BRPI0518979B1

BRPI0518979B1 - biela isenta de casquilho de mancal para um motor de combustão e processo para revestir superfícies de mancal de deslizamento.

Info

Publication number: BRPI0518979B1
Application number: BRPI0518979A
Authority: BR
Inventors: Kurt Maier
Original assignee: Mahle Int Gmbh
Priority date: 2004-12-10
Filing date: 2005-12-09
Publication date: 2016-10-11
Also published as: DE502005009573D1; CN101094731B; US7743746B2; BRPI0518979B8; EP1843860B1; US20080283021A1; BRPI0518979A2; WO2006061012A3; JP2008523325A; WO2006061012B1; WO2006061012A2; EP1843860A2; CN101094731A; DE102005055366A1

Abstract

biela para um motor de combustão e processo para revestir suas superfícies de mancal deslizante. a presente invenção refere-se a uma biela para um motor de combustão com um olho de biela pequeno provido com uma superfície de mancal deslizante para receber um pino de pistão e um olho de biela grande provido de uma superfície de mancal deslizante e envolve o pino de manivela, o grimpamento e o desgaste do pino do pistão e do pino da manivela deve ser evitado, com elevado grau de eficácia a custo vantajoso pelo fato de que uma camada autolubrificante produzida por pulverização rotacional de uma resina termicamente endurecida, com partículas sólidas de material lubrificante ali embutida, é aplicada diretamente ao menos sobre uma das superfícies do mancal deslizante.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "BIELA ISENTA DE CASQUILHO DE MANCAL PARA UM MOTOR DE COMBUSTÃO E PROCESSO PARA REVESTIR SUPERFÍCIES DE MANCAL DE DESLIZAMENTO".

[001] A presente invenção refere-se a uma biela para um motor de combustão com um pequeno olhai de biela para receber um pino do pistão e um olhai de biela grande que possui uma superfície de mancai de deslizamento envolvendo um eixo de manivela, bem como um processo para o seu revestimento.

[002] Bielas com revestimento direto de um olhai de biela já são conhecidos no estado da técnica, por exemplo, a partir do documento DE 197 31 625 e EP 0 863 322 B1. É descrito que para um mancai de biela a montagem deve ser simplificada pelo fato de que são dispensados os casquilhos do mancai da biela. Para tanto, uma camada de metal especialmente de bronze e de alumínio é injetada por injeção de plasma diretamente sobre o olhai de biela grande que deve prover suficiente lubrificação dos pontos de montagem. Para preservar a previsão das medidas para a montagem da biela bem como da qualidade da superfície do revestimento, todavia, torna-se necessário, como antes, uma usinagem mecânica posterior, por exemplo, por meio de afia-ção ou desbaste fino da camada de metal, que não permite uma redução nítida do material empregado para produção dessas bielas. Na prática ficou também evidenciado que as camadas de metal não podem prover uma suficiente segurança a fresagem e de lubrificação e consequência do desgaste nos mancais de maneira que a durabilidade dos mancais de biela nessas versões é limitada.

[003] A partir do documento DE 102 032 850 C1 passou a ser conhecida uma mistura pulvéria com capacidade de sinteração consistindo em um pó básico de alumínio e/ou de suas ligas ou de um grupo de metais como cobre, estanho, lítio ou manganês que são prensados por uma peça bruta que em seguida é compactada e sinterada, sendo que também podem ser aplicadas umas camadas sinterada em um componente que consiste em aço ou de material fundido. Com tudo este processo não é logrado com aprimoramento e as propriedades deslizantes mais também apenas uma redução do peso dos componentes.

[004] Da mesma maneira são conhecidas bielas sem buchas, por exemplo, a partir do documento DE 101 29 559 C1, que como camada deslizante apresenta um revestimento direto de bronze e de chumbo do olhai menor da biela. Mas aqui também existem as desvantagens acima mencionadas, porque como camada deslizante também é usada uma camada de metal. A usinagem posterior do revestimento requer, além disso, um grande esforço na precisão das medidas a serem observadas a fim de garantir uma montagem também com a menor folga entre a biela e o pino do pistão permitindo formação de ruído mínima.

[005] Para aperfeiçoar a propriedade de fricção e deslizamento de um componente, a partir do documento DE 39 39 704 A1 é conhecido um material de camada que após a injeção deve produzir uma distribuição irregular e a semelhança de manchas, de espessura variável na superfície do componente.

[006] As regiões de maiores espessuras no caso serão de preferência formados por partículas de material de enchimento que estão misturadas juntamente com o material do revestimento. Constitui desvantagem neste caso, todavia, que uma redução da espessura da camada descontrolada e irregular é gerada por um processo de queima para secagem, através do qual não é assegurado um ajuste de folga do mancai preciso, por exemplo, mancai de deslizamento, buchas ou bielas de um motor de combustão.

[007] Constitui, portanto, tarefa da presente invenção propor um componente deslizante, especialmente uma biela, para um motor de combustão, inclusive um processo para revestir as suas superfícies de mancai de deslizamento, com o qual deve ser lograda uma proteção de alta eficácia e de custo vantajoso e de longa durabilidade contra processos de grimpamento e de desgaste e também com menor folga de montagem.

[008] Pela aplicação direta de um revestimento com acabamento de laca deslizante e autolubrificante, que consiste em uma resina ter-micamente endurecível com partículas de material lubrificante sólido nela embutidas, sobre a superfície do mancai de deslizamento dos óleos de biela serão essencialmente logradas as seguintes vantagens: [009] Não são necessárias buchas de mancai para lograr uma segurança suficiente de lubrificação e de grimpamento; a aplicação de uma camada aderente nas superfícies do mancai de deslizamento para aprimorar a aderência da laca deslizante não é necessária; não é necessária uma usinagem posterior da superfície da laca deslizante aplicada visando aumentar uma precisão de medição desejada, como espessura de camada do revestimento, tolerância menor da espessura da camada, ajuste da folga de montagem etc. como da qualidade de superfície e como aspereza e formação ondular; melhor consistência em consequência de melhores propriedades de lubrificação comparado com as camadas convencionais de ligas metálicas, e, portanto, obtenção de maior durabilidade dos mancais da biela.

[0010] A dependência das exigências, as partículas de material lubrificante sólido integradas podem consistir em um ou em uma mistura dos dois dos seguintes materiais grafite, dissulfeto de molibdênio, dissulfeto de tungstênio, nitreto de boro hexagonal ou PTFE, sendo que o revestimento endurecido do mancai de deslizamento contém de 50 a 60% em peso das partículas lubrificantes sólidas a fim de assegurar uma lubrificação ideal dos mancais da biela. As partículas de mate- rial sólido apresentam para tanto tamanho de partículas de 1 a 3 prn com uma espessura de camada de laca deslizante endurecida de ΙΟΙ 5 μιη A tolerância da espessura da camada é no máximo de mais/menos 1 μίη com o que podem ser logradas as mais estreitas folgas de montagem.

[0011] De acordo com o processo a laca deslizante será vantajosamente aplicado por um processo de pulverização rotativo sobre as superfícies do mancai de deslizamento, com o que pode ser logrado um revestimento de olhais de biela também de diâmetros menores.

[0012] As camadas assim produzidas apresentam, conforme acima mencionado, uma espessura de camada aproximadamente constante e uma qualidade de superfície muito boa. Da mesma maneira a profundidade da região a ser revestida pode ser bem delimitada. O processo de revestimento é bastante econômico em comparação com as formas de revestimento convencionais, [0013] Exemplos de execução da invenção serão a seguir explicitadas baseado nos desenhos anexos. As figuras mostram: Figura 1 uma vista da biela revestida de acordo com a invenção;

Figura 2 um corte ao longo da linha l-l de acordo com a Figura 1;

Figura 3 outro exemplo de execução da biela revestida de acordo com a Figura 2;

Figura 4 um dispositivo para aplicar um revestimento sobre a superfície de mancai de deslizamento de uma biela.

[0014] A biela 1 de aço, representada de acordo com a figura 1, apresenta um olhai de biela 1 pequeno com uma superfície de mancai de deslizamento 4, uma haste de biela 8 e um olhai maior de biela 3 com uma superfície de mancai de deslizamento 5. As superfícies de mancai de deslizamentos 5 apresentam um revestimento 9 autolubrifi- cante que é formado a partir de uma resina termicamente endurecida com partículas sólidas de material lubrificante e embutidas - sendo designado como laca deslizante. A resina é uma poliamidimida e as partículas sólidas de material lubrificante consistem em um ou de uma mistura de dois dos materiais: grafite, dissulfeto de molibdênio, dissul-feto de tungstênio, nitreto de boro hexagonal ou PTFE.

[0015] Para aplica o revestimento de acordo com a invenção sobre as superfícies deslizantes 4 e 5 dos olhais da biela serve um dispositivo 10 para pulverização rotativa. O dispositivo 10 apresenta um corpo básico 11 que converge em um corpo de bocal 13 girável que está provido com mancai 12, um bocal 14 bem como uma saída de bocal 15. Para girar o corpo do bocal 13 serve um acionamento 23. O corpo básico 11 possui canais adutores 17 e 18 que estão destinados para a laca deslizante bem como ar pressurizado e que terminam em uma câmara misturadora 19 para dosagem e mistura. Um canal injetor 20, ligado com a câmara misturadora 19, projeta-se perpendicularmente para uma placa de ricochete 16 que está disposta para gerar uma fenda de formato anelar 22 de uma largura de 0,5 mm para a ejeção do jato de laca deslizante-jato de pulverização, distanciado do corpo do bocal 13.

[0016] O corpo do bocal 13 com seu bocal 14 gira por meio de acionamento 23 na região das rotações de 14000 a 18000 rotações por minuto, de maneira que pelas forças centrífugas que se formam na abertura da saída da fenda anelar, a mistura de laca deslizante e de ar pressurizado passa a ser acelerada sendo eliminada em forma de jato discoidal 24 ejetado em sentido radial. O diâmetro de bocal D é escolhido de tal maneira que corresponde aproximadamente a metade do diâmetro do olhai da biela a ser revestida.

[0017] O dispositivo poderá ser introduzido até a profundidade de bocal T dentro do olhai do bocal a ser revestido. Como o jato é estreito na direção axial, a superfície a ser revestida em direção axial poderá ser bem limitada por simples abertura e fechamento do suprimento de laca. Os diâmetros de bocais estão disponíveis na faixa entre 5 e 25 mm com profundidades de bocal até 50 mm de maneira que com o dispositivo podem ser revestidos olhais de bocal grandes ou pequenos de bielas pratica mente para todos os tipos de motores.

Exemplo de Execucão 1: Revestimento de olhai de biela pequeno: [0018] A biela 1 será sujeito a usinagem final mecânica, de forma já conhecida. O olhai menor de biela 2 será finalmente perfurado por uma aspereza de Rz (profundidade de aspereza média) < 6,3 pm. O diâmetro da perfuração antes do revestimento será escolhido de tal maneira que o pino do pistão receba uma folga diametral de 30-40 pm. O olhai menor da biela pode receber uma perfuração de configuração esférica. A seguir, a biela será limpa de tal maneira que aparas, partículas, olhais de usinagem e semelhantes materiais são completamente removidos.

[0019] Para o preparo do revestimento serão aplicados nos dois lados do olhai da biela, guarnições protetoras 21 que estão ajustadas ao contorno externo do olhai menor da biela. Estas guarnições 21 evitam um revestimento dos lados externos da biela.

[0020] A laca deslizante constituída de uma resina básica de poli-amidimida resistente a temperatura contém, como lubrificante sólido uma mistura de dissulfeto de molibdênio e de grafite com tamanho de partículas com 1-3 pm. No caso, a viscosidade da laca deslizante é reguladas de tal maneira que não é viabilizada uma formação de gotas porém uma aplicação suficiente.

[0021] Com um avanço de 10-20 mm/seg o bocal é centricamente introduzido no olhai da biela de maneira que a laca deslizante é aplicada sobre a biela preaquecida a 50 até 80 °C. A laca deslizante con- tém em estado endurecido 50-60 % em peso de substâncias lubrificantes sólidas. Sem suprimento de laca o bocal será em seguida recuado. Todo processo de revestimento se realiza em menos de 5 segundos.

[0022] Em seguida, a camada será ter mi ca mente endurecida em um forno quando a biela precisa ser segurada entre 10 a 20 minutos em uma temperatura de 200 °C. A camada assim obtida tem uma espessura de aproximadamente 10 pm sendo alcançada uma tolerância da espessura da camada de mais/menos 1 m. Não obstante a redução da espessura da camada deslizante em virtude da contra ação da camada, será logrado uma folga de pino diametral estreita que é de 10-20 pm.

[0023] De modo análogo, a superfície deslizante interna, ou seja, o lado o pino, pode ser produzido de casquílhos de mancai ou de buchas normalmente consistindo em duas metades e que podem ser introduzidas nos olhais de uma biela.

Exemplo de execucâo 2: Revestimento no Olhai de Biela Pequeno com Lubrificação de óleo Lubrificante: [0024] A biela será trabalhada essencialmente de acordo com o exemplo de execução 1 e também limpa. Somente o diâmetro externo do olhai da biela será configurado para uma folga de pino de pistão diametral antes do revestimento de 20-30 pm.

[0025] Para o preparo do revestimento nos dois lados dos olhais da biela serão aplicadas guarnições de abertura 21 adequadas ao contorno externo do olhai menor de biela. As guarnições 21 evitam um revestimento dos lados externos da biela.

[0026] A laca deslizante formada da resina básica muito resistente a temperatura, ou seja, poliamidimida, contém como lubrificante sólido, grafite com tamanho de partícula de 1-3 pm. A viscosidade da laca deslizante é regulada de tal maneira que não é viabilizado uma formação de cota porém uma aplicação suficiente.

[0027] A perfuração de óleo lubrificante 7, configurada no centro no olhai menor da biela 2, não deverá ser obstruída pela laca deslizante. Por esta razão, e para que o óleo lubrificante possa ter melhor distribuição na fenda entre o olhai da biela e o pino do pistão, o revestimento será recortado na região da perfuração de óleo lubrificante na forma de uma "canaleta de lubrificação" radial e circunferencial, de acordo com a representação da Figura 3. Da mesma maneira podem ser concretizados uma ou várias canaletas lubrificantes projetadas paralelamente para com os eixo dos olhais da biela ou também como uma combinação destas canaletas pelo emprego de máscaras correspondentes. Para o revestimento será utilizado o dispositivo 11.

[0028] O bocal 14 será aplicado em um lado da biela (A) e sendo introduzido sem alimentação de laca deslizante até a profundidade T1 do olhai de biela pequeno 2. Em seguida, a laca deslizante será aplicada na região (C). Na região da guarnição de cobertura 21 no lado da biela (B) será desligado o suprimento de laca e o restante da laca que permanece no bocal será pulverizado na guarnição. Em seguida o bocal 14 sem suprimento de laca será recuado até a profundidade T2 a e de onde será pulverizado com laca deslizante a partir da região (D). O resíduo da laca deslizante será removido por jateamento no lado da biela A na região da guarnição de cobertura 7. A aplicação da laca deslizante verifica-se sobre a biela preaquecida na faixa de 50 a 80 °C.

[0029] A seguir, a camada será termicamente aquecida em um forno, sendo que a biela precisa ser mantida entre 10 a 20 minutos em uma temperatura de 200 °C. A camada assim obtida tem a espessura de aproximadamente 10 pm, sendo alcançado uma tolerância de espessura de camada de mais/menos 1 μηι. Não obstante da redução da espessura da camada deslizante em consequência da contra ação da camada, será lograda uma folga do pino diametral estreita, sendo de 10-20 μιη. Esta folga estreita é especíalmente vantajosa para evitar ruídos por trepidação dos pinos. O revestimento garante que não obstante a estreita folga nâo se apresentam sintomas de grimpamento. Além disso, o revestimento possibilita uma embutição de menores partículas duras que podem alcançar as fendas entre a perfuração da bi-ela e o pino do pistão.

[0030] De modo análogo poderá também ser produzida a superfície deslizante interna, ou seja, o lado do pino, de casquilhos de mancai ou de buchas que normalmente consistem em duas metades e que podem ser integradas nos olhais de uma biela.

Exemplo de execução 3: Revestimento no Olhai de Biela Pequeno de uma Biela Fosfatada: [0031] A biela será usinada de acordo com o exemplo de execução 1 e sendo também limpa. O diâmetro do olhai da biela antes do revestimento será solucionado de tal maneira que o pino do pistão recebe uma folga diametral de 30-40 μίτι.

[0032] Em seguida será fosfatada a metade superior da biela 1. Como solução de fosfatação é empregado um banho de fosfatação comumente comercializado, ou seja, Gardobond G 4098 da Empresa Chemetall, Frankfurt. Este processo de fosfatação gera uma camada de 5 μίτι de espessura consistindo em ferro-manganês-fosfato. A camada serve por um lado como base aderente para a laca e por outro lado apresenta boa propriedade deslizante e de separação e serve, portanto, também junta mente com o revestimento da laca deslizante para evitar um grimpamento do pino no olhai de biela pequeno.

[0033] Para fosfatar a metade superior da biela, a biela será mergulhada com o auxílio de uma estrutura adequada apenas pela metade dentro da solução de fosfatação.

[0034] O revestimento com lada deslizante e endurecimento verifi- ca-se de acordo com o exemplo de execução 1. A espessura da camada da lada deslizante também será de 10 pm em uma tolerância de espessura de camada máxima de mais/menos 1 μηπ. Desta maneira» a folga diametral do pino (apôs o revestimento) será de 0,1-10 μηπ. Não obstante a folga estreita o par constituído pela biela e pino é eficazmente protegido contra grimpamento pelo revestimento duplo.

[0035] Para a concretização do processo de revestimento adapta-se também um aparelho lançador S-520 da Empresa Sprimag, Kirch-heím, [0036] Faz parte da invenção que o revestimento pode ser empregado tanto para bielas com buchas de bielas ou para casquilhos de mancai. De modo indicado, ou poderá ser revestido o olhai maior da biela.

Relação numérica de componentes 1 Biela 2 Olhai menor de Biela 3 Olhai maior de Biela 4 Superfície de Mancai de deslizamento para Olhai menor de Biela 5 Superfície de Mancai de deslizamento para Olhai maior de Biela 6 Revestimento 7 Perfuração para Óleo Lubrificante 8 Haste da Biela 9 Revestimento, Autolubrificante (laca Deslizante) 10 Dispositivo para Pulverização Rotativa 11 Corpo Básico 12 Mancai para Corpo de Bocal 13 Corpo do Bocal 14 Bocal 15 Saída do Bocal 16 Placa de Ricochete 17 Canal Adutor para Laca Deslizante 18 Canal Adutor para Ar Comprimido 19 Câmara Misturadora 20 Canal Ejetor 21 Guarnição 22 Fenda 23 Acionamento 24 Jato D Diâmetro de Bocal T Profundidade de Bocal Da Eixo do Bocal REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Biela (1) isenta de casquilho de mancai para um motor de combustão, com um olhai menor de biela (2) que possui uma superfície de mancai de deslizamento (4) para receber um pino de pistão e um olhai maior de biela (3) provido de uma superfície de mancai de deslizamento (5) envolvendo um eixo de manivela, caracterizado pelo fato de que ao menos uma das superfícies de mancai de deslizamento (4, 5) apresenta um revestimento (9) autolubrificante, unido diretamente com o material da biela (2) e consistindo em uma resina termicamente endurecida com partículas sólidas de material deslizante ali embutida, a resina sendo uma poliami-dimida e as partículas sólidas do material lubrificante consistindo de um ou de uma mistura de dois dos materiais grafite, dissulfeto de moli-bdênio, dissulfeto de tungstênio, nitreto de boro hexagonal ou PTFE, sendo que o as partículas sólidas de material lubrificante, apresentam tamanho de partículas de 1 a 3 μΐη.

2. Biela isenta de casquilho de mancai, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o revestimento (9) da superfície de mancai de deslizamento (5, 6) contém de 50 até 60 % em peso de partículas sólidas de material lubrificante.

3. Biela isenta de casquilho de mancai de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a espessura da camada do revestimento de 10-15 pm.

4. Biela isenta de casquilho de mancai de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a espessura da camada tem uma tolerância de +/-1 pm.

5. Biela isenta de casquilho de mancai de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a superfície deslizante do olhai menor da biela é revestida.

6. Processo para revestir superfícies de mancai de desli- zamento (4, 5) de um olhai de biela (2, 3) especialmente para uma bi-ela (1) isenta de casquilho de mancai de um motor de combustão, como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que por meio de pulverização rotacional é aplicado um revestimento (9) autolubrificante consistindo em uma resina termica-mente endurecida com partículas sólidas de material lubrificante ali embutida, diretamente ao menos sobre uma das superfícies de mancai de deslizamento (4, 5), sendo que a resina é uma poliamidimida e as partículas sólidas do material lubrificante são formadas de um ou de uma mistura de dois dos materiais grafite, dissulfeto de molibdênio, dissulfeto de tungstênio, nitreto de boro hexagonal ou PTFE, sendo que a mistura que consiste em diferentes componentes da resina, é aplicada como laca deslizante sobre as superfícies do mancai de deslizamento (4, 5) dos olhais de biela (2, 3).

7. Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a laca deslizante é aplicada sobre uma superfície de mancai de deslizamento (4, 5) do olhai de biela (2, 3) totalmente de-sengordurada, limpa e isenta de aparas e de depósitos com uma aspereza de superfície de Rz (profundidade média de aspereza) < 6,3 pm.

8. Processo de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que a pulverização rotacional é realizada por meio de um bocal (14) giratório introduzido no centro do respectivo olhai de biela (2, 3), com um avanço de 10-20 mm/seg.

9. Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a pulverização da laca deslizante é realizada a uma velocidade rotacional do bocal de 14000 a 18000 rotações por minuto.

10. Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a laca deslizante é pulverizada perpendicularmente para com a superfície do mancai de deslizamento (4, 5).

11. Processo de acordo com a reivindicação 6, caracteriza- do pelo fato de que a biela (1), antes e durante a pulverização rotacio-nal da laca deslizante, é preaquecida e após a conclusão da pulverização rotacional, a biela é indiretamente submetida a um tratamento térmico.

12. Processo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o preaquecimento da biela (1) verifica até que seja alcançada uma temperatura da biela de 50 a 80°C., sendo que o tratamento térmico é realizado entre 10 a 20 mim a uma temperatura de 200°C.

13. Processo de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que é alcançada uma tolerância da espessura de camada após o endurecimento da laca deslizante de mais/menos 1 μΐΎΙ.