JP2009519399A - 水冷却式ピストン圧縮機 - Google Patents

Abstract

本発明は、空気を圧縮する少なくとも１つのピストンを有し、該ピストンが直線的に往復動する駆動力を発生させる手段で駆動可能でかつ軸方向に運動可能に、シリンダヘッドを介して端面側で閉鎖されたシリンダケーシング内に収納されており、該シリンダケーシングが水冷却手段を備えており、該水冷却手段が２重壁に原成形されたシリンダケーシング（１）を含んでおり、該シリンダケーシング（１）がシリンダヘッド（３）に向いた端面（６）に複数の冷却開口（７）を有しており、該冷却開口（７）を介して２重壁のシリンダケーシング（１）を流過する冷却媒体がシリンダヘッドの領域と接触させられる水冷却式ピストン圧縮機に関する。

Description

本発明は、空気を圧縮する少なくとも１つのピストンを有し、該ピストンが直線的に往復動する駆動力を発生させる手段で駆動可能でかつ軸方向に運動可能に、シリンダヘッドを介して端面側で閉鎖されたシリンダケーシング内に収納されており、該シリンダケーシングが水冷却手段を備えている形式の水冷却式ピストン圧縮機に関する。

ここで対象となる形式のピストン圧縮機は特に車両技術で用いられる。特にレール車両分野では圧縮空気発生器としてのピストン圧縮機が使用される。このピストン圧縮機で発生された圧縮空気はレール車両にてブレーキの作動のため、ばね装置の活性化のため及びそれに類似したことのために使用される。ピストン圧縮機のピストン−シリンダ対偶の内部での空気の圧縮は外部へ放熱する必要のある熱をも発生させる。放熱が行なわれないと、ピストン圧縮機は長期運転で強く加熱され、ピストン圧縮機の構成部分、特にシールが損傷を受けることになる。構成的な条件によって空気冷却されたピストン圧縮機を使用することが可能ではない場合には、ここで対象となっている水冷却式のピストン圧縮機が必要である。水冷却式のピストン圧縮機ではピストン−シリンダ対偶の領域は自体公知の冷媒回路を介して冷却される。ここで対象となっている形式の水冷却式のピストン圧縮機はクランク機構、揺動板機構又はそれに類似したものを介して駆動されることができる。

ＤＥ１０３０８４３０Ａ１号明細書からは揺動板機構を有する水冷却式ピストン圧縮機が公知である。この場合には２つのピストン−シリンダ対偶が１つの揺動板機構によって駆動される。揺動板機構は入力側の回転運動をシリンダ内のピストンのための往復する直線運動に変換する。したがってこの場合には入口及び出口弁との協働を介して空気を周辺から圧縮空気に圧縮可能である。

前記公知のピストン圧縮機においては水冷却するためにはシリンダ領域に、冷却媒体が流過する室が設けられている。該室はシリンダライナブシュと該シリンダライナブシュを取囲むシリンダケーシングとから成っている。シリンダライナブシュはそれぞれ鉢形に形成され、冷却媒体はシリンダの周面と端面との領域で作用する。この場合の欠点は、端面冷却が、内方にあるシリンダライナブシュが適当に変形されることでしか達成されないことである。さらに、内にあるシリンダブシュを取囲むシリンダケーシングに対しても端面側でシリンダブシュに接触する弁プレートに対してもシリンダブシュをシールするために、端面の領域にも下方の周面の領域にもシールが必要である。これらのシールの１つの漏れはピストン圧縮機の空気領域への冷却水の侵入を結果としてもたらす。

本発明の課題は、製作技術的に簡単に実施できる形式でシリンダヘッドを含めたシリンダ領域の効果的な冷却を保証する水冷却式ピストン圧縮機を提供することである。

本発明の課題は請求項１の上位概念による水冷却式ピストン圧縮機から出発して、請求項１が特徴としている構成によって解決された。従属請求項には本発明の有利な構成が記載されている。

本発明は水冷却するための手段が２重壁に原成形されたシリンダケーシングを含み、該シリンダケーシングの、シリンダヘッドに向いた端面に複数の冷却開口が配置され、該冷却開口を介して２重壁のシリンダケーシングを流過する冷却水がシリンダヘッドの領域と接触させられるという技術的な原理を含んでいる。

本発明の解決策の利点は特に、端面側の冷却開口が多大の製作技術的な費用なしで製作できることである。このような開口は２重壁のシリンダケーシングの鋳造に際しいずれにせよ適宜の部位に設けられる必要がある。何故ならば前記開口を介して２重壁を形成する砂核の除去が行なわれるからである。鋳造技術的に必要である前記開口は本発明によれば、シリンダケーシングの製作プロセスのあとで冷却目的に利用できる部位に配置されている。このためには冷却開口としての使用のためにも所望の冷却効果が得られるような、大きさと間隔とで、鋳造技術的に必要な開口をシリンダケーシングの端面に設けるだけでよい。

有利にはシリンダヘッドの領域はシリンダの端面に接触する弁プレートから成り、この弁プレートにシリンダヘッドが配置されている。これにより弁プレートはサンドイッチ状にシリンダケーシングとシリンダヘッドとの間に位置している。この配置では弁プレートは冷却媒体に直接的に接触させられる。弁プレートはその中に取付けられた入口及び出口弁のために、高温負荷される構成部分を成すので、本発明の解決策はシリンダケーシングにおける、隣接する冷却開口を介する直接的な冷却を可能にする。

本発明を改善する別の処置によれば、弁プレートは、シリンダケーシングの冷却開口の１つと連通する入口を、冷却水をシリンダヘッドの領域に導くために有している。これにより冷却媒体を入口と該入口に接続された弁プレートの冷却媒体通路とを介して弁プレートの入口及び出口弁の領域の、場所的に近い冷却のために用いる可能性が得られる。さらに弁プレートはシリンダヘッド内へ冷却水を導く出口を有していることができる。この場合には弁プレートに隣接して配置されたシリンダヘッドを、冷却水を導くための冷却媒体通路が貫通することができる。特に有利であるのは、冷却媒体通路をピストン圧縮機の圧縮空気出口の領域を巡って案内され、これにより圧縮過程で加熱された圧縮空気がシリンダヘッドをあとにする前に直接的に冷却される。

さらにシリンダケーシングの外側に少なくとも１つの冷却媒体接続部を冷却媒体のための入口として配置することが提案されている。加熱された冷却媒体のための出口として必要な冷却媒体接続部は同様にシリンダケーシングに配置されるか又はシリンダヘッドに配置されていることができる。後者の配置は冷却媒体がシリンダケーシングの冷却の他に弁プレート及び／又はシリンダヘッドの冷却を行なう場合に有利である。最大冷却効率を追求する本発明の別の処置によれば、入口を形成する冷却媒体接続から発して冷却媒体を両側へ流し、均等な冷却作用を達成することも可能である。さらに冷却媒体を一方向だけでシリンダケーシングをめぐって案内することも可能である。相応する通路と遮断壁とは２重壁のシリンダケーシングに鋳造技術的に製作することができる。これにより例えば冷却媒体流をシリンダケーシングの軸方向で見てメアンダ形にシリンダケーシング内を流すこともできる。

有利な実施形態ではシリンダケーシングは５つ以上の、ほぼリングセグメント形の冷却開口を有している。この場合には冷却開口の間には、シリンダヘッドを固定するために、少なくとも４つのねじ孔が互いに対称的に配置されている。この処置によってシリンダケーシングの端面にシリンダヘッドを均等に固定することが保証されるだけではなく、冷却開口によって得られる冷却面が最大化される。

以下、図示の実施例に基づき本発明の改善された処置を説明する。

図１によれば水冷却式のピストン圧縮機は主としてクランク機構を受容するクランクケーシング２の上にねじ結合されているシリンダケーシング１から成っている。シリンダケーシング１の、クランクケーシング２とは反対側にはシリンダヘッド３が取付けられている。シリンダヘッド３は弁プレート４を有し、該弁プレート４はシリンダケーシング１とシリンダヘッド３との間にサンドイッチ状に位置している。シリンダケーシング１の内部には、ここでは破線で図示された、空気を圧縮するためのピストン５が存在している。

図２によればシリンダケーシング１は、この場合にはアルミニウム合金から成る２重壁に原成形された構成部分である。シリンダケーシング１はここでは図示されていないシリンダヘッド３に向いた端面６に複数の冷却開口７を有している。この冷却開口７はリングセグメント形に構成されている。冷却開口７を介して、２重壁のシリンダケーシング１を流過する冷却媒体はシリンダヘッド３の領域と接触させられる。さらにシリンダケーシング１の端面６には、シリンダヘッド３を固定するために、互いに対称的に配置された複数のねじ孔８が配置されている。冷却媒体は２重壁のシリンダケーシング１の中間領域に、入口として構成された冷却媒体接続部９を通して達する。

図３によれば、ここに示された弁プレート４を有するシリンダヘッド３は、複数の通過孔１０を有している。この通過孔１０は図示されていないねじを受容するために役立ち、該ねじは先きに述べたねじ孔８内へねじ込むことができる。シリンダヘッド３にはさらに、空気入口１１が設けられ、この空気入口１１を介して大気から吸込まれた、先きにろ過された空気がピストン圧縮機内に達する。ピストン圧縮機によって発生させられた圧縮空気はピストン圧縮機から圧縮空気出口１２を介して再び流出する。

図４によればピストン圧縮機の圧縮空気流は図示されていない自体公知の入口及び出口弁によって形成される。入口及び出口弁は弁プレート４の入力及び出口弁領域１３に配置されている。弁プレート４の入力及び出口弁領域１３の周囲を冷却媒体通路１４が延びている。冷却媒体通路１４は入口側で弁プレート４の入口１５と接続されている。弁プレート４の入口１５はシリンダケーシング１における先きに記述した冷却開口７の１つと協働する。さらに弁プレート４は出口１６を有し、該出口１６を介して冷却媒体はシリンダヘッド３内に導かれる。

図５によればシリンダヘッド３内部へ導かれた冷却媒体は同様にシリンダヘッド内に構成された冷却媒体通路１７内に達する。シリンダヘッド３の冷却媒体通路１７は圧縮過程により加熱された圧縮空気がシリンダヘッド３を後にする前に冷却されるように圧縮空気出口１２の周囲に配置されている。さらにシリンダヘッド３には別の冷却媒体接続部１８があり、この冷却媒体接続部１８はこの実施例の場合、冷却媒体のための出口として用いられる。

本発明は先きに述べた実施例に限定されるものではなく、従属請求項の技術領域に包含される多数の変化実施例が考えられる。したがって水冷却式のピストン圧縮機は、本発明の枠内で、多シリンダピストン圧縮機として構成されていることもできる。さらに冷却媒体の通過を２重壁のシリンダケーシングだけに限定することも考えられる。この場合にはシリンダケーシングに別の冷却媒体接続部を、使用された冷却媒体のための出口として配置することもできる。

さらに本発明による解決は、オイルレスで運転されるピストン圧縮機のために特に適している。なぜならばこの場合には、シリンダの領域における十分な冷却が前提となるからである。

単筒型の水冷却式ピストン圧縮機の外観を示した斜視図。 図１のピストン圧縮機のシリンダケーシングの外観を示した斜視図。 図１のピストン圧縮機の弁プレートを備えたシリンダヘッドの外観の斜視図。 弁プレートの断面図。 シリンダヘッドの内部の斜視図。

符号の説明

１ シリンダケーシング
２ クランクケーシング
３ シリンダヘッド
４ 弁プレート
５ ピストン
６ 端面
７ 冷却開口
８ ねじ孔
９ 冷却媒体接続部（入口）
１０ 通過孔
１１ 空気入口
１２ 圧縮空気出口
１３ 入口及び出口弁領域
１４ 冷却媒体通路
１５ 入口
１６ 出口
１７ 冷却媒体通路
１８ 冷却媒体接続部（出口）

Claims (10)

1. 空気を圧縮するために少なくとも１つのピストン（５）を有し、該ピストン（５）が、直線的に往復動して駆動力を発生させる手段で駆動可能でかつ軸方向に運動可能に、シリンダヘッド（３）を介して端面側で閉鎖されたシリンダケーシング（１）内に収納されており、該シリンダケーシング（１）が水冷却手段を備えている水冷却式ピストン圧縮機において、
   水冷却手段が２重壁に原成形されたシリンダケーシング（１）を含み、該シリンダケーシング（１）がシリンダヘッド（３）に向いた端面（６）に複数の冷却開口（７）を備えており、この冷却開口（７）を介して２重壁のシリンダケーシング（１）を流過する冷却媒体が、シリンダヘッド（３）の領域と接触させられることを特徴とする、水冷却式ピストン圧縮機。
2. シリンダヘッド（３）の前記領域がシリンダケーシング（１）の端面（６）に接触させられる弁プレート（４）から成り、該弁プレート（４）にシリンダヘッド（３）が配置されている、請求項１記載の水冷却式ピストン圧縮機。
3. 弁プレート（４）が冷却水をシリンダヘッド（３）の領域内へ導くためにシリンダケーシング（１）の冷却開口（７）の１つと連通する少なくとも１つの入口（１５）を有している、請求項２記載の水冷却式ピストン圧縮機。
4. 弁プレート（４）が入口及び出口弁領域（１３）を冷却するために前記入口（１５）と接続された冷却媒体通路（１４）を有している、請求項３記載の水冷却式ピストン圧縮機。
5. 弁プレート（４）が冷却水をシリンダヘッド（３）へ導くために少なくとも１つの出口（１６）を有している、請求項２記載の水冷却式ピストン圧縮機。
6. シリンダヘッド（３）を通して冷却水を導くための冷却媒体通路（１７）がシリンダヘッド（３）を貫通している、請求項５記載の水冷却式ピストン圧縮機。
7. 圧縮過程によって加熱された圧縮空気が多シリンダヘッド（３）をあとにする前に該圧縮空気を冷却するために冷却媒体通路（１７）を圧縮空気出口（１２）の領域の周囲にも配置する、請求項６記載の水冷却式ピストン圧縮機。
8. 冷却媒体のための入口として少なくとも１つの冷却媒体接続部（９）がシリンダケーシング（１）の外に配置されており、冷却媒体の出口として別の冷却媒体接続部（１８）がシリンダヘッド（３）に又は同様にシリンダケーシング（１）に配置されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の水冷却式ピストン圧縮機。
9. 均等な冷却作用を達成するために冷却媒体が、入口を形成する冷却媒体接続部（９）から両側へシリンダケーシング（１）をめぐって流れる、請求項８記載の水冷却式ピストン圧縮機。
10. シリンダケーシング（１）が５つ以上のほぼリングセグメント状の冷却開口（７）を備えており、その間に少なくとも４つの互いに対称的に配置されたねじ孔（８）がシリンダヘッド（３）を固定するために配置されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の水冷却式ピストン圧縮機。

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