CN101010511A - 具有曲轴箱中内部冷却空气流的活塞式压缩机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种活塞式压缩机(1)、特别是一种往复活塞式压缩机，用以产生压缩空气，该压缩机包括至少一个经由一配置的用滚动轴承(10、10′)支承的连杆连接于一曲轴(8)的活塞(7)，该活塞在一配置的气缸(3)中进行往复运动并且经由一结合于气缸盖(4)中的连接装置(6)促使吸入空气的压缩，其中，冷却空气由于一通过活塞运动在曲轴箱(2)内产生的低压，经由一进气阀(13)从吸入管道(11)进入曲轴箱内，而由于经由活塞反向运动在曲轴箱(2)内产生的超压经由一排气阀(14)从曲轴箱(2)逸出，从而在曲轴箱(2)内可产生内部的冷却空气流；其特征在于，从吸入管道(11)本身中或在气缸盖(4)中设置冷却空气的分路，并且冷却空气经由至少一个在外边沿着气缸(3)伸展的在气缸盖(4)与曲轴箱(2)之间的管连接(15)可从气缸(3)旁边导过，以便避免冷却空气的加热。

Description

具有曲轴箱中内部冷却空气流的活塞式压缩机
技术领域
本发明涉及一种活塞式压缩机、特别是往复活塞式压缩机，用以产生压缩空气，其包括至少一个经由一配置的用滚动轴承支承的连杆连接于一曲轴的活塞，活塞在一配置的气缸中进行往复运动并且经由一结合于气缸盖中的连接装置促使吸入空气的压缩，其中冷却空气由于一通过活塞运动在曲轴箱内产生的低压经由一进气阀从吸气管道进入曲轴箱内而由于通过活塞反向运动在曲轴箱内产生的超压经由一排气阀从曲轴箱内逸出并从而在曲轴箱内可产生内部的冷却空气流。
背景技术
这样的活塞式压缩机通常到处用于需要压缩空气的场合，但产生压缩空气的装置必须是节省空间的和小型构造的并同时具有高的功率密度，因此这样的活塞式压缩机主要用于商用车辆或铁路车辆中。在商用车辆中使用的情况下越来越多地将通过活塞式压缩机产生的压缩空气除操作制动装置外还用于操作空气悬架装置。由于随之出现的大的压缩空气需要量与高的系统压力，在这里通常适用多级的活塞式压缩机。利用这样的活塞式压缩机通过在较短的时间间隔内可产生为空气悬架需要的高压力。其中特别在过去在商用车辆中使用油润滑的活塞式压缩机，未能实现无油的压缩机方案，因为由于高的构件温度，其由在很小的结构空间上的高的功率密度产生，不可能达到需要的构件耐用度。
以活塞压缩机为基础的新式压缩机方案如果其设有冷却空气通流则允许无油的操作。特别是由于维护和环保技术的原因开发了无油的操作方式。在这方面现有技术披露了不同的方案，其中将有效的冷却部件例如风扇装置用于散热。
DD 238 645A1公开一种解决方案，其中通过风扇叶轮推动的空气不仅流过压缩机装置而且流过驱动马达。在该方案中不利的是，除噪声形成外，带有污染物的周围空气导过曲轴箱，因此污染物可能沉积并且由于压力变化也可能在曲轴箱内形成水积聚。为了克服这种问题，又需要一外部的过滤系统和或许一水分离系统，但其提高维护费用和缩短维修周期。
DE 101 38 070 C2披露一种活塞式压缩机，其中在曲轴箱内通过工作活塞的往复运动产生的周期性的压力波动可经由一对阀加以利用，以便在曲轴箱内产生一冷却空气流。其中当活塞向气缸盖的方向实施升程运动并增大曲轴箱的容积时打开一进气阀，由于通过形成的低压，空气通过进气阀随着流入曲轴箱内。在向下运动时相反在曲轴箱内形成一超压并且打开一远离进气阀设置的排气阀。通过包括进气阀和排气阀的阀对的这样相互间的打开和关闭，可以无需附加的输送装置在曲轴箱内产生一冷却空气通流。
为了避免进入受污染的周围空气，持续地利用这样的可能性，即从吸入管道中提取冷却空气，以便也为曲轴箱的冷却空气流提供已经净化的空气。吸入空气通过前置的净化装置消除污染物，这特别在商用车辆制造中占有一重要的位置，因为其工作环境通常受强的尘埃负荷。此外在用于压缩空气制备的装置中可能在工作空气中引起强的压力变化，可能达到包含于空气的水蒸汽的露点，这引起水蒸汽的冷凝并从而在系统中形成水。为了避免系统中的水形成，在压缩机装置的前面个别地连接水分离器。并且在用一附加于过滤系统前接的水分离器从吸入管道分接冷却空气时确保，在过滤的和干燥的冷却空气流过曲轴箱时在那里可以不形成水量，其引起特别是对轴承的显著的损害。
在多级的活塞式压缩机中，如由EP1028254A2得知的，也可以利用内部的泵的原理用以根据活塞运动供给冷却空气，因为低压级具有一大的活塞面积而高压级具有一小的活塞面积，由此在曲轴行程上由于活塞面积差同样在曲轴箱内形成一周期性变化的压力分布。
但其中产生的问题是，在吸入管道的冷却空气的一分路中，由于分路在气缸盖中的位置或在气缸盖的附近并且经由一位于气缸盖中的进气阀直接导入冷却空气和将冷却空气紧接着导过气缸而加热冷却空气，而使得不再有相应低的温度的冷却空气用于冷却曲轴箱内的滚动轴承。由于由此引起的特别是滚动轴承的高的工作温度，大大限制无油的活塞式压缩机的寿命，这联系着缩短的维护周期并且可能引起停机。滚动轴承的脂润滑由于在高的工作温度时的分解过程而老化，对于大多数的脂适用90°的温度，其在压缩机的操作中在较短的持续时间以后已可以达到。因此不再确保可靠的润滑作用，这导致滚动轴承的失效。
发明内容
因此本发明的目的是，提供一种用于无油的活塞式压缩机的曲轴箱通风，其为了冷却受热负荷的曲轴箱内的部件、特别是滚动轴承，向曲轴箱内输送清洁的冷却空气并且在进入曲轴箱时具有低的温度。
该目的从用于按照权利要求1前序部分所述的无油的活塞式压缩机的曲轴箱通风出发，结合其特征部分的特征来达到。本发明的有利的进一步构成说明于诸从属权利要求中。
本发明包括这样的技术教导，即从吸入管道本身中或在气缸盖中设置冷却空气的分路，并且冷却空气经由至少一个在外边沿着气缸伸展的、在气缸盖与曲轴箱之间的管连接可从气缸旁边导过，以便避免冷却空气的加热。
该解决方案的优点是，冷却空气不遭受在连接装置的区域内形成的热，而是远离该热源从吸入管道中分路并且直接导入曲轴箱内。先前已知的解决方案，其首先沿气缸的外表面上的通道引导冷却空气，还在冷却空气达到曲轴箱之前就引起冷却空气的加热。在本发明的解决方案中也可以通过一分开的第二冷却空气流实现气缸和气缸盖的冷却，从而不必放弃这些部件的冷却。这样可以简单地避免冷却空气在进入曲轴箱内之前发生的加热。管连接在外边设置在壳体上并且引导冷却空气从具有最高温度的构件如气缸和气缸盖的旁边经过。通过自由设置的管连接，在冷却空气进入曲轴箱内之前，经由基于沿管表面的对流的散热还可以进一步降低冷却空气的温度。
另一改进本发明的措施设定，经由所述至少一个管连接引导的冷却空气可在一点导入曲轴箱内，在该点的附近，受热负荷的部件如滚动轴承设置于曲轴箱内并且冷却空气对角地流过曲轴箱2，以便达到最大的冷却作用。通过管连接的可变的构形，能够将冷却空气向曲轴箱的进入点选择成，使待冷却的部件直接处于冷却空气流中。该优点正好在固定设置于曲轴箱内的滚动轴承例如曲轴箱内的曲轴轴承中应用，因为冷却空气直接迎流滚动轴承并使其冷却。
按照本发明的一种可能的进一步构成建议，在气缸盖与曲轴箱之间用于冷却空气的连接包括至少两个单个设置的并且相互平行连接的管连接，以便增大可供用于冷却的管表面。至少两个管连接的设置的优点是，除增大的用于对流冷却的表面外，还有可能将各管连接对称地设置成，使得可直接用冷却空气供应曲轴的不仅在马达侧而且在端面在曲轴箱内设置的滚动轴承的冷却空气的进入点。其中将冷却空气从气缸盖中的一冷却空气室导入管连接中，同时经由进气阀用冷却空气充填冷却空气室并将其分给各管连接。一般设置两个管连接是足够的。
为了提供工作可靠的和节省空间的阀装置，作为另外的改进本发明的措施建议，按照片状阀(Lamellen-ventil)的型式构成冷却空气流的进气阀和/或排气阀并且将进气阀设置在气缸盖中、一阀板中或曲轴箱内。在片状阀中有利的是低的结构的费用和高的工作可靠性。由于片状阀的小的空间需要和扁平的构造方式，其可以最好地结合于气缸盖的冷却空气室中或结合于阀板中，而且邻近于压缩机的主进气阀。
为了以另一措施使冷却空气的加热减至最小而建议，将进气阀设置在气缸盖中而远离连接装置位置。通过进气阀并由此冷却空气在从吸入管道中的分路之后的流动走向的尽可能远端的设置，将冷却空气的加热减至最小并在直接的路线上导入曲轴箱内。在气缸盖或阀板之外的一冷却空气分路同样提供另一解决方案，但在这种情况下还需要在吸入管道中的一分路元件并且进气阀必须设置在曲轴箱的冷却空气入口上。不过该解决方案只在管连接的应用中是合理的，因为在经由按照管连接的数目的多个管引导冷却空气的情况下也需要多个进气阀。
由于结构上的原因特别有利的是，曲轴箱、气缸和气缸盖的螺纹连接装置包括至少一个拉紧装置(Zuganker)，它穿通过管连接延伸，或曲轴箱、气缸和气缸盖的螺纹连接装置包括管连接。利用该两种措施可以减少零件的数目，因为管连接除引导冷却空气外还实现螺纹连接的机械功能。在通过管连接实施拉紧装置的情况下可以取消曲轴箱、气缸和气缸盖的单独的螺纹连接并且利用拉紧装置机械地拉紧管连接，此时利用夹紧还可以达到管连接与曲轴箱或气缸盖之间的密封作用，因为管连接通过夹紧沿纵向方向受压力负荷。在曲轴箱、气缸和气缸盖经由管连接的螺纹连接的情况下将它们机械地夹紧成，使得不仅可以承受机械的拉力而且可以承担引导冷却空气的功能并从而可减少零件的数目。
为了达到管连接与曲轴箱或气缸盖之间的密封作用建议，从管连接向曲轴箱和向气缸盖的过渡具有至少一个密封元件，以便避免泄漏。该密封元件可以包括塑料基的O型圈或由一可比较的密封元件例如黄铜密封圈制成，因为由此得到较高的热稳定性和改善的耐老化性。
用于进一步改进整个的往复活塞式压缩机的冷却的附加的措施在于，冷却空气在进入管连接之前经由至少一个在气缸盖和/或气缸内的流动通道延伸并且产生冷却，其中在随后流过管连接时特别是通过一主动的冷却装置或根据对流冷却可再次降低冷却空气的温度，并且管连接在外表面上具有冷却体，以便加强通过对流的散热。虽然首先气缸和气缸盖的受强热负荷的区域利用同样的冷却空气被预先冷却，但该中间冷却的原理能够使低温度的冷却空气进入曲轴箱内。在气缸外壳和/或在气缸盖中的未更详细示出的流动通道此时在受热负荷的构件的旁边导过冷却空气并接着导入管连接。为了再次充分地降低冷却空气的温度，从而其在进入曲轴箱内时产生滚动轴承的有效的冷却，按照本发明在管连接的外面上设置冷却体，以便借此增大表面并加强对流冷却的效果。同样可采用通过主动的冷却介质的冷却，但这需要附加的结构上的费用。
附图说明
其他的改进本发明的措施说明于诸从属要求中或者以下与本发明的一优选的实施例的描述一起借助附图更详细地进行描述。唯一的图示出：
一往复活塞式压缩机包括一侧面设置的管连接的横截面。
具体实施方式
图中所示的往复活塞式压缩机1包括一曲轴箱2、一气缸3和一气缸盖4，气缸盖由一阀板5和一连接装置6构成。一活塞7在气缸3中实施往复运动，其经由一曲轴8和一作为连接件的连杆9产生。处于气缸3中的空气通过活塞7的向下运动引入气缸3中而在活塞7向上运动时被压缩。连接装置6除一吸入管道11和一输出管道12外还具有一主进气阀和一主排气阀，其中主进气阀在活塞7向下运动时处于其打开位置并且将空气从吸入管道11吸入气缸3中而在向上运动时关闭。相反，主排气阀在活塞7向下运动的过程中处于关闭位置而在活塞7向上运动中打开，因此由此压缩的空气经由输出管道12从气缸3排出并供给一外部的消耗器。
气缸3经由一螺纹连接装置18可拆式与曲轴箱2相连接。曲轴8通过滚动轴承10可旋转地支承于曲轴箱2内，其中连杆9也经由滚动轴承10′可旋转地支承在曲轴8的弯成曲柄状的部分上。
通过活塞7的往复运动，如在工作气缸中同样在曲轴箱2中引起周期性的压力变化。通过一进气阀13和一排气阀14的设置，通过它们空气可进入和逸出曲轴箱2，在曲轴箱2内引起一空气流量。进气阀13位于气缸盖4内，并且由于通过活塞7的向上运动曲轴箱2中的低压而从吸入管道11中吸取冷却空气，其通过一管连接15导入曲轴箱2内。管连接15在该实施例中设置在阀板5与曲轴箱2之间，以此在冷却空气室16与曲轴箱2之间建立一空气通道，在冷却空气室6中经由进气阀13从吸入管道11中汇集冷却空气。因此冷却空气通过管连接15流入曲轴箱2内，而没有在高温的构件如气缸3或气缸盖4上被加热。
为了管连接15与阀板5或曲轴箱2的密封，设置各密封元件17，使它们密封管连接15向阀板5和曲轴箱2的过渡并且防止空气旁流并从而防止进入污染物。因此在进气阀13打开时，冷却空气直接流入曲轴箱内并且当活塞7在气缸3中向下运动并从而在曲轴箱2内引起超压时经由排气阀14再次离开曲轴箱。由流入的冷却空气直接冷却曲轴箱2内的滚动轴承10，其中冷却空气在图中未更详细示出的构造方式中利用两个对称设置的管连接15导入曲轴箱2内，而利用冷却空气直接迎流流动轴承10。而且曲轴8与连杆9之间的滚动轴承10′通过与曲轴箱2内的冷却空气的接触同样得到冷却。
排气阀14设置在曲轴箱2的底面上，以便从曲轴箱2内运走可能的污染物和水积聚，并且由于底面的设置将由于来自外面的污染物的负荷减至最小。
附图标记清单
1.  往复活塞式压缩机
2.  曲轴箱
3.  气缸
4.  气缸盖
5.  阀板
6.  连接装置
7.  活塞
8.  曲轴
9.  连杆
10、10′滚动轴承
11  吸入管道
12  输出管道
13  进气阀
14  排气阀
15  管连接
16  冷却空气室
17  密封元件
18  螺纹连接装置

Claims (11)

1.活塞式压缩机(1)、特别是一种往复活塞式压缩机，用以产生压缩空气，该压缩机包括至少一个经由一配置的用滚动轴承(10、10′)支承的连杆连接于一曲轴(8)的活塞(7)，该活塞在一配置的气缸(3)中进行往复运动并且经由一结合于气缸盖(4)中的连接装置(6)促使吸入空气的压缩，其中，冷却空气由于一通过活塞运动在曲轴箱(2)内产生的低压，经由一进气阀(13)从吸入管道(11)进入曲轴箱内，而由于经由活塞反向运动在曲轴箱(2)内产生的超压经由一排气阀(14)从曲轴箱(2)逸出，从而在曲轴箱(2)内可产生内部的冷却空气流；其特征在于，从吸入管道(11)本身中或在气缸盖(4)中设置冷却空气的分路，并且冷却空气经由至少一个在外边沿着气缸(3)伸展的在气缸盖(4)与曲轴箱(2)之间的管连接(15)可从气缸(3)旁边导过，以便避免冷却空气的加热。
2.按照权利要求1所述的活塞式压缩机(1)，其特征在于，经由所述至少一个管连接(15)引导的冷却空气可在一点导入曲轴箱(2)内，在该点的附近，受热负荷的部件如滚动轴承(10、10′)设置于曲轴箱(2)内，并且冷却空气对角地流过曲轴箱(2)，以便达到最大的冷却作用。
3.按照权利要求1或2所述的活塞式压缩机(1)，其特征在于，在气缸盖(4)与曲轴箱(2)之间用于冷却空气的连接包括至少两个单个设置的并且相互平行连接的管连接(15)，以便增大可供支配的冷却表面。
4.按照权利要求1至3之一项所述的活塞式压缩机(1)，其特征在于，按照片状阀的型式构成进气阀(13)和/或排气阀(14)。
5.按照权利要求1至4之一项所述的活塞式压缩机(1)，其特征在于，进气阀(13)设置在气缸盖(4)中、一阀板(5)中或曲轴箱(2)内，以便将冷却空气经由进气阀(13)导入曲轴箱(2)内。
6.按照权利要求1至5之一项所述的活塞式压缩机(1)，其特征在于，进气阀(13)设置在气缸盖(4)中而远离连接装置(6)位置，以便将冷却空气的加热减至最小。
7.按照权利要求1至6之一项所述的活塞式压缩机(1)，其特征在于，曲轴箱(2)、气缸(3)和气缸盖(4)的螺纹连接装置(18)包括至少一个拉紧装置，它穿过管连接延伸。
8.按照权利要求1至7之一项所述的活塞式压缩机(1)，其特征在于，曲轴箱(2)、气缸(3)和气缸盖(4)的螺纹连接装置(18)由管连接(15)构成。
9.按照权利要求1至8之一项所述的活塞式压缩机(1)，其特征在于，从管连接(15)向曲轴箱(2)和向气缸盖(4)的过渡分别具有至少一个密封元件(17)，以便避免泄漏。
10.按照权利要求1至9之一项所述的活塞式压缩机(1)，其特征在于，冷却空气在进入管连接(15)之前经由一在气缸盖(4)和/或气缸(3)内的流动通道延伸并且产生冷却，其中在随后流过管连接(15)时特别是通过一主动的冷却装置或根据对流冷却可再次降低冷却空气的温度。
11.按照权利要求1至10之一项所述的活塞式压缩机(1)，其特征在于，管连接(15)在表面上具有冷却体，以便通过对流加强散热。
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