saliência. Para evitar isso, parafusos de pistão de baixa deformação são necessários, ou seja, parafusos com grande espessura de parede, mas isso por sua vez vai contra o desejo de que massas as menores possíveis sejam movidas.

[4] Em geral, deve ser observado que, embora a resistência a flexão seja aprimorada com nervuras de reforço que correm axialmen-te, isso vai contra a ovalização transversa do parafuso. De outro modo, com as nervuras de reforço arranjadas em um anel, a resistência à ovalização transversa é aprimorada, mas a resistência a flexão é reduzida. Assim, em ambos os casos, apenas uma das duas propriedades é aprimorada, enquanto a outra é piorada.

[5] A presente invenção, portanto, está direcionada para o problema de indicar uma modalidade aprimorada ou pelo menos uma modalidade alternativa para um pino de pistão do tipo referido, que é distinguida pela otimização de peso e uma reduzida flexão e ovalização transversa.

[6] O referido problema é resolvido de acordo com a presente invenção pelo assunto da reivindicação independente 1. Modalidades vantajosas são o assunto das reivindicações dependentes.

[7] A presente invenção é com base na ideia geral de proporcionar, em vez das nervuras de reforço anulares ou nervuras de reforço axiais anteriormente conhecidas, agora pela primeira vez pelo menos uma nervura de reforço que corre obliquamente ou uma pluralidade de nervuras de reforço formando um padrão de favo de mel. O pino de pistão de acordo com a presente invenção tem uma abertura axial em modo conhecido para redução de peso, e pelo menos uma das referidas nervuras de reforço é disposta em uma superfície interna da referida abertura. A referida pelo menos uma nervura de reforço é de conformação helicoidal, de acordo com a presente invenção, ou de acordo com uma segunda modalidade alternativa e ainda equivalente é proporcionado uma pluralidade de nervuras de reforço, que formam um padrão de favo de mel. Assim, com as nervuras de reforço completamente reformuladas de acordo com a presente invenção, pela primeira vez não só uma maior resistência à ovalização transversa mas também uma maior resistência a flexão do pino de pistão é possível, o eu não ocorria com as nervuras de reforço anteriores que correm apenas na direção axial ou na direção circunferencial. As nervuras de reforço adicionalmente aumentam a superfície interna do pino de pistão, de modo que pode ser melhor resfriada e assim um melhor resfriamento de uma saliência de pino de pistão no pistão é também tornada possível. Isso também torna possível em particular o aumento da confiabilidade operacional de um motor de combustão interna equipado com o referido pistão. Ademais, pelo menos uma nervura de reforço helicoi-dalmente configurada pode promover um movimento giratório do pino de pistão nas saliências do parafuso, que pode evitar o assim chamado “prafuso emperrrado” e desse modo neutralizar o desgaste apenas em um lado.

[8] Em uma modificação vantajosa da solução de acordo com a presente invenção, pelo menos uma nervura de reforço passa na mesma direção através da abertura, ou seja, seja como um parafuso de rosca para o lado direito ou como uma hélice par o lado esquerdo. Alternativamente, é também concebível se proporcionar pelo menos duas nervuras de reforço helicoidais que correm em direções opostas, que são distanciadas uma a partir da outra em uma região intermediaria do pino de pistão e consequentemente não tocam uma a outra no local.

[9] Em outra modalidade vantajosa da solução de acordo com a presente invenção na segunda alternativa, nervuras de reforço anulares e nervuras de reforço axiais são proporcionadas, as quais se in-tersectam e juntas formam o padrão de favo de mel. Entretanto, as nervuras de reforço anulares e as nervuras de reforço axiais não precisam absolutamente ser orientadas na direção axial ou na direção cir-cunferencial, de modo que uma orientação das nervuras de reforço individuais diferindo a partir disso em relação a um ângulo é também possível, o que resulta em um padrão romboide de favo de mel. Por outro lado, com nervuras de reforço exatamente axiais e ranhuras de reforço exatamente anulares, se obtém um padrão retangular de favo de mel. Graças ao desvio a partir de um ângulo reto entre as nervuras de reforço axiais e as nervuras de reforço anulares, se pode influenciar as necessidades de carga especiais, e é também concebível evidentemente para as nervuras de reforço formarem o padrão de favo de mel para variar em termos de sua altura e/ou de sua largura pelo comprimento da abertura e desse modo criar regiões de diferentes capacidades de suporte de carga. Evidentemente, favos de mel menores, ou seja, nervuras de reforço que se encontrem mais proximamente juntas, podem também ser proporcionadas em regiões de maior carga.

[10] Em uma modificação vantajosa da solução de acordo com a presente invenção pelo menos uma nervura de reforço tem uma seção transversal trapezoide, retangular, um segmento circular ou sinusoidal. Em particular, a seção transversal sinusoidal constitui uma forma de seção transversal redonda, que é distinguida por um efeito de chanfradura reduzida.

[11] Em uma modificação vantajosa da solução de acordo com a presente invenção pelo menos uma nervura de reforço pode também ser endurecida, que é relativamente facilmente possível por conta da superfície ampliada de pelo menos uma nervura de reforço em comparação à superfície interna da abertura.

[12] Em outra modalidade vantajosa da solução de acordo com a presente invenção uma relação de uma altura h de pelo menos uma nervura de reforço para a espessura da parede residual R do pino de pistão é definida como a seguir: 0.1 < h/R < 2,0 e preferivelmente 0,3 < h/R < 0,7. A referida relação proporciona um grande benefício que, com nervuras maiores, um melhor resfriamento do pino de pistão assim como da saliência durante a operação pode ser alcançado.

[13] Em outra modalidade vantajosa da solução de acordo com a presente invenção uma relação de uma altura h de pelo menos uma nervura de reforço para a largura b da nervura de reforço é definida como a seguir: 0.1 < h/b < 2,0, preferivelmente 0.1 < h/b < 0,3. Evidentemente, está claro que ambas as referidas relações e aquela mencionada no parágrafo anterior pode variar ao longo do comprimento axial do pino de pistão, onde a região descrita proporciona os benefícios em relação à rigidez do pino de pistão, uma vez que quanto mais amplas as nervuras de reforço, maior a rigidez do pino de pistão.

[14] Se pelo menos uma nervura de reforço tem uma conformação helicoidal, isso pode ter um ângulo de passo entre 0°e 90°, ou seja, um passo muito plano ou um passo muito íngreme.

[15] Outras características e benefícios importantes da presente invenção surgirão a partir das sub reivindicações, dos desenhos, e da descrição correspondente das figuras com a ajuda dos desenhos.

[16] Evidentemente, as características acima mencionadas e as ainda a serem explicadas abaixo podem ser usadas não só em uma combinação particular indicada, mas também em outras combinações ou isoladamente, sem deixar o âmbito da presente invenção.

[17] Modalidades de amostras preferidas da presente invenção são representadas nos desenhos e devem ser explicadas com mais detalhes na descrição a seguir, onde os mesmos numerais de referência se referem ás mesmas partes ou a partes de igual funcionalidade.

[18] São mostradas, a cada vez de modo esquemático [19] A figura 1a uma representação em seção transversal através de um pino de pistão de acordo com a presente invenção com uma abertura axial e uma nervura de reforço helicoidal que corre através da mesma na mesma direção, [20] A figura 2a é uma representação tal como a figura 1, mas com reduzida altura de rosca da nervura de reforço, [21] A figura 3 é outra modalidade da nervura de reforço helicoidal que corre através da mesma direção, [22] A figura 4 são formas possíveis de seção transversal de nervuras de reforço, [23] A figura 5 uma modalidade do pino de pistão de acordo com a presente invenção com duas nervuras de reforço helicoidais que correm em direção oposta, [24] A figura 6 é uma representação tal como a figura 5, mas com reduzida altura de rosca, [25] A figura 7 a segunda modalidade alternativa do pino de pistão de acordo com a presente invenção com uma pluralidade de nervuras de reforço formando um padrão de favo de mel.

[26] De acordo com as figuras 1 a 7, um pino de pistão 1 de acordo com a presente invenção que em geral acopla o pistão, não mostrado, a uma haste de conexão em um motor de combustão interna 2, compreende uma abertura axial 3, em cuja superfície interna pelo menos uma nervura de reforço 4 é disposta. Agora, de acordo com a presente invenção, a referida pelo menos uma nervura de reforço 4 é de conformação helicoidal (vide as figuras 1 a 3 e 5 e 6), ou a mesma é proporcionada com uma pluralidade das referidas nervuras de reforço 4 que formam um padrão de favo de mel 5 (vide a figura 7).

[27] A pelo menos uma nervura de reforço 4 pode ser configurada como uma nervura de reforço helicoidal e a mesma pode correr uniformemente através da abertura 3, como mostrado nas modalidades para as figuras 1 a 3. Alternativamente, é também concebível se proporcionar duas ou mais nervuras de reforço helicoidais 4 que correm em direções opostas, como é mostrado nas figuras 5 e 6.

[28] Com relação à abertura 3, se pode imaginar que a mesma é configurada como uma abertura contínua 7 que corre inteiramente através do pino de pistão 1 ou que a tira intermediária 8 está presente, que separa as duas aberturas 3 uma a partir da outra, cada uma formada como um orifício cego. A referida tira intermediária 8 é mostrada, por exemplo, na figura 5.

[29] Se for considerado o padrão de favo de mel 5 formado pelas nervuras de reforço 4 para a figura 7, se pode observar que as nervuras de reforço anulares 4' e as nervuras de reforço que correm axi-almente 4'' são proporcionadas para formar o padrão de favo de mel 5. As nervuras de reforço 4', 4'' que formam o padrão de favo de mel 5 podem, evidentemente, variar em termos de sua altura h e/ou em termos de sua largura b ao longo do comprimento da abertura 3, que pode ser formado, por exemplo, por formas de favo de mel 6 de diferentes tamanhos e/ou diferentes espaçamentos entre as formas de favo de mel individuais 6, de modo que o padrão de favo de mel 5 pode ser designado para as cargas individuais de acordo com as regiões do pino de pistão 1.

[30] Nas nervuras de reforço individuais 4 de acordo com as figuras 1 a 3 e 5 a 7 se pode observar que as mesmas substancialmente têm uma seção transversal retangular com cantos parcialmente arredondados. Alternativamente, é também concebível que pelo menos uma nervura de reforço 4 tem uma seção transversal trapezoidal ou uma seção transversal sinusoidal, como é mostrado, por exemplo, com as nervuras de reforço 4 da figura 4. Ademais, as nervuras de reforço 4 podem ser endurecidas, que é possível sem problemas por conta da superfície ampliada das nervuras de reforço 4 por meio de um processo de resfriamento mais rápido.

[31] Em uma modificação vantajosa da solução de acordo com a presente invenção, uma relação de altura h de pelo menos uma nervura de reforço para a espessura da parede residual R do pino de pistão 1 pode ser definida como a seguir: < h/R < 2,0 e preferivelmente 0,3 < h/R < 0,7.

[32] Ademais, uma relação de uma altura h de pelo menos uma nervura de reforço 4 para a largura b da mesma pode ser definida como a seguir: < h/b < 1,0, preferivelmente 0.1 < h/b < 0,3.

[33] Nas relações de tamanho dadas, um compromisso ótimo pode sempre ser alcançado entre h, R e b (altura, espessura da parede residual e largura), de modo que a resistência, o comportamento de deformação e o peso podem ser influenciados. Um benefício da presente invenção aqui especificado é portanto, que o pino de pistão 1 pode ser projetado de acordo com as necessidades por adaptação apropriada dos três parâmetros h, R, b (e material).

[34] As nervuras de reforço 4 configuradas de acordo com a presente invenção podem aumentar não só a resistência a flexão mas também a resistência a ovalização transversa, e ao mesmo tempo reduzir o peso do pino de pistão 1, de modo que a massa movida pode ser reduzida e ao mesmo tempo a capacidade de suporte de carga pode ser aumentada.

[35] As nervuras de reforço 4 podem ser produzidas, por exemplo, por a usinagem da superfície interna, por um processo de fluxo a frio, ou uma prensagem com molde interior, enquanto em particular a produção do padrão de favo de mel 5 com as formas individuais de favo de mel 6 é também possível por usar determinados sais ou núcleos de areia. O referido padrão de favo de mel pode preferivelmente também ser realizado por um processo de moldagem de injeção de metal (composto de metal-matriz). Isso torna possível uma alta precisão com baixas tolerâncias (por exemplo, uma aplicação para engrenagens internas). Dependendo da escolha do material e da composição, a dureza, a condutividade térmica, e assim por diante podem assim também ser ajustados.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Pino de pistão (1) com uma abertura axial (3), em que pelo menos uma nervura de reforço (4) é arranjada em uma superfície interna da abertura (3), caracterizado pelo fato de que -a pelo menos uma nervura de reforço (4) é de conformação helicoidal, ou - uma pluralidade de nervuras de reforço (4, 4', 4'') é proporcionada, que formam um padrão de favo de mel (5).

2. Pino de pistão de acordo com a reivindicação 1, primeira alternativa, caracterizada pelo fato de que pelo menos uma nervura de reforço (4) passa na mesma direção através da abertura (3).

3. Pino de pistão de acordo com a reivindicação 1, primeira alternativa, caracterizada pelo fato de que pelo menos duas nervuras de reforço helicoidais (4) são proporcionadas, que correm em direções opostas.

4. Pino de pistão de acordo com a reivindicação 1, segunda alternativa, caracterizado pelo fato de que as nervuras de reforço anulares (4') e as nervuras de reforço axiais (4'') são proporcionadas, as quais se interceptam e juntas formam o padrão de favo de mel (5).

5. Pino de pistão de acordo com a reivindicação 1, segunda alternativa ou reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que as nervuras de reforço (4, 4', 4'') que formam o padrão de favo de mel (5) variam em termos de altura (h) e/ou largura (b) sobre o comprimen- to da abertura (3).

6. Pino de pistão, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma nervura de reforço (4) tem uma seção transversal trapezoidal, retangular, um segmento circular ou sinusoidal.

7. Pino de pistão, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a relação de uma altura (h) da pelo menos uma nervura de reforço (4) para a espessura da parede residual (R) do pino de pistão (1) é definida como a seguir: 0,1 < h/R < 2,0, preferivelmente 0,3 < h/R < 0,7.

8. Pino de pistão, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a relação de uma altura (h) da pelo menos uma nervura de reforço (4) para a largura (b) da nervura de reforço (4) é definida como a seguir: 0,1 < h/b < 2,0, preferivelmente 0.1 < h/b < 0,3.

9. Pino de pistão, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que - a abertura (3) é formada como uma abertura contínua (7) que corre inteiramente através do pino de pistão (1), ou - a tira intermediária (8) está presente, que separa as duas aberturas (3) uma da outra, cada uma formada como um orifício cego.

10. Motor de combustão interna (2), caracterizado por compreender pelo menos um pino de pistão (1) como definido em qualquer uma das reivindicações precedentes.