PT1717493E - Mola de compressão helicoidal para segmentos de êmbolo de lubrificação - Google Patents

Description

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RESUMO

"MOLA DE COMPRESSÃO HELICOIDAL PARA SEGMENTO DE ÊMBOLO DE LUBRIFICAÇÃO" A invenção refere-se a um método para a realização de uma mola de compressão helicoidal que pode ser aplicada num segmento de êmbolo de lubrificação, bem como para a realização de um anel de segmento para lubrificação de êmbolo.

Em segmentos de êmbolo de lubrificação múltiplos com molas de compressão helicoidais, também denominadas de molas de mangueira, ocorre, para além do desgaste do rasto do segmento de êmbolo de lubrificação, através do atrito existente com o rasto do cilindro durante o movimento vertical do êmbolo, bem como ainda um desgaste entre as superfícies de contacto da mola de mangueira e as perfurações de admissão do segmento de êmbolo de lubrificação. Este desgaste obtém-se nas reentrâncias da perfuração, nas quais a mola pode interligar-se sendo assim reduzidas ou até mesmo anuladas as capacidades necessárias de movimento radial do segmento de êmbolo de lubrificação. Este efeito pode conduzir num segmento de êmbolo de lubrificação a um aumento indesejado do consumo de óleo. Simultaneamente, também ocorre um desgaste da mola, através do qual o filamento da mola é bastante comprometido.

Medidas gerais conhecidas contra esta relação de desgaste, são a aplicação das famosas molas polidas "centerless", de modo a reduzir a pressão de superfície entre a ranhura e a mola através do aumento das superfícies de contacto, ou a aplicação de uma zona com reduzida distância de voltas com 2 a função de eventualmente reduzir a pressão de superfície entre a ranhura e a mola. Nestas molas polidas "centerless" o diâmetro dos passos é já atenuado a partir do acondicionamento e na eventualidade de ocorrer em tais molas uma atenuação através do desgaste em cima descrito, pode ser facilmente originada em caso extremo uma quebra da mola e consequentemente uma falha total do sistema de mola do segmento de êmbolo de lubrificação. 0 método desde há muito em efeito, para reduzir o referido desgaste secundário considerado nas áreas referidas, é a separação das superfícies de contacto metálicas através de mangueiras de Teflon, as quais são passadas pela mola (ver GB-A-1254637). Esta mangueira não deverá uma única vez revestir toda a mola, sendo muitas vezes suficiente que a mangueira seja colocada na mola apenas na zona da junta do segmento de êmbolo de lubrificação, uma vez que o desgaste devido ao elevado movimento relativo entre o anel e a mola encontra-se aqui no seu expoente máximo. Esta excelente solução de problema com a mangueira em Teflon vai de encontro no entanto ainda hoje à aplicabilidade técnica. Uma vez que as dimensões axiais do segmento de êmbolo de

lubrificação, são cada vez mais reduzidas (<2 mm) , os diâmetros dos passos das molas também têm de ser imperativamente concebidos de modo mais pequeno. A realização de tal tipo de diâmetro do passo implica em si uma grande exigência, referindo-se ainda a uma exigência relativa a força tangencial suficiente. Para se poder ainda colocar uma mangueira em Teflon na zona de construção delimitada da ranhura, seria aconselhável reduzir ainda mais todas as desvantagens descritas sobre o diâmetro da mola. A partir daí, a disponibilidade de tal tipo de mangueira em teflon mais pequena e estreita torna-se mais 3 difícil, o que remete novamente para custos de produção elevados.

As tentativas de revestir facilmente as molas directamente com Teflon, verniz deslizante sulfureto de molibdénio ou semelhantes, p. ex. através de métodos de imersão, mostraram-se inadequadas para a resolução do problema descrito para o desgaste.

Do documento EP-A-0 927 839 pode extrair-se um sistema, composto por uma mola de compressão cunhada em placas metálicas, numa ligação funcional com dois elementos deslizantes anelares, em que pelo menos na área de contacto da mola de compressão com o respectivo elemento deslizante, se encontra previsto um revestimento numa mistura de CrN e Cr2N ou uma mistura em CrN, Cr2N e Cr. Para o revestimento de uma mola de compressão helicoidal, esta camada de extremamente dura não é adequada. Surge com isto que desta forma, o desgaste que penetra na base da mola de um segmento de êmbolo de lubrificação, não é passível de ser reduzida.

Através do documento DE 692 20 026 T2 é divulgado um método para a realização de molas com revestimento galvânico, o qual compreende as seguintes etapas: separação de uma camada de cobre sobre o fio de mola, separação de uma camada de zinco sobre a camada de cobre, com uma relação de espessura da camada de zinco em relação à espessura total das camadas de revestimento galvânico de 5 a 45%, Regulação da espessura definitiva do revestimento galvânico de 2 a 25 pm, formação do fio numa mola e colagem da mola com revestimento galvânico a uma temperatura de 250 a 400 °C. 4 A invenção tem como base o objectivo de proporcionar um método para a realização de uma mola formada em espiral para aplicação num segmento de êmbolo de lubrificação, no qual numa manutenção da força tangencial da mola, ao longo do período de funcionamento do segmento de êmbolo de lubrificação, é melhorada a relação de desgaste entre a mola de compressão helicoidal e a base da mola do segmento de êmbolo de lubrificação, de modo a que também seja garantida uma excepcional relação de desgaste entre segmento de êmbolo de lubrificação e mola de compressão helicoidal, inclusivamente em reduzidas alturas de construção de um segmento de êmbolo de lubrificação.

Este objectivo é atingido de acordo com a invenção, através das características das reivindicações 1 e 6.

De um modo vantajoso, os aperfeiçoamentos do objecto da invenção são obtidos através das reivindicações dependentes daquelas.

Durante o empilhamento de diamantes, nos dias de hoje, de preferência através de micro-ondas ou fio metálico por CVD, em níveis de temperatura entre 600 e 1000°C numa atmosfera gasosa especial, entra em utilização de preferência como objecto da invenção o método PVD, e assim, em temperaturas reduzidas de revestimento, as quais se encontram em parte abaixo dos 200 °C. No objecto da invenção são utilizadas de preferência camadas de grafite iC. Para além de uma boa protecção contra o desgaste, directamente em cima da mola de compressão helicoidal, as áreas das ranhuras que se encontram em contacto com os passos da mola de compressão helicoidal do segmento de êmbolo de lubrificação, mostram também um desgaste drasticamente reduzido. 5

Os métodos conhecidos, nos quais o fio metálico é revestido antes de ser torcido na forma de mola, são aqui inadequados, uma vez que as camadas rigidas não suportam as relações extremas de espiral, tal como as implicadas neste tipo de molas, ou por terem de ser novamente processadas no decurso do trabalho de "polimento centerless", de imediato sobre as superfícies de efeito.

De acordo com outro pensamento de acordo com a invenção, foi seleccionado um outro método de revestimento, no qual as molas de compressão helicoidais acabadas são revestidas exclusivamente na área do diâmetro externo da espiral. Com isto é ainda necessário, assumir um revestimento na área externa da mola de compressão helicoidal fechada, uma vez que apenas nesta área ocorre um contacto - e portanto um desgaste - na ranhura do segmento de êmbolo de lubrificação.

Como material de mola são hoje em dia adequadas qualidades de aço aplicáveis às molas de compressão helicoidal em espiral - aço CrSi ou aço CrNi. As exigências de um revestimento activante assentam no facto de a superfície dos aços da mola poderem ser realizados através de métodos adequados, como por exemplo rebarbamento químico da mola, isento de polimento e oxidação.

As molas de compressão helicoidais no corpo principal do segmento de êmbolo de lubrificação são aplicadas em materiais fundidos ou semelhantes em aço. 6 0 objecto da invenção é apresentado com referência a um exemplo de realização nas figuras e será descrito como se segue. As figuras ilustram:

Figura 1 revestimento principal de um segmento de êmbolo de lubrificação que interage com uma mola de compressão helicoidal concebida em espiral;

Figura 2 secção transversal através do segmento de êmbolo de lubrificação de acordo com a Figura 1. A Figura 1 mostra o revestimento principal de um segmento de êmbolo de lubrificação 1, o qual dispõe de uma zona cortada, a conhecida extremidade 2, e o qual se encontra em ligação funcional com uma mola de compressão helicoidal 3, torcida em espiral e flectida em circulo. 0 segmento de êmbolo de lubrificação 1 dispõe de um rasto 4 apenas indicado, bem como uma ranhura 5 virada para o rasto 4, na qual a mola de compressão helicoidal 3 de sustenta e após o fecho da extremidade 2, no estado de construção do segmento de êmbolo de lubrificação 1, é exercida sobre o segmento de êmbolo de lubrificação 1, uma força radial para o exterior, sob a qual o anel assenta, com o seu rasto 4 numa superfície oposta não ilustrada, por exemplo uma camisa desmontável do cilindro. A mola de compressão helicoidal 3 obtida no efeito em espiral na forma longitudinal, toma uma forma esférica, de modo a que as pontas da mola 7,8 da mola de compressão helicoidal 3, que se encontram opostas uma à outra, se apoiem uma na outra, de modo a que não surja qualquer abertura real 6 entre as pontas da mola 7,8. As pontas da mola 7,8 são previstas nos lados do anel - aqui representados pela abertura 6 - que estão dispostos do lado oposto à extremidades 2. Na prática, constatou-se que um deslocamento da mola de compressão helicoidal 3 no sentido 7 do perímetro não é de preferência proporcionado, de modo a que a abertura 6 permaneça normalmente estacionária na posição apresentada. No sistema formado na Figura 1, composto pelo segmento de êmbolo de lubrificação 1 e pela mola de compressão helicoidal 3, não só o desgaste do rasto 4 do segmento de êmbolo de lubrificação 1, através do atrito existente com a faixa de rolamento do cilindro durante o movimento de elevação, mas também o desgaste (desgaste secundário) entre as superfícies de contacto 9 da mola de compressão helicoidal 3 e a ranhura 5 ou base da mola 5' do segmento de êmbolo de lubrificação 1. Este desgaste provoca na base da mola 5' reentrâncias, nas quais a mola de compressão helicoidal 3 pode engatar, de tal modo que a capacidade de movimento radial do segmento de êmbolo de lubrificação 1 é comprometida. Na área da extremidade 2, através de uma área angular específica a, no lado direito e esquerdo das pontas da extremidade 2', 2'', o desgaste encontra-se no seu expoente máximo entre a mola de compressão helicoidal 3 e a reentrância 5, devido ao elevado movimento relativo obtido entre o segmento de êmbolo de lubrificação 1 e mola de compressão helicoidal 3. 0 desgaste reduz rapidamente contra 0, do lado esquerdo e direito próximo da área angular α designada, no sentido do lado traseiro do anel, uma vez que aqui o movimento relativo entre o segmento de êmbolo de lubrificação 1 e mola de compressão helicoidal 3 não pode ser preferivelmente mais proporcionada. A Figura 2, mostra um corte transversal através do segmento de êmbolo de lubrificação 1, apenas indicado na Figura 1, contendo a mola de compressão helicoidal 3. O rasto 4 deve neste exemplo ser concebido através de duas saliências 4', que se projectam radialmente para o exterior, as quais 8 estão previstas com uma camada resistente ao desgaste 4''. A altura h do segmento de êmbolo de lubrificação 1 é neste exemplo admitida com 1,5 mm. Para a recepção da mola de compressão helicoidal 3 o segmento de êmbolo de lubrificação 1 dispõe de uma base de mola 5' .

Através da redução existente da altura total do sistema, composto por segmento de êmbolo de lubrificação 1 e mola de compressão helicoidal 3, são aplicados diâmetros d cada vez mais pequenos para as molas de compressão helicoidais 3 concebidas em fio metálico, em que a realização de tal tipo de diâmetro do passo pequeno apresenta em si um enorme desafio técnico. Para além disso, é ainda proporcionada a exigência relativa a uma força de tensão radial suficiente da mola de compressão helicoidal 3.

Neste exemplo, a mola de compressão helicoidal 3 deve ser prevista com um revestimento à base de uma camada de grafite 12, resistente ao desgaste, apenas na área da base da mola 5', numa área angular β na superfície externa do perímetro 3'. Para a aplicação, consegue-se a grafite amorfa, resistente ao desgaste, à base de grafite iC. Neste exemplo, deve ser aplicada uma camada metálica de carbono de camadas múltiplas num processo de temperatura reduzida (<200 °C) através do método PVD (separação física da fase de vapor). A mola de compressão helicoidal 3, após a torção na forma espiral no perímetro externo, foi submetida a nivelamento de material através do conhecido polimento "Centerless". Logo a seguir ao processo de polimento e purificação, a mola de compressão helicoidal foi revestida. Um 9 revestimento do fio metálico da mola, antes da torção da mola de compressão helicoidal não é portanto possível.

De acordo com o aperfeiçoamento da base da mola 5' pode fazer sentido que a camada de grafite 12 seja prevista através de toda a área de contacto activa entre a mola de compressão helicoidal 3 e a base da mola 5', ou unicamente na área angular a, bem como unicamente na área da extremidade (2) do segmento de êmbolo de lubrificação 1.

Lisboa, 30 de Junho de 2008

Claims (12)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Método para a realização de uma mola de compressão helicoidal (3) aplicável a um segmento de êmbolo de lubrificação (1), no qual um fio metálico é torcido em espiral, inclusivamente submetido a uma purificação e em que a mola de compressão helicoidal (3) assim obtida é prevista pelo menos parcialmente com uma camada de grafite amorfa (12) resistente ao desgaste.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a camada de grafite amorfa (12) ser aplicada na zona do perímetro a revestir (3') da mola de compressão helicoidal (3) , num processo de temperatura reduzida a níveis de temperatura <200 °C.

3. Método de acordo com a reivindicação 1 a 2, caracterizado por antes do revestimento da mola de compressão helicoidal (3) ser prevista a superfície metálica externa (3') do perímetro de modo isento de coloração ou oxidação, de preferência sendo quimicamente desbarbada.

4. Método de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por a camada de grafite amorfa (12) ser concebida como camada de grafite iC.

5. Método de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por a camada de grafite ser aplicada no método PVD. 2

6. Segmento de êmbolo de lubrificação para máquinas motorizadas de combustão, o qual se encontra em interacção com uma mola de compressão helicoidal, a qual se encontra disposta nas superfícies traseiras do anel e exerce tensão radial para o exterior, em que a mola de compressão helicoidal se estende na superfície traseira do anel, numa reentrância que actua na forma de base de mola, e cujas pontas da mola se apoiam mutuamente no sentido do perímetro e o segmento de êmbolo de lubrificação apresenta uma extremidade, caracterizado por a superfície (3') da mola de compressão helicoidal (3) ser prevista com uma camada de grafite (12) amorfa resistente ao desgaste.

7. Segmento de êmbolo de lubrificação de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por a mola de compressão helicoidal (3) ser revestida pelo menos na zona da extremidade (2), numa área angular designada (a) , em que no estado de construção as pontas da mola (7,8) da mola de compressão helicoidal (3) se encontram opostas à extremidade (2) .

8. Segmento de êmbolo de lubrificação de acordo com a reivindicação 6 a 7, caracterizado por a área angular (a) se encontra 5o e 60°.

9. Segmento de êmbolo de lubrificação de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por a mola de compressão helicoidal (3) ser pelo menos revestida na superfície (3') que se encontra virada para a 3 base de mola (5'), numa área angular (β) predefinida.

10. Segmento de êmbolo de lubrificação de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por a área angular (β) se encontrar sensivelmente entre 5o e 180°.

11. Segmento de êmbolo de lubrificação de acordo com as reivindicações 8 a 10, caracterizado por a camada de grafite (12) disposta na área angular (β) , se projectar sobre a área angular (a), vista no sentido do perímetro.

12. Segmento de êmbolo de lubrificação, de acordo com pelo menos uma das reivindicações 6 a 11, caracterizado por a camada de grafite (12) ser concebida como camada de grafite iC. Lisboa, 30 de Junho de 2008