BR112019021016A2

BR112019021016A2 - pistão em construção estrutural

Info

Publication number: BR112019021016A2
Application number: BR112019021016A
Authority: BR
Inventors: Berninger Andreas; Ottliczky Emmerich; Luz Gerhard; Müller Gregor; Fahr Matthias
Original assignee: Ks Kolbenschmidt Gmbh
Priority date: 2017-04-19
Filing date: 2018-04-18
Publication date: 2020-05-05
Also published as: US11668263B2; US20200072158A1; DE102018109205A1; WO2018192959A1; CN110869600A; EP3612727A1

Abstract

é divulgado um pistão (1) de um motor de combustão interna, o qual está configurado com uma construção estrutural, apresentando dois trechos de parede de eixo de suporte (2) opostos entre si, sendo que uma respectiva parede de ligação (3) estende-se a partir de um cubo de pistão (4) na direção da borda lateral do trecho de parede de eixo de suporte (2), caracterizado pelo fato de que, em uma região interna do pistão (1), está disposta pelo menos uma nervura (5, 6, 7), preferivelmente três nervuras (5,6,7 ), e o material das regiões em torno da dita pelo menos uma nervura (5, 6,7 ) está reduzido.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para PISTÃO EM CONSTRUÇÃO ESTRUTURAL.

[0001] A invenção refere-se a um pistão otimizado em relação ao peso, de um motor de combustão interna, e a um processo para produção de um pistão otimizado em relação ao peso de acordo com as características do respectivo preâmbulo das duas reivindicações independentes.

[0002] Em pistões para motores de combustão interna é sempre necessário harmonizar a solidez, a durabilidade e o peso.

[0003] Em relação à solidez e à durabilidade pistões são produzidos de peças brutas de pistão forjadas.

[0004] Um processo de produção é conhecido do documento DE 102004031513 A1. Nesse caso uma peça bruta de pistão é forjada e um colar saliente é conformado, para assim alcançar a forma substancialmente definitiva do pistão, sendo que atrás do colar conformado surge um espaço oco, o qual pode ser utilizado, por exemplo, como canal de resfriamento. De acordo com o trabalho de fabricação da peça bruta de pistão, especialmente através de soldagem da extremidade livre do colar conformado com o corpo de base da peça bruta de pistão e o trabalho de fabricação sob medida, o pistão fica pronto para uso.

[0005] Entretanto, o pistão conhecido ainda não foi otimizado em relação ao seu peso, de modo que a invenção tem a meta de reduzir tal pistão em relação ao seu peso, sem que a durabilidade ou a solidez seja prejudicada.

[0006] Portanto é objetivo da invenção prover um pistão aperfeiçoado em relação ao pistão conhecido, bem como um processo aperfeiçoado correspondente para fabricação especialmente de um pistão do tipo genérico.

[0007] De acordo com a invenção, é disponibilizado um pistão na chamada construção estrutural.

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2/6 [0008] O conceit© básico da produção de uma peça bruta de pistão preferivelmente no processo de forja é observado, uma vez que isto oferece as vantagens conhecidas em relação à solidez e à durabilidade. Durante o processo de forja, um colar saliente é gerado, conformado de maneira conhecida em si e, em seguida, a extremidade livre do colar conformado é ligada ao corpo de base da peça bruta de pistão em fecho devido à forma, por exemplo, através de soldagem. No estado da técnica conhecido o pistão apresenta três ranhuras anulares, sendo que a região de junção fica mais ou menos no centro da ranhura inferior.

[0009] A construção estrutural mencionada anteriormente está caracterizada pelo fato de que a peça bruta de pistão é provida de nervuras em determinados pontos em sua região interna e, ao mesmo tempo, as regiões em torno dessas nervuras são reduzidas em relação à sua espessura de parede (em relação à espessura de parede sem nervuras). A dita pelo menos uma nervura, preferivelmente todas as nervuras, na região interna do corpo de base de pistão e, com isso, do pistão pronto para uso posterior, provocam um enrijecimento das regiões nas quais elas estão dispostas. Ao mesmo tempo este enrijecimento possibilita a redução da espessura de material (espessura de parede) em torno das nervuras, de modo que, através da previsão das nervuras, de maneira reduzida, material é acumulado nesses pontos, porém a economia de peso é alcançada pelo fato de que material em torno dos enrijecimentos pode ser reduzido em maior quantidade.

[0010] Em um desenvolvimento da invenção é previsto, alternativa ou complementarmente a esta construção estrutural do pistão com enrijecimentos e com retirada simultânea de material em tomo dos enrijecimentos, um recesso na região do cubo de pino, o qual se estende em torno do vértice superior e inferior da perfuração de pino. Verificou-se que esta retirada de material não apenas leva a redução de peso desejada, mas também não prejudica a rigidez ou a durabilidade do pistão

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3/6 empregado no motor de combustão interna.

[0011 ] Em um desenvolvimento da invenção, alternativa ou complementarmente, está previsto que a região de união entre a extremidade circunferência! livre do colar conformado e o corpo de base de pistão seja colocada na região entre a ranhura anular mais inferior (terceira) e a central (segunda). Assim a altura do trecho de parede de eixo (comprimento superior do eixo) de suporte pode ser prolongada, pelo que o desenvolvimento de ruídos do pistão em operação no cilindro do motor de combustão interna é reduzido. Além disso, é possível reduzir a altura da ranhura anular mais inferior (terceira).

[0012] Enquanto as três medidas mencionadas anteriormente podem ser aplicadas isoladamente, é especialmente vantajoso que pelo menos a construção estrutural e o recesso sejam combinados na região interna do cubo de pino, para reduzir o peço do pistão pronto em relação ao pistão comparável em pelo menos 10% com seguranças operacionais aceitáveis.

[0013] Um exemplo de realização em que a construção estrutural e o recesso estão reconhecidos no lado inferior do cubo de pino está mostrado nas figuras 1 a 4.

[0014] A figura 1 mostra, em uma vista tridimensional, um pistão 1 por baixo, sendo que o trecho de parede de eixo de suporte oposto está designado com número de referência 2 e paredes de ligação que ligam os trechos de parede de eixo de suporte 2 entre si estão designadas com o número de referência 3. Uma respectiva parede de ligação 3 estende-se de um cubo pistão4 na direção da borda lateral dos trechos de parede de eixo de suporte 2.

[0015] Neste ponto chama-se atenção para o fato de que, quando da produção desse pistão 1, o processo de acordo com o documento DE 102004031513 A1 pode ser aplicado, mas não precisa ser aplicado. Como o corpo de base de pistão, o qual forma o pistão 1 pronto posterior,

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4/6 é forjado, deve-se ter o cuidado de que os elementos envolvidos (como trechos de parede de eixo 2, paredes de ligação 3, cubos de pistão4 e semelhantes) apresentam os chanfros de saída necessários para o processo de forja. Em vez de um processo de forjadura, naturalmente podese considerar também a produção através de um processo de fundição. [0016] A construção estrutural do pistão 1 está caracterizada por pelo menos uma nervura em um ponto adequado.

[0017] No caso das nervuras trata-se de uma nervura 5 que está disposta no lado interno do respectivo trecho de parede de eixo 2 de suporte, e/ou de uma nervura 6 que liga os dois cubos de pino 4 entre si em uma região interna e/ou uma nervura 7 que passa transversal a um eixo de perfuração de pino.

[0018] É especialmente preferida a combinação das nervuras 5, 6,

7, como estão representadas na figura 1.

[0019] Em combinação ou eventualmente também separadamente, o pistão 1 pode apresentar, no lado do cubo de pino 4 voltado para dentro, em torno de seu vértice superior e/ou inferior, um respectivo recesso

8. Através desse recesso 8 poupa-se peso, porém a rigidez do cubo de pino 4 não é prejudicada.

[0020] As medidas mencionadas anteriormente estão representadas em combinação também na figura 2. Nesse caso especialmente o curso e a disposição da nervura 5 e/ou da ranhura 6 e/ou da ranhura 7 podem ser observadas. Neste contexto chama-se atenção para o fato de que é de especial importância da invenção que, nas regiões em tomo das nervuras 5, 6, 7, as espessuras de parede ou a espessura de material estejam reduzidas. Em relação aos trechos de parede de eixo 3 de suporte está mostrado que, em tomo da ranhura 5, o trecho de parede de eixo 2 de suporte apresenta uma espessura de parede RW reduzida.

[0021 ] Para maior esclarecimento, na figura 2 está indicada com nú

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5/6 mero de referência 10 uma abertura escavada e com o número de referência 11 abertura para um meio de resfriamento, o qual pode ser introduzido no canal de resfriamento (não representado aqui) do pistão e retirado do mesmo. A figura 3 baseia-se no pistão 1 de acordo com a figura 1, sendo que para esclarecimento do curso da ranhura 5, 6, 7 e sua transição em regiões com espessura de parede RW reduzida estão feitas linhas reticuladas.

[0022] O mesmo vale para a figura 4, a qual se baseia no pistão 1 de acordo com a figura 2. Aqui, complementarmente ainda está mostrado e se observa que em torno da abertura 11 está disposto um rebordo circunferencial 12, sendo que em uma região parcial em torno da abertura 11, juntamente com uma região parcial do rebordo circunferencial 12, está formada uma cavidade (tina 13). Assim não apenas peso pode ser reduzido, mas também meio de resfriamento pode ser acumulado na tina 13 quando este é injetado na abertura 11 e em torno da mesma no movimento de subida e descida do pistão 1 no cilindro do motor de combustão interna. O rebordo circunferencial 12 proporciona assim um enrijecimento e a tina 13 proporciona não apenas uma redução de material, mas também um reservatório para o meio de resfriamento para fins de resfriamento melhorado do pistão 1. Com o número de referência 14 está designado um divisor de jatos dentro do canal de resfriamento não representado em detalhes, o qual pode existir, mas não precisa existir.

[0023] Enquanto nas figuras 1 a 4 as duas medidas possíveis da construção estrutural e do recesso estão mostradas no lado interno do cubo de pino, nas figuras 5 e 6 observa-se a alteração em relação à posição da região de união.

[0024] A figura 5 mostra a situação no pistão como conhecido do documento DE 102004031513 A1. Este pistão conhecido apresenta três ranhuras anulares 15, 16, 17, sendo que a região de borda circunferencial livre do colar circunferencial é ligada ao corpo de base da peça bruta

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6/6 de pistão, com fecho devido ao material em uma região de união 18. Esta região de união 18 fica na região da ranhura anular 17 mais inferior (terceira).

[0025] Em contraste, o pistão 1 de acordo com a invenção, como ele está representado na figura 6, está alterado a ponto de que a região de união 18 foi deslocada para a região entre a ranhura anular 16 central (segunda) e a ranhura 17 mais inferior (terceira).

[0026] Com o número de referência 19 está designado um canal de resfriamento, o qual se estende de forma anular atrás do campo anular do pistão 1.

LISTA DE NÚMEROS DE REFERÊNCIA pistão trecho de parede de eixo de suporte parede de ligação cubo de pino nervura nervura nervura recesso perfuração de pino ranhura escavada abertura rebordo circunferencial tina divisor de jatos ranhura anular ranhura anular ranhura anular região de união canal de resfriamento

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Pistão (1) de um motor de combustão interna, o qual está configurado em uma construção estrutural, apresentando dois trechos de parede de eixo de suporte (2) dispostos opostos entre si, sendo que uma respectiva parede de ligação (3) estende-se a partir de um cubo de pistão (4) na direção da borda lateral dos trechos de parede de eixo de suporte (2), caracterizado pelo fato de que, em uma região interna do pistão (1), está disposta pelo menos uma nervura (5; 6; 7), preferivelmente estão dispostas três nervuras (5, 6, 7) e o material das regiões em torno da dita pelo menos uma nervura (5; 6; 7) está reduzido.
2. Pistão (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que está prevista uma nervura (5), a qual está disposta no lado interno do respectivo trecho de parede de eixo de suporte (2).
3. Pistão (1) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que, na região interna do pistão (1) está prevista pelo menos uma nervura (6) que liga os dois cubos de pino (4) entre si.
4. Pistão (1) de acordo com a reivindicação 1,2 ou 3, caracterizado pelo fato de que, na região interna do pistão (1), está prevista pelo menos uma nervura (7) que se estende transversalmente a um eixo de perfuração de pino.
5. Pistão (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o pistão (1) apresenta, no lado do cubo de pino (4) voltado para dentro em torno de seu vértice superior e/ou inferior, um respectivo recesso (8).
6. Pistão (1) de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que, em torno da nervura (5), o trecho de parede de eixo de suporte (2) apresenta uma espessura de parede (RW) reduzida.
7. Pistão (1) de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que uma ranhura escavada (10) está disposta em oposição ao recesso (8).

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8. Pistão (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o pistão (1) apresenta pelo menos uma abertura (11) para o meio de resfriamento, sendo que em tomo da abertura (11) está disposto um rebordo circunferencial (12).
9. Pistão (1) de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que, em uma região parcial em tomo da abertura (11), juntamente com uma região parcial do rebordo circunferencial (12), está formada uma cavidade, especialmente uma tina (13).
10. Pistão (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o pistão (1) apresenta três ranhuras anulares (15,16, 17), sendo que a região de borda circunferencial livre do colar circunferencial está ligada a um corpo de base do pistão (1) em uma região de união (18) com fecho devido ao material, sendo que a região de união (18) está disposta na região entre a ranhura anular (16) central (segunda) e a ranhura anular (17) mais inferior (terceira).
11. Processo para produção de uma peça bruta de pistão apresentando um corpo de base em um processo de forjadura, sendo que, durante o processo de forjadura, um colar saliente é erado, conformado e em seguida a extremidade circunferencial livre do colar circunferencial é ligada ao corpo de base da peça bruta de pistão, caracterizado pelo fato de que a peça bruta de pistão é provida de nervuras em sua região interna em determinados pontos, e as regiões em torno dessas nervuras são reduzidas no tendido da espessura de parede, em relação à espessura de parede sem nervuras.
12. Processo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que um recesso está previsto na região do cubo de pino interno, o qual se estende em torno do vértice superior e inferior da perfuração de pino.

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13. Processo de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que a região de união entre a extremidade circunferência! livre do colar circunferência! e o corpo de base de pistão é colocada na região entre a ranhura anular mais inferior (terceira) e a central (segunda).
14. Processo de acordo com a reivindicação 11, 12, ou 13, caracterizado pelo fato de que, após a soldagem da extremidade livre do colar circunferencial com o corpo de base da peça bruta de pistão, ocorre um trabalho de acabamento da peça bruta de pistão sob medida.