Patent BR-112015004342-A2 (BR)
Title: molde de fundição de um pistão
Inventor: Frank ehmann
IPC: B22D19/00
Filed: 2013-08-20
Abstract: relatório descritivo da patente de invenção para "molde de fundição de um pistão". [0001] a presente invenção refere-se a um molde de fundição de um pistão de um motor de combustão interna, com um núcleo de fundição solúvel e substancialmente anular de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1. a invenção refere-se, além disso, a um pistão fundido para um motor de combustão interna, bem como a um processo para produção de um pistão fundido desse tipo. [0002] do documento de 198 04 168 a1 é conhecido um molde de fundição de acordo com a espécie de um pistão de um motor de combustão interna, com um núcleo de fundição solúvel, substancialmente anual, para formação de um canal de refrigeração. esse núcleo de fundição está apoiado, nesse caso, sobre dois suportes, as chamadas pínulas, que na região de conexão com o núcleo de fundição formam uma entrada e uma descarga futuras do canal de refrigeração anular. cada um dos suportes apresenta uma linha central, que pode estar inclinada para o perímetro externo do pistão, bem como uma extremidade que está em contato com o núcleo de fundição solúvel e este disposta sobre o lado do perímetro externo do pistão. desse modo, deve poder ser criado, particularmente, um pistão com resistência aumentada. [0003] desvantajoso nos moldes de fundição conhecidos é, particularmente, o suporte de um núcleo de fundição, que forma o canal de refrigeração, desde que uma entrada e uma saída do canal de refrigeração estiverem dispostos de modo estreitamente adjacente um ao outro. [0004] a presente invenção ocupa-se com o problema de indicar para um molde de fundição de acordo com a espécie de um pistão de um motor de combustão interna uma modalidade aperfeiçoada ou pelo menos alternativa, que se distingue, particularmente, por uma estabilidade alta e, ao mesmo tempo, uma refrigeração aperfeiçoada do pistão produzido com esse molde de fundição. [0005] esse problema é solucionado de acordo com a invenção pelos objetos das reivindicações independente. modalidades vantajosas são objeto das reivindicações subordinadas. [0006] a presente invenção baseia-se na ideia de dotar um molde de fundição conhecido de um pistão de um motor de combustão interna de um núcleo de fundição solúvel e substancialmente anular, para formação de um canal de refrigeração e com dois suportes que sustentam esse núcleo de fundição durante o processo de fundição, sendo que em um ponto de conexão entre pelo menos um dos dois suportes ou um terceiro suporte adicional e o núcleo de fundição está disposto um elemento de anteparo ou de fecho, que depois do processo de fundição está conectado, pelo menos em parte, fixamente com o pistão e permanece no mesmo e que fecha o ponto de conexão, depois da retirada do núcleo de fundição, ou pelo menos forma uma saída estrangulada. nesse caso, são concebíveis as mais diversas modalidades do elemento de anteparo ou fecho. pelo menos um dos suportes pode desempenhar, por exemplo, principalmente, uma função de suporte, portanto, não criar nenhuma saída intermediária, sendo que, nesse caso, o elemento de anteparo ou fecho está formado como elemento de fecho e veda o canal de refrigeração. naturalmente, também é concebível, alternativamente, que o elemento de anteparo ou fecho forme em sua extremidade voltada para o canal de refrigeração, uma conexão estrangulada, permanente, com o canal de refrigeração e, desse modo, forme uma saída intermediária. a entrada e a saída efetivas do canal de refrigeração podem ser criadas por um ou dois suportes ou por um furo futuro, através do qual o canal de refrigeração é perfurado. se a respectiva modalidade do elemento de anteparo ou fecho não formar uma conexão condutora de fluido com o canal de refrigeração, então, no caso de um elemento de anteparo ou fecho desse tipo, trata-se de elemento de fecho simples e, no caso do suporte correspondente, de um suporte simples para fixação do núcleo de fundição durante o processo de fundição. se o elemento de anteparo ou fecho formar no ponto de conexão com o canal de refrigeração uma conexão estrangulada (reduzida em secção transversal) com o canal de refrigeração, então nesse ponto de conexão pode ser criada uma saída intermediária. [0007] de acordo com uma modalidade preferida, está previsto um terceiro suporte para suporte do núcleo de fundição, sendo que os dois suportes citados primeiramente estão dispostos de modo adjacente um ao outro e formam uma entrada e um saída futuras do canal de refrigeração. em um lado do núcleo de fundição oposto aos dois suportes está disposto, agora, de acordo com a invenção, o terceiro suporte, para suporte do mesmo, que forma uma saída intermediária do canal de refrigeração e por essa razão deve apresentar uma secção transversal nitidamente reduzida. para esse fim, o terceiro suporte possui um elemento de anteparo ou fecho, com um pino que penetra no núcleo de fundição, sobre o qual esta inserido um invólucro. o diâmetro externo do pino, nesse caso, está nitidamente reduzido, em comparação com o diâmetro externo do invólucro, com o que, uma remoção do pino, que se dá depois da fundição, o diâmetro da saída intermediária só corresponde ao diâmetro do pino e não ao do invólucro. o invólucro permanece no pistão, mesmo depois da fundição, enquanto o pino é removido. igualmente é removido, de maneira conhecida, o núcleo de fundição solúvel, que pode estar formado, por exemplo, como núcleo de areia ou sal. pelo terceiro suporte podem ser obtidos, nesse caso, várias vantagens, nhoque se refere a um molde de fundição de acordo com a espécie. como primeira vantagem, nesse caso, pode ser mencionado que o núcleo de fundição solúvel, para formação do canal de refrigeração, está apoiado agora através de três suportes e, portanto, de modo comparativamente estável, sendo que a entrada principal e a saída principal podem ser dispostas de modo estreitamente adjacente um ao outro em um lado do canal de refrigeração. pelo elemento de anteparo ou fecho previsto de acordo com a invenção, com o pino e o invólucro inserido sobre o mesmo, além disso, o diâmetro e, portanto, também a secção transversal da saída intermediária, podem ser nitidamente reduzidos, com o que um escoamento indesejável de agente refrigerante pode pelo menos ser reduzido e pode ser obtida uma refrigeração nitidamente aperfeiçoada do pistão produzido com o molde de fundição de acordo com a invenção. em comparação com uma saída oposta à entrada do canal de refrigeração em pistões convencionais, em uma modalidade do pistão de acordo com a invenção, a entrada e a saída estão situados próximos um ao outro, de modo que agente refrigerante, por exemplo, óleo refrigerante, que entra no canal de refrigeração através da entrada, precisa permear todo o canal de refrigeração, antes de poder deixar novamente o canal e refrigeração através da saída. o efeito de refrigeração aperfeiçoado desse modo compreende, no entanto, a dificuldade de suporte do núcleo de fundição, uma vez que a entrada e a saída estão dispostas em um lado do núcleo de fundição. para poder apoiar adicionalmente o núcleo de fundição no lado oposto, está previsto o terceiro suporte, com o que o núcleo de fundição está em si nitidamente estabilizado. mas, se o terceiro suporte fosse realizado à maneira dos primeiros dois suportes, então o agente refrigerante iria escoar já depois da metade do canal de refrigeração e, desse modo, deteriorar o efeito de refrigeração desejado. porém, pelo elemento de anteparo ou fecho de acordo com a invenção, com o pino, sobre o qual está inserido o invólucro, o terceiro suporte pode desenvolver completamente a efetiva ação de suporte, sem criar o risco de um escoamento de agente refrigerante excessivo. o invólucro representa, nesse caso, um anteparo. [0008] convenientemente, o elemento de anteparou fecho ou o invólucro apresenta uma ranhura circunferencial situada externamente. uma ranhura circunferencial desse tipo, situada externamente, por m lado, pode ser produzida do modo mais simples possível em técnica de produção e, por outro lado, na fundição do pistão, causa uma entrada de material de fundição e, desse modo, uma fixação confiável do elemento de anteparo ou fecho ou do invólucro no pistão de fundição acabada. naturalmente, em vez da ranhura circunferencial situada externamente, também pode estar previsto um contorno formado de modo diferente, por exemplo, saliente ou recuado, que garante uma união por dentes com o material de fundição do pistão e, além disso, uma fixação sólida do elemento de anteparo ou fecho ou do invólucro no pistão fundido. [0009] em um aprimoramento vantajoso da solução de acordo com a invenção, o invólucro apresenta um diâmetro externo de cerca de 4 a 5 mm, de preferência, de cerca d 4,5 mm , e um diâmetro interno de cerca de 1 a 2 mm, de preferência, de cerca de 1,8 mm. o diâmetro externo do pino corresponde, nesse caso, substancialmente, ao diâmetro interno do invólucro, aqui, portanto, por exemplo, 1,8 mm. em comparação com suportes anteriores, nos quais o diâmetro externo correspondia ao diâmetro interno futuro da saída criada pelo mesmo, pode ser reduzido pelo invólucro de acordo com a invenção o diâmetro da saída intermediária de, por exemplo, 4,5 para 1,8 mm e, desse modo, fortemente reduzida a corrente de agente refrigerante que escoa através da saída intermediária. [0010] convenientemente, o invólucro está disposto entre o núcleo de fundição e um molde negativo, particularmente, um outro núcleo de fundição, sendo que o pino penetra tanto no núcleo de fundição como também no molde negativo e, desse modo, fixa os mesmos um no outro. depois da fundição do pistão, o núcleo de fundição que forma o canal de refrigeração é dissolvido, particularmente, lavado, e o pino é puxado do invólucro, enquanto o invólucro, devido à união por dentes de sua ranhura circunferencial com o material de fundição do pistão, permanece no pistão. o pino ou o invólucro podem estar formados, nesse caso, de metal, particularmente, de aço ou de uma liga de aço, sendo que o pino causa não só a função de suporte do núcleo de fundição depositado sobre o mesmo, mas também uma fixação do mesmo contra um deslocamento lateral ou levantamento dos suportes. [0011] em uma outra configuração vantajosa da invenção, está previsto que o elemento de anteparo ou fecho apresenta um pino, que penetra no núcleo de fundição, sendo que o elemento de anteparo ou fecho apresenta em seu lado afastado do pino uma cavidade à maneira de bucha. através da cavidade à maneira de bucha, o elemento de anteparo e fecho pode ser fixado, por exemplo, em um molde negativo, enquanto uma fixação no núcleo de fundição ocorre através do pino que penetra no mesmo. pelo elemento de anteparo ou fecho é possível, posteriormente, um suporte livre de armazenamento do núcleo d e fundição, uma vez que pelo elemento de anteparo ou fecho não são criados nenhuma conexão condutora de fluido e, com isso, nenhum escoamento intermediário. pino e invólucro podem estar formados em uma parte ou em uma peça ou então em partes múltiplas e, subsequentemente, ser conectados um ao outro. [0012] outras características e vantagens importantes da invenção evidenciam-se das reivindicações secundárias, dos desenhos e da descrição das figuras correspondentes por meio dos desenhos. [0013] entende-se que as características citadas acima e doravante ainda a ser explicadas, não só podem ser usadas na combinação em cada caso indicada, mas também em outras combinações ou isoladamente, sem deixar o alcance da presente invenção. [0014] exemplos de modalidade da invenção estão representados nos desenhos e são explicados mais detalhadamente na descrição subsequente, sendo que sinais de referência iguais referem-se a componentes similares ou funcionalmente iguais. [0015] nesse caso, são mostradas, em cada caso, esquematicamente, figura 1 uma representação de um molde de fundição de acordo com a invenção, figura 2 um pistão fundido com o molde de fundição de acordo com a invenção, figura 3 uma representação do molde de fundição de acordo com a invenção na região do terceiro suporte, inclusive representação de detalhe, figuras 4-7 o molde de fundição de acordo com a invenção na região do terceiro suporte, em modalidades diferentes. [0016] de acordo com as figuras 1 e 3, um molde de fundição 1 de acordo com a invenção de um pistão 2 (comp. figura 2) de um motor de combustão interna, de resto, não mostrado, um núcleo de fundição solúvel e substancialmente anular (comp. figura 1) para formação de um canal de refrigeração 4 (comp. figuras 1 e 3), com dois suportes 5, 6, que sustentam esse núcleo de fundição 3 durante um processo de fundição, e que em um ponto de conexão com o núcleo de fundição 3 formam uma entrada 7 e uma saída 8 futuras do canal de refrigeração 4 (comp. figura 1). o canal de refrigeração 4 está formado, nesse caso, de modo anular e interrompido apenas na região da entrada 7 e da saída 8com relação à forma anular. em uma modalidade especial da invenção, os dois suportes 5,6 estão então dispostos de modo adjacente um ao outro, sendo que em um lado oposto à entrada 7 e à saída do núcleo de fundição 3 está previsto um tercdeirosuporte9 para suporte do núcleo de fundição 3. de acordo com a invenção, em um ponto de conexão entre pelo menos um dos dois suportes 5, 6 ou um terceiro suporte 9 adicional e o núcleo de fundição 3 está disposto um elemento de anteparo ou fecho, que depois do processo de fundição está conectado, pelo menos em parte, fixamente com o pistão 2 e que fecha o ponto de conexão, depois da remoção do núcleo de fundição 3, ou forma uma saída intermediária14 pelo menos estrangulada. o elemento de anteparo ou fecho 15 apresenta, nesse caso, um pino (10, que penetra no núcleo de fundição 3 (comp. as figuras 3 a 7), sobre o qual está inserido um invólucro 11. pelo terceiro suporte 9 é possível dispor a entrada 7 e a saída 8 de modo estreitamente adjacente um ao outro e apesar disso, apoiar o núcleo de fundição 3 em um terceiro ponto, com o que o molde de fundição 1 pode ser realizado , no total, de modo mais estável. o elemento de anteparo ou fecho 15 ou o pino do mesmo 10 em conexão com o invólucro 11, por sua vez, possibilitam uma redução do diâmetro e, com isso, também da secção transversal da saída intermediária 14 formada pelo pino, de um diâmetro d1 para um diâmetro d2 (comp. a figura 4) e, desse modo, uma redução da proporção de agente refrigerante, que escoa através da saída intermediária 14 na região do terceiro suporte 9. [0017] a entrada 7, a saída 8 e/ou a saída intermediária 14, isto é, o suporte 9,podem, nesse caso, estar formados de modo substancialmente ortogonal ao plano anular do núcleo de fundição 3,tal como pode ser deduzido, por exemplo, da figura 1. o elemento de anteparo ou fecho 15 ou o invólucro 11 pode, além disso, apresentar uma ranhura circunferencial 12 (comp. figuras 3 e 4), que fixa o invólucro 11 por uma penetração de material de fundição na fundição do pistão 2, depois retirada do pino 10, no pistão 2. naturalmente, em vez da ranhura circunferencial 12, também podem estar dispostos outros contornos salientes ou recuados em uma superfície lateral externado invólucro 11, que causam uma conexão à maneira de entalhe com o material de fundição do pistão 2 e, desse modo, fixar o elemento de anteparo ou fecho 15 ou o invólucro de modo seguro no pistão 2 fundido acabado. tal como representado na figura 4, naturalmente o pistão também pode apresentar uma superfície de revestimento externa lisa e ser retida apenas por fricção de aderência no material de fundição do pistão 2. o invólucro 11 pode apresentar por exemplo, um diâmetro externo de cerca de 4 a 5 mm, de preferência, de cerca de 4,5 mm, e um diâmetro interno de cerca de 1 a 2 mm, de preferência., de cerca de 1,8 mm, sendo que o diâmetro interno do invólucro 11 corresponde substancialmente ao diâmetro externo do pino 10. o pistão pode ser fundido, por exemplo, como pistão de metal leve, particularmente, de uma liga de alumínio, sendo que para o material do invólucro 11 e/ou do pino 10 é de interesse, particularmente, uma liga de alumínio, ou uma formação de aço. o pino 10 causa não só um suporte vertical do núcleo de fundição 3, mas também uma fixação do mesmo, com relação a um deslocamento lateral, bem como a um levantamento, com o que pode ser criado um molde de fundição,1, no total, mais rígido. [0018] observando-se que a figura 3, então pode ser visto que o invólucro 11 está disposto entre o núcleo de fundição 3 e um molde negativo 13, por exemplo, um molde metálico ou um molde de areia/sal, sendo que o pino 10 penetra no núcleo de fundição 3 e no molde negativo 13 e, desse modo, fixa os mesmos um no outro. o núcleo de fundição 3 pode estar formado, por exemplo, como núcleo de areia ou sal. [0019] em geral, são concebíveis as mais diversas modalidades dos suportes 5, 6 e 9, sendo que mais tarde os mesmos podem funcionar como entrada 7,como saída 8,como saída intermediária 14. em uma função de suporte simples dos suportes 5, 6, 9 é concebível que a entrada 7 e a saída 8 no pistão fundido acabado sejam inseridos por meio de um furo. [0020] de acordo com as figuras 2 e 3, é mostrado um elemento de anteparo ou fecho 15, com um invólucro 11, que está retido através do pino 10 tanto no núcleo de fundição 3 como também no molde negativo 13. por uma remoção do pino 10, depois do processo de fundição é criada uma saída intermediária 14 reduzida no que se refere à sua secção transversal. o pino 10 pode, nesse caso, até mesmo ser de tal modo comprido que ele traspassa o molde negativo 13. de acordo com a figura 5 é mostrado um elemento de anteparo ou fecho 15, que está compostos por um pino 10 e um invólucro 11,sendo que o elemento de anteparo ou fecho 15 permanece no pistão 2 depois do processo de fundição. isso significa que pelo pino 10, que também permanece no pistão 2, o canal de refrigeração 4 está fechado no ponto de conexão do suporte 9, de modo estanque e, portanto, livre de vazamento. uma modalidade semelhante a essa está representada na figura 6, na qual o pino 10 e o invólucro 11 estão produzidos em uma peça e, desse modo, formam um elemento de anteparo ou fecho 15 em uma peça. de acordo com a figura 7, é mostrada uma modalidade do elemento de anteparo ou fecho 15,que apresenta um pino 10 que penetra no núcleo de fundição 3,e que é componente integral do elemento de anteparo ou fecho 15, sendo que o elemento de anteparo ou fecho 15 em seu lado afastado do pino 10 apresenta uma cavidade 16 em forma de bucha. através da cavidade 16 em forma de bucha, o elemento de anteparo ou fecho 15 pode ser retido e fixado por um pino 10' ou um molde negativo 13. [0019] em geral, a respeito das representações pode ser dito que o elemento de anteparo ou fecho 15, o invólucro 11 e o pino 10 podem ser usados em todos os suportes 5, 6,9, mais precisamente, em qualquer configuração, uma vez que a entrada 7, a saída 8 ou a saída intermediária 14, em geral, também podem ser produzidas em um passo de processo posterior, por meio de um furo. [0020] por razões de estabilidade, o núcleo de fundição 3, que determina a forma posterior do canal de refrigeração 4 no pistão 2 fundido acabado, está apoiado em pelo menos dois pontos opostos pelo molde de fundição 1. um suporte está, nesse caso, na posição da futura entrada 7 e já gera, portanto, pela superfície de contato com o núcleo de fundição 3, uma abertura de entrada para o futuro canal de refrigeração. a entrada e a saída encontram-se no canal de refrigeração 4 descrito adjacentes no mesmo lado do pistão 2, para obter uma boa refrigeração, uma vez que o fluido refrigerante precisa permear todo o canal de refrigeração 4. consequentemente, um suporte na entrada 7 e na saída 8 não é suficiente por razões de estabilidade. é necessário um suporte que com relação ao eixo longitudinal do pistão está aproximadamente oposto â entrada ou saída 7, 8. esse suporte 9 gera uma abertura adicional, não desejada, para o canal de refrigeração (saída intermediária 14), que causa um escoamento do óleo, já antes da efetiva saída 8. para fechar ou reduzir essa abertura adicional, o elemento de anteparo ou fecho 15 deve ser fundido entre o núcleo de fundição 3 e o suporte 9. o elemento de anteparo ou fecho 15 tem, além disso, a função de fixar o núcleo de fundição 3. o elemento de anteparo ou fecho 15 fecha completamente o canal de refrigeração 4 ou possibilita um escoamento reduzido de fluido de refrigeração. o elemento de anteparo ou fecho 15 apresenta, de preferência, um contorno externo, que possibilita garantir uma conexão friccional com o pistão 2 fundido acabado. [0021] a produção do pistão 2 de acordo com a invenção dá-se, nesse caso, do seguinte modo: primeiramente, o núcleo de fundição 3 solúvel e substancialmente anular é apoiado para formação o canal de refrigeração 4 sobre três suportes 5, 6, 9, que sustentam esse núcleo de fundição 3 durante o processo de fundição, sendo que os dois primeiros suportes 5, 6 estão dispostos adjacentes um ao outro e na região de conexão com o núcleo de fundição 3 formam a futura entrada 7 e saída 8 do canal de refrigeração. no lado oposto à entrada7 e à saída 8 do núcleo de fundição 3, o mesmo está apoiado sobre o terceiro suporte 9. em um ponto de conexão entre o terceiro suporte 9 e o núcleo de fundição 3 está disposto um elemento de anteparo ou fecho 15, que depois do processo de fundição está conectado, pelo menos parcialmente, fixamente com o pistão 2 e que fecha o ponto de conexão, depois da remoção do núcleo de fundição 3, ou forma uma saída intermediária 14, pelo menos estrangulada. o elemento de anteparo ou fecho 15 possui um pino 10, que penetra no núcleo de fundição 3, sobre o qual o invólucro 11 está inserido. o invólucro 11está disposto, nesse caso, entre o núcleo de fundição 3 e o molde negativo 13, por exemplo, um molde metálico, sendo que o pino 10 penetra tanto no núcleo de fundição 3 como também no molde negativo 13 e, com isso, fixa os mesmos um no outro (comp. as figuras 3, 4, 5 e 6). por meio desse molde de fundição 1, o pistão é agora fundido e depois do esfriamento, o núcleo de fundição 3, que forma o canal de refrigeração 4, é dissolvido, particularmente, lavado. nesse caso, também o pino 10 é deslocado para fora do invólucro 11, de modo que apenas o invólucro 11 permanece no pistão 2 fundido. uma fixação do invólucro 11 no pistão 2 é dada, nesse caso, através de contornos salientes ou recuados ou ranhuras circunferenciais 12 no lado externo do mesmo. dependendo de se o elemento de anteparo ou fecho 15 está formado como elemento de anteparo ou como elemento de fecho, não é possível, ou apenas de modo reduzido, um escoamento de fluido de refrigeração. [0022] particularmente com o terceiro suporte do núcleo de fundição 3 de acordo com a invenção, pode ser criado um molde de fundição 1 particularmente estável, sendo que através do elemento de anteparo ou fecho 15 um escoamento indesejavelmente alto de agente refrigerante do canal de refrigeração 4 pode ser inibido no ponto da saída intermediária 14.