CN102292577A - 具有活塞环及支撑环的活塞 - Google Patents

Abstract

在传统的活塞中在活塞和缸之间必须存在足够的游隙，以便在支撑环继续磨损时防止活塞由于活塞的由此产生的横向运动撞到缸上。但大的游隙会导致活塞环不希望地挤压到活塞和缸之间的游隙中。为了解决这些相互矛盾的要求，根据本发明提出：将一个支撑环(12)设置在一个设在活塞体(15)上的环形槽(20)中，其中，环形槽(20)的轴向宽度大于支撑环(12)的轴向宽度；在两个相邻的支撑环(12)之间分别设置一个活塞环(11)，该活塞环沿轴向支撑在一个支撑环(12)上，其中在两个相邻的支撑环(12)之间的距离大于位于它们之间的活塞环(11)的宽度；并且支撑环(12)设置成在径向内部与活塞体(15)沿径向间隔开。

Description

具有活塞环及支撑环的活塞

技术领域

本发明涉及一种具有一个活塞体和一定数量的活塞环及支撑环的活塞，所述活塞环及支撑环设置在活塞体上。

背景技术

在传统构造的活塞1(如在图1中所示)中，例如用于活塞式压缩机，活塞环2容纳在刚性的L形的盘3中，其中，活塞环2支撑在L形的盘3的径向腿上。L形的盘3在此直接设置和固定在一根活塞杆6上。活塞1在缸5中通过支承环4引导，由此防止活塞1撞到缸5上。然而随着支承环磨损的增大，活塞1横向于冲程运动(通过双箭头示出)的可运动性提高。因此在这种活塞1中必要的是，在活塞1(或L形的盘3)和缸5之间的游隙尽可能大，以便能实现最大的支承环磨损。但由于这种必要性，在活塞1和缸5之间必然形成大的游隙，由此通常由塑料、例如PTFE制成的活塞环2可能挤压到在L形的盘3和缸5之间的间隙中。但该游隙因此应该尽可能小，以便活塞环2(尤其在高压时)不挤压到间隙中。为了利用这种已知的活塞1满足这些相互矛盾的要求，可以在活塞环槽中设置附加的备用环，然而这增大了活塞的长度。

根据EP 541 482A1的活塞通过可再调节的、开缝的活塞环解决这个问题。为此，活塞环设置在L形的腔环中并且在径向内部与腔环的界定面间隔开，其中，活塞环通过相邻的腔环被夹紧。工作压力被引导到由此形成的环形室中，由此活塞环被压靠到缸的工作面上。活塞环的端面以及L形的腔环的径向腿倾斜，其中，在初始位置中两个平行的倾斜面设置成彼此间隔开。随着活塞环磨损的增大，这两个倾斜面明显靠近，直到它们相互贴靠在一起，由此到达磨损界限。以下述方式禁止活塞的轴向可运动性，即，活塞通过活塞环引导在缸中。但由此会减小在活塞和缸之间的游隙和因此挤压危险，因为通过可再调节的活塞环防止活塞撞到缸上。但这种活塞由于倾斜面和必需将气体压力输送到环形室中在制造技术方面是复杂的。此外，由于活塞环通过相邻腔环必要的轴向夹紧而产生双配合问题，这同样导致在制造技术方面的困难。此外这可能导致活塞环以不同的压紧力压靠到缸上，这可能又导致活塞环的不希望的不同的磨损率。

发明内容

因此本发明的目的是，提出一种活塞，所述活塞解决这两个相互矛盾的要求，即一方面在活塞和缸之间的大的游隙以及另一方面活塞环的较小的挤压，并且所述活塞简单且紧凑地构造。

所述目的根据本发明以下述方式实现，即：一个支撑环设置在一个设在活塞体上的环形槽中，其中，环形槽的轴向宽度大于支撑环的轴向宽度；在两个相邻的支撑环之间分别设置有一个活塞环，该活塞环轴向支撑在一个支撑环上，其中，在两个相邻的支撑环之间的距离大于位于它们之间的活塞环的宽度；并且所述支撑环设置成在径向内部与活塞体沿径向间隔开。通过这种布置实现支撑环在活塞横向于冲程运动进行运动时不是与活塞一起运动，而是仅活塞体相对于支撑环运动。因此，支撑环没有通过活塞运动而压靠到缸的工作面上，由此在支撑环和工作面之间的径向游隙可以明显缩小。此外，由此在活塞的必要的长度中得到极大的空间节约，因为支撑环将支撑的功能和传统活塞环槽的功能统一在其本身中。在传统构造的活塞中，L形的腔盘和附加的备用环在活塞环槽中是必要的，由此必须构造较宽的活塞环槽。

在一种特别优选的实施方式中，设置有一定数量的腔环，其中，在一个腔环中设有一个环形槽，在该环形槽中设置有一个支撑环，并且支撑环设置成在径向内部与环形槽的底部沿径向间隔开。因此能非常简单地实现所构造的活塞，因为腔环与支撑环及活塞环能简单地推装在一个活塞部件上。

为了在缸中引导活塞，有利地在活塞体上设有至少一个支承环。

如果活塞体设置在一个活塞中间部件上，其中，在活塞的一个轴向端部上可设有一个活塞端部部件，所述活塞端部部件将活塞体的腔环固定在活塞中间部件上，则得到一种特别有利的且简单的结构布置。

为了不必在活塞环上密封动态的压力分量，在活塞体上、在活塞的压缩室侧的轴向端部上可设置有一个未切开的第一环，并且在该未切开的第一环和下一个环之间可设有一个中间室，其中，该中间室与在未切开的第一环之前的室连接。在此，未切开的第一环用于密封动态的工作压力分量。

为了不由于未切开的第一环妨碍活塞的轴向可运动性，未切开的环可以设置在一个环形槽中，该环形槽在一个轴向端部处由一个支撑环限定，其中，环形槽的宽度大于未切开的环的宽度。支撑环可以设置在活塞体的一个环形槽中，其中该环形槽的宽度大于相应的支撑环的宽度。因此防止轴向夹紧未切开的环或支撑环。此外，未切开的环和支撑环可以设置成在径向内部与环形槽的底部沿径向间隔开，以便能实现活塞体相对于环的可相对运动性。

附图说明

下面借助示意性的、示例的、未限制性的且示出有利实施方式的图1至7来描述本发明。其中：

图1示出一个根据现有技术的活塞，

图2示出一个根据本发明的活塞，

图3示出根据本发明的活塞的一个局部细节，

图4示出根据本发明的活塞的另一实施方式，以及

图5至图7示出在活塞中使用的环的实施方式。

具体实施方式

下面参照图2和图3来描述根据本发明的活塞的一种有利的实施方式。活塞1包括一个活塞体15，该活塞体通过一定数量的沿轴向彼此贴靠的腔环10形成。在此，活塞体15或者说腔环10设置在一个活塞中间部件14上并且以一个活塞端部部件13固定在其上。为此，活塞端部部件13例如可以螺纹连接到活塞中间部件14上。但腔环也可以构造成活塞端部部件13或活塞中间部件14的一部分。在此，在活塞端部部件13上和在活塞中间部件14上分别设置有一个支承环4，以便在缸5中引导活塞1。活塞1的行程和活塞1的长度确定在活塞1和缸端部之间的轴向最终距离。活塞1的轴向端部可以被协调用于阀，以便使有害空间最小。

根据在其中使用活塞1的机器的构造方式的不同，活塞端部部件13的自由的轴向端部可以或者与一连杆或者与一活塞杆17连接(如在图2中示出)。在活塞杆17的情况下，活塞1不必固定地与活塞杆17连接，而是可以仅松动地贴靠在活塞杆17上，因为在压缩室16中起作用的压力保证使活塞1与活塞杆17保持接触并且因而一起运动。

在活塞体15上设置一定数量的活塞环11。活塞环11原则上能以任意的方式构造。优选使用再调整的活塞环11，该活塞环在例如由于起作用的压力继续磨损时总是径向向外压靠到缸5上。这种活塞环11的一种可能的实施方式例如可以从AT 505 549B获悉。

在一个腔环10中设有一个环形槽20，在该环形槽中设置一个支撑环12。在所示的实例中，环形槽20设置在腔环10的一个轴向端部上并且沿轴向通过相邻的腔环10来限定。在一种这样的实施方式中，一个未切开的支撑环12能在组装活塞1时简单地进行装配。在切开的或开缝的支撑环的情况下，环形槽20也能设置成与腔环10的轴向端部间隔开。但在一种这样的实施方式中还可以省略腔环10，因为环形槽20便能直接在活塞体15中、例如在活塞中间部件14中制出。环形槽20的宽度稍大于支撑环12的宽度，以便支撑环12带有轴向游隙地设置在环形槽20中并且沿轴向未被夹紧，并且主要是活塞体15保持能相对于支撑环12无阻碍地运动。活塞体15的自由的可相对运动性反作用于在支撑环12和环形槽20之间的仅由于存在(anstehend)的压力产生的摩擦力。因此，在活塞1横向于行程方向运动时，仅使活塞体15运动，在此支撑环12不一起运动。因此，支撑环12在最不利的情况下以其本身的非常小的重力贴靠在缸壁上。然而没有力从活塞体15传递到支撑环12上。

在腔环10的其余部分上分别设置一个活塞环11。因此，在两个相邻的活塞环11之间分别设置有一个支撑环12，其中，活塞环11的宽度稍小于在两个支撑环12之间产生的距离，以便活塞环11不被夹紧在两个相邻的支撑环12之间并且活塞体15的可径向运动性不被干扰。在运行时，一个活塞环11由于起作用的压力或者由于活塞的冲程运动将沿轴向贴靠在一个支撑环12上，并且相邻的活塞环11将沿轴向与该支撑环12间隔开并且将沿轴向贴靠在下一个支撑环12上，等等。活塞环11沿轴向仅支承在支撑环12上，所述支撑环沿轴向又仅支撑在环形槽20中。

在图2中示出的活塞1是一种单作用的活塞。对于双作用的活塞来说，可为全部活塞环11在两侧分别设有一个支撑环12，即在此也附加地在活塞端部部件13和贴靠的活塞环11之间，以便全部活塞环11在两个压缩冲程中能支撑在支撑环12上以避免挤压。

在活塞1横向于冲程运动进行运动时，活塞体15因此能通过在支撑环12和环形槽20的底部之间的径向游隙X沿径向方向相对于支撑环12运动，而支撑环12不一起运动。因此，支撑环12可以在缸5和支撑环12的外周面之间带有非常小的游隙Y地装入，因为不存在下述危险，即支撑环12由于这种横向运动以提高的力压靠到缸5上。利用按照本发明的布置，游隙Y能毫无问题地缩小至0.1mm。在此，游隙Y的自然界限构成支撑环12的热膨胀，其当然不应导致支撑环12沿径向夹紧在缸5中。但通过可能的小的游隙Y，实际上也可以禁止活塞环11挤压到支撑环12和缸5之间的间隙中。活塞环11同样能设置成沿径向与活塞体15间隔开，例如在应用根据AT 505 549B的活塞环时，从而在活塞环11和活塞体15之间同样产生径向游隙，该径向游隙随着活塞环磨损的增大而变大。在此，在由此形成的环形空间中存在起作用的压力，该压力使活塞环11向外压靠到缸5上。因此，活塞体15的可能的横向运动不影响活塞环11。

在根据本发明的活塞1的另一种有利的实施方式中，如在图4中示出，在压缩室侧在活塞环11前面设置一个未切开的环21，以便密封工作压力的动态的压力分量。因为这应当有限地进行，所以在所属的支撑环24中可制出一个径向槽26并且在其后面可设有一个中间室25，以便动态的工作压力不向后击穿。剩余的工作压力通过径向槽26导入到中间室25中。沿轴向紧接在其上地，还可设有一个支承环4、另一个未切开的环27和活塞环11用于密封静态的压力分量。但这种环配置也可以应用在各种另外的活塞中。

为此，未切开的第一环21可设置在第一腔环23的一个环形槽28中，该第一腔环沿轴向贴靠在第二腔环22上，未切开的第二环27在该第二腔环中设置在另一个环形槽28中。但也可以省略未切开的第二环27。两个未切开的环21、27又设置成沿径向与所属的环形槽28的底部间隔开并且环形槽28的宽度分别比各自的未切开的环21、27的宽度更宽，以便能实现活塞体15的无阻碍的横向运动。两个未切开的环21、27沿轴向贴靠在支撑环24、12上，该支撑环又分别设置在腔环22、23中的一个环形槽20中并且又设置成与环形槽的底部沿径向间隔开。支撑环24、12也带有轴向游隙地装入在其环形槽20中，以便这些支撑环沿轴向不被夹紧。这适用于未切开的环21、27。在第二腔环22中，在朝向第一腔环23的轴向端部上设有一个例如车削部形式的空隙，该空隙形成中间室25。在此，支承环4在未切开的第二环27前面设置在第二腔环22中。但支承环4也可以设置在第一腔环23中。活塞1的其余配置与对于图2和图3描述的活塞1相应。

在图5至图7中示出所应用的环的可能的实施方式。在未切开的环21、27中可设有压力平衡孔30。未切开的环21、27有利地由PRFE制成，因为PTFE环能再调整一定的磨损。此外，在未切开的第一环21的支撑环24上在一个轴向端面上可设有径向槽31，以便使工作压力在两个冲程运动中可靠地导入中间室25中。在压缩冲程中，没有工作介质能流经该槽31，因为未切开的环21在另一个端面上进行密封。该槽31用于在抽吸冲程中使在室25中的被压缩的工作介质重新回到压缩室中，以便在抽吸冲程中不将未切开的环21压靠到缸5上。因此未切开的环21没有被加载压力。该布置也能如此进行调整，即，未切开的第二环27同样密封一部分的动态压力。因此不强制必需的是，未切开的第一环21对完全的动态压力进行密封。未切开的第二环27也可以对静态压力进行密封，因为没有径向槽铣削到后续的支撑环中。

在图6中示出的支承环4能以切开的方式构成并且可以在径向外周面上具有轴向连续的槽，以便将起作用的压力引导至活塞环11。活塞环11的在图7中示出的实施方式与AT 505 549B的描述相应。但也可以想到活塞环11的各种其它实施方式。

Claims (11)

1.具有一个活塞体(15)和一定数量的活塞环(11)及支撑环(12)的活塞，所述活塞环及支撑环设置在活塞体(15)上，其特征在于：一个支撑环(12)设置在一个设在活塞体(15)上的环形槽(20)中，其中环形槽(20)的轴向宽度大于支撑环(12)的轴向宽度；在两个相邻的支撑环(12)之间分别设置有一个活塞环(11)，该活塞环轴向支撑在一个支撑环(12)上，其中在两个相邻的支撑环(12)之间的距离大于位于它们之间的活塞环(11)的宽度；并且所述支撑环(12)设置成在径向内部与活塞体(15)沿径向间隔开。

2.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于：在所述活塞体(15)上设置有一定数量的腔环(10)，并且在一个腔环(10)中设有一个环形槽(20)，在该环形槽中设置有一个支撑环(12)，并且所述支撑环(12)设置成在径向内部与环形槽(20)的底部沿径向间隔开。

3.根据权利要求1或2所述的活塞，其特征在于：在所述活塞体(15)上设有至少一个支承环(4)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的活塞，其特征在于：所述活塞体(15)设置在一个活塞中间部件(14)上。

5.根据权利要求4所述的活塞，其特征在于：在所述活塞(1)的一个轴向端部上设有一个活塞端部部件(13)，该活塞端部部件将所述活塞体(15)的腔环(10)固定在活塞中间部件(14)上。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的活塞，其特征在于：在活塞体(15)上、在活塞(1)的压缩室侧的轴向端部上设置有一个未切开的第一环(21)，并且在所述未切开的第一环(21)和活塞(1)的下一个环之间设有一个中间室(25)，其中，所述中间室(25)与在所述未切开的第一环(21)之前的室连接。

7.根据权利要求6所述的活塞，其特征在于：所述未切开的环(21、27)设置在所述活塞体(15)的一个环形槽(28)中，该环形槽在一个轴向端部处由一个支撑环(24、12)限定，其中，该环形槽(28)的宽度大于相应的未切开的环(21、27)的宽度。

8.根据权利要求7所述的活塞，其特征在于：所述未切开的环(21、27)设置成在径向内部与环形槽(28)的底部沿径向间隔开。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的活塞，其特征在于：所述支撑环(24、12)设置在活塞体(15)的一个环形槽(20)中，其中，该环形槽(20)的宽度大于相应的支撑环(24、12)的宽度。

10.根据权利要求9所述的活塞，其特征在于：所述支撑环(12)设置成在径向内部与所述环形槽(20)的底部沿径向间隔开。

11.根据权利要求6至10中任一项所述的活塞，其特征在于：所述下一个环是一个支承环(4)、一个未切开的第二环(27)或一个活塞环(11)。

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