BR112012007650B1 - anel de pistão e método para produzir o mesmo - Google Patents

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Abstract

anel de pistão e método para produzir o mesmo anel de pistão, em particular anel de pistão de compressão, incluindo uma superfície corrediça, áreas do flanco superior e inferior, uma área periférica interior e uma junta , a espessura da parede do anel de pistão sendo implementada como igual considerada ao longo de sua periferia e sendo as menos a superfície corrediça fornecida cin um revestimento pvd ou uma camada cvd de tal maneira que a camada de superfície corrediça tenha uma espessura de camada menor na área periférica próximo à junta do que na área periférica remanescente da superfície corrediça.

Description

“ANEL DE PISTÃO E MÉTODO PARA PRODUZIR O MESMO” RELATÓRIO DESCRITIVO [001] A invenção refere-se a um anel de pistão, em particular um anel de pistão de compressão.
[002] As superfícies corrediças de anéis de pistão, em particular anéis de pistão de compressão em motores de combustão interna, experimentam uma tensão particular nas extremidades das juntas de anel devido a impacto térmico e mecânico. Isso tipicamente resulta em desgaste excessivo nessa localização e possivelmente sobrecarga térmica e corrosão subseqüente. A área de junta é, portanto, um dos pontos fracos mais essenciais para a vida útil do anel de pistão, em particular o anel de pistão de compressão.
[003] O fornecimento de anéis de pistão com revestimentos duros é geralmente conhecido. Contudo, em geral, estes não podem impedir o fenômeno parcial na área das extremidades de junta de anel. A distribuição de pressão radial pode ser otimizada de modo que a pressão de junta seja reduzida para aliviar as áreas de junta. A introdução de áreas enfraquecidas de seção transversal radial, de preferência no primeiro e no quarto quadrantes, pode ocasionar um alívio de pressão específico. Contudo, todas as medidas em conjunto não remediaram inteiramente o fenômeno de sobrecarga de junta, em particular no caso de anéis de pistão construídos tendo uma altura axialmente baixa.
[004] US 1.278.015 divulga um anel de pistão, que é implementado como mais fino na área de junta. A superfície corrediça do anel de pistão é revestida usando estanho, sendo essa camada de estanho capaz de ser implementada como mais fina na junta do que na área periférica remanescente.
[005] Um anel de pistão é conhecido de JP 00120866 A, que inclui uma superfície corrediça, áreas de flanco superior e inferior e
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2/5 uma superfície periférica interior. A área da superfície periférica interior é provida na área das extremidades de junta com uma área enfraquecida de seção transversal.
[006] O documento JP 2001 295 699 A divulga um anel de pistão com uma camada de PVD, de acordo com o preâmbulo da Reivindicação
1.
[007] A invenção é baseada no objetivo de reduzir o desgaste em excesso das juntas, em particular no caso de anéis de pistão axialmente construídos tendo uma altura baixa, para fornecer uma topografia de superfície corrediça de melhor lubrificação, a fim de alcançar uma vida útil melhorada do anel de pistão desta forma.
[008] Esse objetivo é alcançado por um anel de pistão, em particular um anel de pistão de compressão, incluindo uma superfície corrediça, áreas do flanco superior e inferior, uma superfície periférica interior e uma junta, sendo a espessura da parede do anel de pistão, considerada ao longo de sua periferia, implementada como igual e sendo pelo menos a superfície corrediça fornecida com uma camada PVD ou uma camada CVD, de tal maneira que a camada de superfície corrediça tenha uma espessura de camada menor na área periférica próxima à junta do que na área periférica remanescente da superfície corrediça.
[009] Refinamentos vantajosos do objeto da invenção podem ser inferidos a partir das subreivindicações.
[0010] Uma qualidade de superfície diferente pode, agora, ser causada pelo objetivo da invenção na área altamente carregada próxima à junta do que na área periférica remanescente do anel de pistão, em particular um anel de pistão de compressão axialmente construído tendo uma altura baixa.
[0011] A aspereza na área de junta desloca-se entre 0,8 - 1,2 gm, enquanto a superfície corrediça remanescente tem uma aspereza < 0,08 gm em seu estado polido, por exemplo.
[0012] Como a área periférica do anel de pistão próxima à junta,
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3/5 que é reduzida na espessura de camada, também não é afetada por esse processamento no caso de processamento da área periférica do anel de pistão, essa área periférica próxima à junta é mais áspera do que a superfície periférica remanescente. Melhor capacidade de armazenamento de óleo na área próxima à junta pode ser alcançada por essa medida.
[0013] É também concebível, para alcançar diferentes qualidades de superfície, usar métodos de abrasão diferentes nas áreas periféricas próximas à junta, por um lado, e na área remanescente do anel de pistão, por outro lado, a fim de assim gerar topografias de superfície corrediça diferentes de uma maneira orientada.
[0014] O polimento sugere-se nesse caso como um método de abrasão. A área respectiva próxima à junta é definida, de acordo com um conceito adicional da invenção, por uma seção originária da borda de junta respectiva e compreendendo um ângulo periférico < 20°, em particular < 10°.
[0015] A execução do revestimento de superfície corrediça no anel de pistão deve ser realizada de modo que a superfície seja mantida como antes na área próxima à junta, mesmo após um procedimento de instalação típico na operação do motor, e não tenha experimentado alisamento devido às condições de combustão existentes.
[0016] Analogamente à técnica precedente, pode ser aconselhável, para aplicações específicas, reduzir as áreas periféricas do anel de pistão próximas à junta antes do revestimento.
[0017] CrN, CrON, CrAIN, multicamada, DLC, TI ou outras camadas conhecidas com base em materiais duros são consideradas como as camadas PVD.
[0018] O objetivo da invenção é mostrado no desenho com base em uma modalidade exemplificativa e é descrito a seguir. Nas Figuras:
a FIG. 1 mostra uma vista de topo do anel de pistão de acordo com a invenção;
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4/5 a FIG. 2 mostra uma vista parcial de uma das áreas de extremidade próxima à junta do anel de pistão de acordo com a Figura
1.
[0019] A Figura 1 mostra um anel de pistão 1 de acordo com a invenção, que deve ser formado nesse exemplo por um anel de pistão de compressão. O anel de pistão 1 contém uma superfície corrediça exterior 2, uma superfície periférica interior 3, e áreas do flanco superior e inferior 4. Além disso, o anel de pistão 1 tem uma junta 5. A espessura da parede D do anel de pistão 1 é implementada como essencialmente igual, considerada ao longo de seu comprimento periférico inteiro. A superfície corrediça 2 é fornecida nesse exemplo com uma camada PVD 6, por exemplo, uma camada CrN. Como pode ser inferido a partir da Figura 1, uma área periférica 7, 8 próxima à junta é formada na área da junta 5 em cada caso, que se estende nesse exemplo, originando-se a partir da borda da junta 9, 10 respectiva, ao longo de um ângulo periférico α de 10°. A espessura da camada s é implementada igualmente fora da área 7, 8 respectiva próxima à junta. Assume-se ser 30 pm para este exemplo.
[0020] Em contraste, a espessura da camada s' é reduzida por 8 pm nesse exemplo nas áreas 7, 8 próximas à junta, isto é, tem uma espessura de camada de 22 pm. Estes valores são valores supostos e podem também ser diferentes, dependendo do caso de uso respectivo. Após o revestimento da superfície corrediça 2, a camada s é submetida a um processamento periférico, por exemplo, por polimento. Como a espessura da camada s' é dimensionada como menor do que a espessura da camada s, nenhuma abrasão de material é gerada durante esse tratamento periférico nas áreas 7, 8 próximas à junta. Portanto, uma qualidade de superfície diferente é gerada por essa medida fora das áreas 7, 8 próximas à junta do que na área respectiva 7, 8 próxima à junta. Nesse exemplo, o revestimento CrN tendo a espessura de material s' não deve ser submetido a tratamento de superfície adicional,
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5/5 de modo que permanece no estado de revestimento. Portanto, uma aspereza maior é fornecida aqui em relação à superfície periférica remanescente. O mesmo deve ser suposto como segue para esse exemplo: 0,9 pm na área de junta respectiva. A área de superfície corrediça polida remanescente deve ter uma aspereza < 0,05 pm.
Através dessa aspereza aumentada nas áreas 7, 8 próximas à junta, uma capacidade de armazenamento de óleo melhor pode ser alcançada. [0021] A Figura 2 mostra uma vista parcial de uma área de extremidade 7 próxima à junta. A superfície corrediça exterior 2, a superfície periférica interior 3, e a área do flanco superior 4 são reconhecíveis. Além disso, as espessuras de camada diferentes s e s' são reconhecíveis. Com espessura de parede uniforme D do anel de pistão 1, a espessura de camada s' é um pouco rebaixada na área 7 próximo à junta e é portanto não submetida a um processamento periférico seguinte da superfície corrediça 2. A transição da espessura de camada s na espessura de camada s' é formada aqui por um recesso 11.

Claims (10)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Anel de Pistão, em particular anel de pistão de compressão, incluindo uma superfície corrediça (2), áreas do flanco superior e inferior (4), uma superfície periférica interior (3) e uma junta (5), em que a espessura de parede (D) do anel de pistão (1), considerada ao longo de sua periferia, é implementada como igual e pelo menos a superfície corrediça (2) é fornecida com uma camada PVD ou CVD única (6), caracterizado por que a camada de superfície corrediça (6), nas áreas periféricas (7, 8) próximas à junta originária de uma borda de junta respectiva (9, 10) da junta (5) até um ângulo periférico (α) < 20°, tem uma maior aspereza do que na área periférica remanescente da superfície corrediça (2) e uma espessura de camada menor (s') do que a espessura de camada (s) na área periférica remanescente da superfície corrediça (2).
  2. 2. Anel de Pistão, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que a espessura de camada (s) está entre 20 e 50 um e é reduzida por 1 a 10 um nas áreas (7, 8) próximas à junta.
  3. 3. Anel de Pistão, de acordo com qualquer uma das Reivindicações 1 ou 2, caracterizado por que a transição da espessura de camada (s) na espessura de camada (s') na área respectiva (7, 8) próxima à junta é executada formando um recesso (11).
  4. 4. Anel de Pistão, de acordo com qualquer uma das Reivindicações de 1 a 3, caracterizado por que as áreas periféricas (7, 8) reduzidas em espessura de camada têm uma aspereza na faixa de 0,8 a 1,2 gm.
  5. 5. Anel de Pistão, de acordo com qualquer uma das Reivindicações de 1 a 4, caracterizado por que a aspereza fora das áreas periféricas (7, 8) reduzidas em espessura de camada é < 0,08 gm.
  6. 6. Método Para Produzir Anel de Pistão, caracterizado por que
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    2/3 compreende:
    fornecer um anel de pistão, em particular um anel de pistão de compressão, incluindo uma superfície corrediça (2), áreas do flanco superior e inferior (4), uma superfície periférica interior (3) e uma junta (5), sendo a espessura da parede (D) do anel de pistão (1) implementada como igual considerada ao longo de sua periferia;
    revestir pelo menos a superfície corrediça (2) usando uma camada PVD ou CVD única (6), de modo que a camada de superfície corrediça (6) nas áreas periféricas (7, 8) próximas à junta originária de uma borda de junta respectiva (9, 10) da junta (5) até um ângulo periférico (α) < 20°, tenha uma espessura de camada menor (s') do que a espessura de camada (s) na área periférica remanescente da superfície corrediça (2); e processar perifericamente a superfície corrediça (2), de modo que a camada de superfície corrediça (6) receba uma aspereza menor na área periférica remanescente do que nas áreas periféricas (7, 8) próximas à junta.
  7. 7. Método Para Produzir Anel de Pistão, de acordo com a Reivindicação 6, caracterizado por que a proporção das espessuras de camada diferentes (s:s') é tal que, durante o processamento periférico da superfície corrediça (2) ou da camada de superfície corrediça (6), a seguir ao revestimento, a área respectiva (7, 8) do anel de pistão (1) próximo à junta não é submetida ao processamento periférico.
  8. 8. Método Para Produzir Anel de Pistão, de acordo com a Reivindicação 6 ou 7, caracterizado por que a área periférica (7, 8) reduzida em espessura de camada permanece no estado do revestimento durante o processamento da superfície corrediça (2) ou da camada de superfície corrediça (6).
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    3/3
  9. 9. Método Para Produzir Anel de Pistão, de acordo com qualquer uma das Reivindicações de 6 a 8, caracterizado por que o processamento periférico compreende polimento.
  10. 10. Método Para Produzir Anel de Pistão, de acordo com qualquer uma das Reivindicações de 6 a 9, caracterizado por que o processamento periférico usa métodos operacionais de material diferentes nas áreas periféricas (7, 8) próximas à junta, por um lado, e na área periférica remanescente, por outro lado.
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