BR112012022008B1 - Mola helicoidal de compressão para um anel raspador de óleo de um pistão de um motor de combustão interna, e método para o revestimento de uma mola helicoidal de compressão - Google Patents
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Abstract
mola heliocoidal de compressão para um anel raspador de óleo de um pistão de um motor de combustão interna, e método para o revestimento de uma mola heliocoidal de compressão. uma mola de compressão heliocoidal, de preferência de aço, em particular aço crsi ou aço crni, compreende um alternadamente uma pluralidade de camadas de crn (16) e camadas a-c:h:me (14). em um método para o revestimento de uma mola helicoidal de compressão, de preferência feita de aço, são aplicadas alternadamente várias camadas de crn e camadas a-c:h:me.
Description
MOLA HELICOIDAL DE COMPRESSÃO PARA UM ANEL RASPADOR DE ÓLEO DE UM PISTÃO DE UM MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA, E MÉTODO PARA O REVESTIMENTO DE UMA MOLA HELICOIDAL DE COMPRESSÃO”
Campo da técnica [001]A invenção se refere a uma mola helicoidal de compressão fornecida como um componente de um anel raspador de óleo, em duas partes, de um pistão de um motor de combustão interna, a fim de comprimir o segundo componente de tal anel raspador de óleo, ou seja, o chamado corpo base que está em contato deslizante com um cilindro ou uma camisa de cilindro, contra a parede do cilindro. A presente invenção refere-se ainda a um método para revestimento de uma mola helicoidal de compressão deste tipo.
[002]Como mencionado, a mola helicoidal de compressão está localizada no interior da disposição de anel raspador de óleo de duas partes descrito, por outras palavras, entre o corpo base do anel de pistão, que está em contato deslizante com a parede do cilindro, e o fundo da ranhura do anel de pistão. Devido aos esforços dinâmicos que ocorrem durante o funcionamento do motor, surgem movimentos relativos entre o corpo base e a mola helicoidal de compressão. Este movimento pode levar ao assim chamado desgaste secundário, que pode manifestar-se no anel de pistão sob a forma de canais de ranhura e sobre a mola sob a forma de desgaste de material. Nos canais de ranhura, a mola pode se engastalhar, o que dificulta a ação de raspagem do anel de pistão. Além disso, pode haver uma redução na força tangencial necessária para executar a função.
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Estado da Técnica [003]DE 10 2005 019 500 B4 descreve uma mola helicoidal de compressão que é revestida com camadas de grafite iC livres de hidrogênio.
[004]EP 1 717 493 A1 descreve uma mola helicoidal de compressão para um anel raspador de óleo de pistão, a mola helicoidal de compressão sendo fornecida pelo menos parcialmente com uma camada de grafite amorfo, resistente ao desgaste.
[005] WO 2009/121719 A2 refere-se a um anel de pistão tendo uma camada de carbono amorfo contendo metal, e uma camada de carbono amorfo livre de metal.
Breve descrição da invenção [006]A invenção tem o objetivo de proporcionar uma mola helicoidal de compressão e um método para seu revestimento, com o qual é melhorado o atrito e / ou desgaste e / ou comportamento de partida de pelo menos um componente de um anel raspador de óleo de duas partes.
[007] A solução deste objetivo ocorre, por um lado, através da mola helicoidal de compressão descrita na reivindicação 1. O revestimento proporcionado na dita mola se distingue por uma pluralidade de camadas alternadas de CrN e a-C:H:Me. Os testes iniciais mostraram que tanto o tempo de vida quanto o coeficiente de atrito relativo podem ser melhorados através de uma estrutura de camadas deste tipo. O tempo de vida é estendido, em especial por uma melhoria na estabilidade da camada. Além disso, um comportamento de deslizamento melhorado entre a mola e o anel de pistão pode ser determinado em testes iniciais.
[008]Por uma questão de clareza, é mencionado que Me representa metal, e para esta finalidade podem ser usados, por exemplo, tungstênio, crômio, titânio, germânio ou silício. Tanto a camada a-C:H:Me quanto a camada a-C:H abaixo mencionada são camadas DLC e proporcionam um desgaste
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3/7 comparativamente baixo e boas propriedades de atrito. Em particular, presume-se que, devido a diferentes pressões de contato radiais e diferentes taxas de desgaste assim produzidas, por exemplo, ao longo da circunferência de uma mola helicoidal de compressão, DLC esteja, no entanto, sempre presente, pelo menos, parcialmente na superfície, de modo que boas propriedades de atrito, em particular, mesmo sob condições de lubrificação insuficientes, são mantidas. Isto é combinado de um modo vantajoso com as vantagens oferecidas pela camada de CrN no que diz respeito ao desgaste. A resistência ao desgaste da camada de CrN, que é convencionalmente superior em comparação com a DLC, pode vantajosamente ser eficaz desde o início, ou quando a camada mais externa DLC é desgastada. O revestimento de camadas múltiplas descrito oferece adicionalmente a vantagem de que podem ser produzidas espessuras globais de camada significativamente maiores do que no caso de sistemas de revestimento DLC convencionais. Isto é baseado essencialmente no fato de que as tensões internas, mais elevadas no caso de DLC em comparação com CrN, podem ser igualadas dentro revestimento como um todo pelas camadas de CrN.
[009]A mola helicoidal de compressão é de preferência feita de aço, em especial aço CrSi ou CrNi, substancialmente enrolada helicoidalmente e, consequentemente, tem duas extremidades de mola que, devido à disposição da mola em grande parte circular, se encontra sem interrupção no estado montado ou operacional. Este ponto é de preferência radialmente oposto à lacuna do anel de pistão. Deve ser mencionado que o revestimento de acordo com a invenção pode, por exemplo, ser aplicado à mola helicoidal de compressão descrita no documento DE 10 2005 019 500 B4, em substituição às camadas de grafite iC livre de hidrogênio ali descritas. Em particular, todas as características individuais da mola
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4/7 helicoidal de compressão ali descrita pertencem ao objeto do presente pedido, devido à referência feita aqui. Tal como descrito no documento referenciado, o anel de pistão raspador de óleo pode ser configurado de modo a não ser fechado circunferencialmente, mas tem uma chamada abertura, em outras palavras, uma lacuna na direção circunferencial. A mola helicoidal de compressão é configurada para ser contínua nessa região e é de preferência revestida na região da respectiva lacuna e simetricamente a esta com um ângulo circunferencial de 5° a 60°. Na publicação referida, o ângulo acima descrito em torno da lacuna do anel de pistão é designado por α. No interior, o anel de pistão tem uma ranhura de preferência com secção transversal em forma aproximadamente semicircular para receber a mola helicoidal de compressão. Na direção axial da mola helicoidal de compressão esta é, de preferência, revestida no lado voltado para o anel de pistão com um ângulo (β de acordo com o documento referenciado) de 5° a 180°, de preferência simetricamente ao plano médio. Deve também ser mencionado que um pedido de patente do mesmo requerente foi depositado no mesmo dia com o título Elemento deslizante, em especial um anel de pistão, e um método para revestimento de um elemento deslizante, no qual é fornecido um revestimento semelhante ao aqui descrito para um deslizante elemento, em especial para um anel de pistão. Todas as características do revestimento ali descritas são igualmente aplicáveis ao revestimento aqui descrito. Além disso, o anel de pistão ali descrito pode ser vantajosamente combinado, em uma das formas de realização descritas, com a mola helicoidal de compressão aqui descrita, e esta combinação deve ser considerada como um objeto do presente pedido. Além disso, é possível aplicar ao anel de pistão, em particular, à sua face interior, o revestimento que está descrito no pedido Método para o revestimento pelo menos da superfície interna de um anel de
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5/7 pistão, e anel de pistão igualmente depositado pelo requerente no mesmo dia.
[010]Desenvolvimentos adicionais preferidos são descritos nas outras reivindicações.
[011] Para a aderência da camada de CrN ao substrato, ou seja, à mola helicoidal de compressão, de preferência feita de aço, tem-se verificado vantajoso formar uma camada adesiva de crômio. Esta pode ser aplicada em particular por deposição de vapor e de preferência tem uma espessura de camada de menos de 0,5 pm 0,01 pm. Como uma espessura de camada mínima para a camada de adesivo é preferida atualmente 0,01 pm.
[012]Para a camada mais externa da mola helicoidal de compressão de acordo com a invenção, que está primeiramente em contato com o anel de pistão, uma camada de DLC livre de metal, por outras palavras, é preferida uma camada do tipo a-C:H. Essa camada assegura um melhor comportamento de partida possível. Como espessura desta camada foi encontrada uma espessura vantajosa entre 0,1 pm a 5,0 pm. A espessura mínima da camada de 0,1 pm é vantajosa para um bom comportamento de partida. A espessura máxima da camada é dada com base na força de adesão mínima, a qual se torna menor com camadas mais espessas. Para a camada mais externa ou superior descrita, é concebível a aplicação de uma camada tanto CrN quanto a-C:H:Me.
[013]Para as camadas individuais CrN e a-C:H:Me camada são preferidas espessuras de 30 nm a 100 nm. Uma espessura de mais de 30 nm oferece a vantagem de que, quando usada na série, é assegurada a capacidade de teste da estrutura de camadas.
[014]A espessura total do revestimento de maneira vantajosa, a fim de garantir um bom comportamento de atrito e um bom tempo de vida útil, é de 0,5 a 10 pm. Neste contexto, o número de camadas individuais pode estar, por exemplo, entre 10 a 200.
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6/7 [015]Para a dureza da camada de CrN, os valores de 800 a 1900 HV 0,002 têm sido considerados adequados. Esta concretização pode ser combinada com um grau de dureza da camada DLC livre de metal de 1Ί00 a 2900 HV 0,002 e / ou um grau de dureza da camada DLC contendo metal de 800 a 1600 HV 0,002.
[016] Espera-se ainda que sejam obtidas propriedades particularmente boas da camada DLC, em particular da camada DLC contendo metal e / ou livre de metal, quando essa camada contém hidrogênio.
[01Ί] A camada DLC contendo metal pode ainda mais vantajosamente conter precipitações nanocristalinas de metal ou de carboneto de metal como, por exemplo, WC, CrC, SiC, GeC ou TiC.
[018] A solução dos objetivos acima referidos é ainda alcançada através do método descrito na reivindicação 8.
[019] Vantajosamente, o revestimento descrito pode ser produzido dentro do contexto do método de acordo com a invenção por uma combinação de processos de PVD e PA-CVD.
[020] Também é divulgada uma combinação de pelo menos uma mola helicoidal de compressão acima descrita com um anel de pistão, o qual em particular, pode compreender o revestimento descrito no pedido de patente depositado em paralelo acima mencionado. É ainda divulgada a combinação do anel raspador de óleo de duas partes assim formado com um parceiro de deslizamento, em particular um cilindro ou uma camisa de cilindro de um motor de combustão interna, em particular de um motor diesel ou motor Otto de carga elevada, em que o parceiro de deslizamento é à base de ferro ou de alumínio.
Breve descrição dos desenhos [021] Uma concretização exemplificativa preferida da invenção é explicada abaixo em maiores detalhes com referência aos desenhos.
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A Figura 1 mostra uma estrutura de camadas de acordo com a invenção.
Descrição detalhada de uma concretização preferida exemplificativa da invenção [022]Como é aparente a partir da Figura 1, primeiramente é aplicada ao material de base (10) do elemento deslizante uma camada adesiva de crômio (12). Em seguida é aplicada ao mesmo alternadamente de dentro para fora uma pluralidade de camadas a-C:H:Me (14) e camadas de CrN (16). A camada mais externa é formada por uma camada a-C:H. No exemplo mostrado, esta camada é aplicada a uma camada DLC, mas pode igualmente ser aplicada a uma camada a-C:H:Me. A produção é realizada de preferência mediante a produção de camadas CrN por meio de PVD, a camada a-C:H:Me por meio de PVD e PA-CVD e a camada a-C:H por meio de PA-CVD.
Claims (6)
- REIVINDICAÇÕES1. Mola helicoidal de compressão para um anel de pistão, de preferência feita de aço, em especial aço CrSi ou CrNi, caracterizada por um revestimento que compreende uma pluralidade de camadas de CrN (16) e camadas a-C:H:Me (14) alternadas, o número de camadas sendo entre 10 a 200 e cada uma das camadas de CrN e camadas a-C:H:Me possuindo uma espessura de 30 nm a 100 nm.
- 2. Mola helicoidal de compressão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que é aplicada a um substrato (10) da mola helicoidal de compressão uma camada adesiva de crômio (12) que possui de preferência 0,01 a 0,5 pm de espessura.
- 3. Mola helicoidal de compressão, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a camada mais externa do revestimento é uma camada a-C:H (18) de preferência com uma espessura de 0,1 a 5,0 pm.
- 4. Mola helicoidal de compressão, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o revestimento tem uma espessura total de 0,
- 5 a 10 pm.
5. Mola helicoidal de compressão, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a dureza da camada de CrN é de 800 a 1900 HV 0, 002 e/ou a dureza da camada livre de metal DLC é de 1700 a 2900 HV 0,002 e/ou a dureza da camada contendo metal DLC é de 800 a 1600 HV 0,002. - 6. Mola helicoidal de compressão, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que pelo menos uma camada DLC contendo metal e/ou livre de metal é produzida por meio de processo PVD e/ou PA-CVD.
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