CN104564603A - 用于活塞式压缩机的可变间隙空间的调整活塞的调整装置 - Google Patents

Abstract

为了允许连续调整活塞式压缩机(15)的可变的间隙空间(1)，设置包括丝杠(9)和丝杠螺母(10)的丝杠传动装置作为调整装置(17)所述丝杠螺母(10)构造为具有内螺纹(24)的塑料螺母(20)，其中，所述塑料螺母(20)以外螺纹(23)设置在丝杠螺母(10)的螺母支架(21)的内螺纹(22)上，并且所述螺母支架(21)的内螺纹(22)的螺纹高度(y)和所述丝杠(9)的外螺纹(25)的螺纹高度(x)分别设计为塑料螺母(20)的径向厚度(d)的50％至80％，并且塑料厚度至少在塑料螺母(20)的内螺纹(24)的螺齿侧面(26)的区域内至少为内螺纹(24)的螺距(z1)的15％。

Description

用于活塞式压缩机的可变间隙空间的调整活塞的调整装置

技术领域

本发明涉及一种调整装置用于活塞式压缩机的可变间隙空间的调整活塞，该调整装置包括丝杠，所述丝杠通过外螺纹拧入丝杠螺母的内螺纹中并且丝杠或丝杠螺母可轴向移动地设置并且所述可轴向移动的丝杠螺母或所述可轴向移动的丝杠与调整活塞连接，以及涉及一种具有这样的调整装置的活塞式压缩机。

背景技术

借助可变间隙空间对活塞式压缩机的容量的调整是一种简单的且久经考验的原则。通过可调整的间隙空间减小和增大活塞式压缩机的余隙容积。按照间隙空间(并且从而余隙容积)的大小，活塞式压缩机的压力上升速率和下降速率变平坦并且减少所输送的气体的量。该调整方式是几乎没有损耗的并且在小型或中型活塞式压缩机中除了量调整之外也被愿意用于使活塞式压缩机的运转点与驱动装置相协调。

具有可变间隙空间的活塞式压缩机例如由US 1,586,278A或US8,430,646B2已知。在此，调整活塞在与气缸室连接的间隙空间中轴向移动，以便调整活塞式压缩机的余隙容积。所述调整通过手动、液压、气动或电动方式例如借助电机进行。通过丝杠传动装置对调整活塞进行调整，在该丝杠传动装置中通过驱动装置使丝杠转动。在丝杠上设置有可轴向移动的、与调整活塞连接的螺纹螺母(US 1,586,287 A)，或丝杠与调整活塞连接并且设置在位置固定的具有内螺纹的孔中(US 8,430,646B2)。另外已知的是，使在调整活塞后面的室通风，以便防止该室中的压力上升，该压力上升将提高必要的调整作用力。此外，可能由于在调整活塞后面封闭的气压而出现力反向，由此由于在螺纹中来回冲击导致在丝杠中提高的磨损。

然而，已知的间隙空间仅允许偶尔地调整余隙容积。在调整过程之间，调整驱动装置(丝杠)被机械性闭锁，以便防止余隙容积进行不希望的调整。这在US 8,430,646 B2中例如通过液压锁紧螺母实现，该液压锁紧螺母将丝杠固定成防止旋转。

相应的原因在于在调整期间丝杠传动装置的高的脉冲式载荷。基于活塞式压缩机的工作原理，工作压力在吸气压力和最大压缩压力之间快速波动，这导致了在丝杠驱动装置上的高频率的、脉冲的载荷。常规的丝杠驱动装置不适用于这样的在低载荷(在吸气压力时)和高载荷(在最大压缩压力时)之间的加强脉冲的载荷，并且将在最短时间内失效。尤其是与金属螺纹螺母相组合的金属丝杠将会很快失效，因为由于在接触处形成的高的表面压力将实现微冷焊接，这与两个表面的相对移动相组合而将导致提高的摩擦、热形成以及特别是磨损。

因此不通过已知系统实施或由于丝杠传动装置的不足的疲劳强度是根本不可能实施：借助丝杠传动装置连续调整余隙容积以灵活适配流量。当今的系统使用带有固定装置的丝杠，固定装置例如以液压锁紧螺母(如在US 8,430,646 B2中)或防松螺母的形式。所述固定装置仅在调整过程期间允许松开并且必须在调整之后再紧固。

但由现有技术、例如DE 198 31 940 A1也已知丝杠驱动装置，该丝杠驱动装置使用螺纹螺母，该螺纹螺母的内螺纹具有塑料涂层，其中，争取达到相对小的在0.1mm至1mm范围的涂层厚度(与螺纹直径相关)。为此，使用压力稳定的、但尽管如此可轻微弹性变形的塑料，例如聚四氟乙烯(PTFE)，通过塑料涂层作为阻尼涂层抑制机械振动，以便实现更高的运转平稳性。但是这样的机械振动通常是小振幅的且通常是低频率的力波动，其被叠加来自丝杠驱动装置的驱动任务的高基本负荷。但是这样的带有塑料涂层的传统的螺纹螺母不是设计用于且也不适于在对活塞式压缩机的可变间隙空间进行调整情况下的高的脉冲式载荷。

发明内容

因此，本发明的任务在于，给出一种用于可变间隙空间的调整装置，该调整装置允许对活塞式压缩机的余隙容积的连续地调整。

按本发明，该目的由此实现：所述丝杠螺母构造为塑料螺母，其中，塑料螺母以外螺纹设置在丝杠螺母的螺母支架的内螺纹上并且所述丝杠拧入塑料螺母的内螺纹中并且螺母支架的内螺纹的螺纹高度和丝杠的外螺纹的螺纹高度各设计为塑料螺母的径向厚度的50％至80％，并且塑料厚度至少在塑料螺母的内螺纹的螺齿侧面的区域内至少为内螺纹的螺距的15％。已发现，通过丝杠螺母和丝杠的相互作用的螺纹的这种设计，丝杠传动装置尽管使用塑料螺母也可以长期地抵抗在活塞式压缩机中的高的脉冲式的载荷，这一方面允许对间隙空间进行连续地调整并且另一个方面使得如在现有技术中借助自身的防松螺母或夹紧装置对调整装置进行固定变成多余的。

有利地，丝杠的外螺纹的顶角和螺母支架的内螺纹的顶角设计在15°到30°之间、优选20°，因为螺齿侧面随后大致构造成相同强度的弯曲支架，这在相对于应力分布的材料磨损方面是最佳的。在此所述顶角相差优选小于5°，以便可以尽可能好地导出所导入的载荷。

为了防止塑料螺母从螺母支架意外松动，所述塑料螺母和所述螺母支架优选通过扭转止动器固定来防止相对旋转。

为了自动化的运行，设置用于旋转丝杠和丝杠螺母的驱动单元。这也允许将调整装置结合到闭合的调整回路中用于连续地调整活塞式压缩机的间隙空间并且因而用于连续地调整活塞式压缩机的容量。

如果在调整活塞中设置压力平衡装置，以平衡在调整外壳中背离气缸的室中的压力，可以以简单的方式防止在调整活塞后面的压力积聚，该压力积聚额外地对调整装置加载。所述压力平衡装置可以简单地构造为在调整活塞上的单侧起作用的活塞环，或构造为设置在调整活塞中的止回阀，其可选地与双侧起作用的活塞环组合。

附图说明

下面参考图1至4详细解释本发明，这些图示例性、示意性并且无限制地示出了本发明的有利的构造形式。其中

图1示出了一种具有按本发明的间隙空间和调整装置的活塞式压缩机，

图2a至2c示出了丝杠螺母的按本发明的构造形式，

图3a至3c示出了一种在调整活塞上的压力平衡的可能的构造形式，

图4示出了间隙空间的一种替代性实施的调整装置。

具体实施方式

按图1的可变间隙空间1包括间隙空间外壳2，在该间隙空间外壳中调整活塞3被轴向引导并且借助调整装置7可轴向移动地设置。所述间隙空间外壳2以本身已知的方式设置在活塞式压缩机15的气缸6上。面向气缸6的并且在间隙空间外壳2中通过调整活塞3界定的室4与活塞式压缩机15的气缸室连接并且构成气缸6的额外的余隙容积。

在间隙空间外壳2上固定有调整外壳8，在该调整外壳中设置调整装置7。显而易见地，所述间隙空间1和所述调整装置7也可以设置在共同的外壳中。所述调整装置7包括具有丝杠9的丝杠传动装置，该丝杠具有外螺纹，该外螺纹拧入到丝杠螺母10的内螺纹中。所述丝杠螺母10可轴向移动地设置在丝杠9上并且与调整活塞3连接、例如直接地或通过连接件17与调整活塞连接。所述调整活塞3因而在丝杠9旋转时，随着丝杠螺母10轴向运动。所述丝杠9可旋转地支承地设置在调整外壳8中，例如设置在调整外壳8的背离气缸6的端部上的轴承16中。所述丝杠螺母10在调整外壳8中被轴向引导并且可轴向移动地支承地设置，例如设置在密封软垫11中，该密封软垫同时将背离气缸6的、位于间隙空间外壳2中的在调整活塞3之后的室5相对于调整外壳8的内室密封。

在背离调整活塞3的端部上，丝杠9从调整外壳8轴向突出来并且构成轴颈，在该轴颈上可以连接驱动单元12，通过该驱动单元丝杠9可以进行旋转。但显而易见也可设想的是，将所述驱动单元12设置在调整外壳8中。所述驱动单元12此处包括电机14，该电机驱动传动装置13，该传动装置在输出端设置在丝杠9上。自然也可设想每个其他合适的驱动装置，例如气动的或液压的驱动装置。

如果所述驱动单元12转动并且从而丝杠9也转动，那么所述丝杠螺母10轴向移动，由此调整活塞3也轴向移动，并且所述室4以及从而活塞式压缩机15的余隙容积取决于旋转方向变大或变小。

所述丝杠螺母10包括径向上位于内部的塑料螺母20和径向上在外部的螺母支架21，该螺母支架同时也可以构成与调整活塞3的连接件。所述螺母支架优选由坚硬的材料、如钢制成，并且所述塑料螺母由在机械性上高强度的(尤其是抗压力载荷的)和在摩擦方面有利的塑料、如聚醚醚酮(PEEK)制成。现在参考图2a至2c详细解释所述丝杠螺母10。

如在图2a中所示，所述螺母支架21具有内螺纹22并且所述塑料螺母20具有外螺纹23和内螺纹24。塑料螺母20的外螺纹23设置在螺母支架21的内螺纹22上，例如拧入该内螺纹中。(优选为金属的)丝杠9通过其外螺纹25拧入塑料螺母20的内螺纹24中。

为了所述丝杠传动装置也可以用于在活塞式压缩机中产生的、作用在调整装置7上的高脉动的载荷，规定：丝杠9的外螺纹25的螺纹高度x以及螺母支架21的内螺纹22的螺纹高度y应该各为塑料螺母20的径向厚度d的50％至80％。所述螺纹高度x、y在此各为螺纹牙底和螺纹牙顶之间的径向距离。

丝杠9和丝杠螺母10之间的力传递从丝杠螺齿侧面经由塑料螺母20到螺母支架21或反向进行。所述塑料螺母20在此在理想情况下大多仅通过压应力受载。当螺纹高度x小于50％时，一方面，由于力传递产生的压应力升高超出塑料螺母20的塑料的负载极限，并且另一方面，尤其在塑料螺纹牙顶的区域内除压应力之外也产生剪切应力或弯曲应力，这将导致塑料螺母20的迅速失效。当螺纹高度大于80％时，与之相反，一方面，小于在螺纹牙顶的区域的塑料螺母20的最小厚度，这可能到导致塑料部分被折断。另一方面，通过具有提高的螺纹高度y的螺母支架21通过更高的载荷臂，在螺母支架21的金属螺纹脚中的弯曲力矩并且从而弯曲应力会升高超出允许的极限。

此外也发现：在塑料螺母20的内螺纹24的螺齿侧面26上的塑料层的厚度应该至少为丝杠9的外螺纹25的螺距z1的15％。当小于15％时，塑料螺母20的塑料的弹性相对于螺母支架21的弹性太低并且很大程度上减少将载荷均匀地导入到所有螺距上的效果。因而大大地降低塑料螺母20的承载能力。

通过这两种措施实现：在螺齿侧面26上存在充足的塑料，但是同时塑料螺母20的螺齿侧面26通过螺母支架21的径向伸入的内螺纹22被轴向支承。丝杠螺母10的脉冲载荷导致在塑料螺母20的内螺纹24的螺齿侧面26和丝杠9的外螺纹25的贴靠在所述塑料螺母上的螺齿侧面之间的微小移动，然而由于塑料螺母20的在摩擦方面有利的材料，该微小移动不会导致磨损。同时，由于塑料螺母20的弹性塑料，实现均匀地将作用力导入所有处于接触的螺齿侧面26上，这使各螺距上的载荷均匀化。通过这些特征的组合，所述丝杠传动装置可以抵抗高的脉冲式载荷，这使得可以实现连续地运行调整装置7，无需固定该调整装置。

有利地，丝杠传动装置的螺纹设计为自锁的，以便可以在不需要对调整装置7进行调整的阶段中切断驱动装置。众所周知，这可以通过丝杠传动装置的丝杠9的外螺纹的螺距z1简单地实现。

优选塑料螺母20的外螺纹23具有与塑料螺母20的内螺纹24的螺距z1相同的螺距z2，以便可以使用同样的制造模具。通过不同的螺距z1和z2，塑料厚度并且因而在处于接触的螺齿侧面26之间的弹性和力导入可以沿着螺母长度变化。

有利地，丝杠9的外螺纹25的顶角α和螺母支架21的内螺纹22的顶角β为15°到30°、优选20°。当顶角α、β在该范围中时，螺齿侧面19、26大致构成相同强度的弯曲支架，这在相对于应力分布的材料磨损方面是最佳的。

为此，顶角α、β相差优选小于5°，以便可以尽可能好地导出载荷。

为了防止塑料螺母20相对于螺母支架21发生扭转，可以设置扭转止动器27。这例如可以通过穿过螺母支架21和塑料螺母20的径向销28构成(如图2a)，或通过轴向销29构成(如图2b)。但是也可以规定：作为扭转止动器27，螺母支架21和塑料螺母20通过在两者之间加设的粘接层不可相对旋转地连接。

也可以规定，用于构成塑料螺母20的螺母支架21至少在注塑方法中在径向内部利用塑料包围注塑，其中，同时可以在螺母支架21中的径向凹处30填充塑料，其随后作为扭转止动器27起作用，如图2c所示。

在调整活塞3中也可以设置压力平衡装置31，以便防止：在调整活塞3之后的室5中关有高的压力，该高的压力在调整装置7调整时对其加载。

所述压力平衡装置31可以设计为单作用的活塞环32，如图3a和3b。众所周知，单作用意味着：所述活塞环仅在一个轴向端面上密封，相反在对置的端面上，压力平衡槽33设置在活塞环32中(图3b)或压力平衡槽34设置在调整活塞3中的活塞环槽35中(图3a)。由于所述活塞环32在活塞环槽35中具有轴向间隙，所以当调整活塞3沿调整装置7的方向移动时，经过压力平衡槽34和活塞环槽35的路径打开，由此，可以平衡在室5中的压力。

压力平衡装置31也可以设计为在调整活塞3中的止回阀36，优选与双侧起作用的活塞环38组合(图3c)。对此，在调整活塞3中设置连续的凹口37，该凹口使在调整活塞前面的室4和在调整活塞后面的室5连接。众所周知，双作用意味着：活塞环在两个轴向端面上密封。凹口37在面向在调整活塞3前面的室4的端部上通过止回阀36的预紧的阀元件39关闭。如果在调整活塞3后面的室5中积聚一个超过阀元件39的预紧力的压力，所述止回阀36打开，由此可以平衡室5中的压力。

所述调整装置7也可以以替代的构造形式设计，如下面根据图4描述的。在此，调整装置的丝杠传动装置设计具有可轴向移动的丝杠9和轴向不可移动的丝杠螺母10。所述丝杠螺母10可旋转地设置在调整外壳8中并且由驱动单元12驱动，即被转动。对此可以在丝杠螺母10上设置齿轮40，该齿轮与在驱动单元12的传动装置13中的齿轮共同起作用。显而易见地，所述丝杠螺母10当然也可以按其他不同的形式由驱动单元12转动。当丝杠螺母10转动时发生轴向移动的丝杠9在此与调整活塞3连接，例如直接地或通过连接件17。按这种方式，通过丝杠螺母10的转动，可以调整调整活塞3在间隙空间外壳2中的位置，并且因而可以调整活塞式压缩机的余隙容积。

Claims (10)

1.一种用于活塞式压缩机(15)的可变的间隙空间(1)的调整活塞(3)的调整装置，该调整装置包括丝杠(9)，其中，所述丝杠(9)以外螺纹(25)拧入丝杠螺母(10)的内螺纹(24)中并且丝杠(9)或丝杠螺母(10)可轴向移动地设置，并且可轴向移动的丝杠螺母(10)或可轴向移动的丝杠(9)与调整活塞(3)连接，其特征在于，所述丝杠螺母(10)构造为具有内螺纹(24)的塑料螺母(20)，其中，所述塑料螺母(20)以外螺纹(23)设置在丝杠螺母(10)的螺母支架(21)的内螺纹(22)上，并且所述螺母支架(21)的内螺纹(22)的螺纹高度(y)和所述丝杠(9)的外螺纹(25)的螺纹高度(x)分别设计为塑料螺母(20)的径向厚度(d)的50％至80％，并且塑料厚度至少在塑料螺母(20)的内螺纹(24)的螺齿侧面(26)的区域内至少为内螺纹(24)的螺距(z1)的15％。

2.按照权利要求1所述的调整装置，其特征在于，所述丝杠(9)的外螺纹(25)的顶角(α)和所述螺母支架(21)的内螺纹(22)的顶角(β)为15°到30°、优选20°。

3.按照权利要求2所述的调整装置，其特征在于，所述顶角(α、β)相差小于5°。

4.按照权利要求1至3之一所述的调整装置，其特征在于，所述塑料螺母(20)和所述螺母支架(21)通过扭转止动器(27)固定成防止相对旋转。

5.按照权利要求1至4之一所述的调整装置，其特征在于，设置用于旋转丝杠(9)或丝杠螺母(10)的驱动单元(12)。

6.一种具有可变的间隙空间(1)的活塞式压缩机，该间隙空间具有间隙空间外壳(2)，调整活塞(3)可轴向移动地设置在该间隙空间外壳中，并且所述间隙空间(1)与活塞式压缩机(15)的气缸(6)的气缸室连接，其中，调整活塞(3)通过按照权利要求1至5之一所述的调整装置(7)设计。

7.按照权利要求6所述的活塞式压缩机，其特征在于，在调整活塞(3)中设置压力平衡装置(31)，以便平衡在调整外壳(2)中的背离气缸(6)的室(5)中的压力。

8.按照权利要求7所述的活塞式压缩机，其特征在于，所述压力平衡装置(31)构造为在调整活塞(3)上单侧起作用的活塞环(32)。

9.按照权利要求7所述的活塞式压缩机，其特征在于，所述压力平衡装置(31)构造为调整活塞(3)中的止回阀(36)。

10.按照权利要求9所述的活塞式压缩机，其特征在于，在调整活塞(3)中设置双侧起作用的活塞环(38)。