KR101290016B1

KR101290016B1 - 수냉식 피스톤 압축기

Info

Publication number: KR101290016B1
Application number: KR1020087016189A
Authority: KR
Inventors: 미하엘 하르틀; 게라드 프뢸; 디에터 바이세
Original assignee: 크노르-브렘제 시스테메 퓌어 누츠파조이게 게엠베하; 크노르-브렘제 시스테메 퓌어 쉬에넨파쩨우게 게엠베하
Priority date: 2005-12-13
Filing date: 2006-12-13
Publication date: 2013-07-30
Also published as: DE102005059491A1; DE502006007798D1; ATE479842T1; RU2429378C2; EP1963674A1; WO2007068463A8; US20090071324A1; KR20080069278A; US8117960B2; WO2007068463A1; JP5345398B2; CN101331319B; EP1963674B1; CN101331319A; JP2009519399A; RU2008128464A

Abstract

수냉식 피스톤 압축기로서, 하나 이상의 공기 압축 피스톤(5)을 포함하고, 상기 피스톤은 선형으로 진동하는 구동력을 발생시키기 위한 수단에 의해 구동될 수 있으며 실린더 하우징(1) 내에 축방향으로 이동 가능하게 수용되고, 상기 실린더 하우징은 단부면이 실린더 헤드(3)에 의해 폐쇄되며 수냉 수단을 포함하고, 상기 수냉 수단은 실린더 하우징(1)을 포함하고, 상기 실린더 하우징은 2중 벽으로 성형되며 상기 실린더 헤드(3)를 향한 그 단부면(6)에 다수의 냉각 개구(7)가 배치되고, 상기 2중 벽의 실린더 하우징(1)을 통해 흐르는 냉각제가 상기 냉각 개구를 통해 상기 실린더 헤드(3)의 영역과 접촉한다.

피스톤 압축기, 피스톤, 실린더 하우징, 실린더 헤드, 수냉 수단, 냉각 개구.

Description

수냉식 피스톤 압축기{WATER-COOLED PISTON COMPRESSOR}

본 발명은 수냉식 피스톤 압축기로서, 하나 이상의 공기 압축 피스톤을 포함하고, 상기 피스톤은 선형으로 진동하는 구동력을 발생시키기 위한 수단에 의해 구동될 수 있으며 실린더 하우징 내에 축방향으로 이동 가능하게 수용되고, 상기 실린더 하우징은 단부면이 실린더 헤드에 의해 폐쇄되며 수냉 수단을 포함하는, 수냉식 피스톤 압축기에 관한 것이다.

상기 방식의 피스톤 압축기는 특히 자동차 기술 분야에 사용된다. 특히, 철도 차량에서 피스톤 압축기는 압축 공기 발생 장치로서 사용된다. 압축 공기는 철도 차량에서 브레이크 장치의 작동을 위해 그리고 액티브 서스펜션을 위해 사용된다. 피스톤 압축기의 피스톤-실린더 쌍 내부에서 공기의 압축은 열을 발생시키고, 상기 열은 외부로 방출되어야 한다. 그렇지 않으면, 피스톤 압축기는 연속 작동시 심하게 가열되어, 그 부품, 특히 시일이 손상될 수 있다. 구성상 경계 조건으로 인해 공냉식 피스톤 압축기를 사용하는 것이 불가능한 경우, 수냉식 피스톤 압축기가 필요하다. 수냉식 압축기의 경우, 피스톤-실린더 쌍의 영역은 공지된 냉각제 회로에 의해 냉각된다. 상기 방식의 수냉식 피스톤 압축기는 크랭크 샤프트 구동부, 회전 캠 구동부 등에 의해 구동될 수 있다.

DE 103 08 430 A1에는 회전 캠 구동부를 가진 수냉식 피스톤 압축기가 공지된다. 2개의 피스톤- 실린더 쌍들은 회전 캠 구동 기구에 의해 구동된다. 회전 캠 구동 기구는 입력측 회전 운동을 실린더 내부의 피스톤의 진동 선형 운동으로 변환시키므로, 유입 및 유출 밸브와의 상호 작용을 통해 주변 공기가 압축되어 압축 공기를 형성한다.

상기 공지된 피스톤 압축기에서는 수냉을 위해 실린더 영역에, 냉각제에 의해 관류되는 챔버가 제공된다. 챔버는 실린더 부시 및 상기 실린더 부시를 둘러싸는 실린더 하우징으로 형성된다. 실린더 부시는 각각 포트형으로 형성되므로, 냉각제는 실린더의 외장면 및 단부면의 영역에 작용한다. 이 경우, 단점은 내부에 놓인 실린더 부시가 상응하게 변형됨으로써만 단부면 냉각이 이루어질 수 있다는 것이다. 또한, 내부에 놓인 실린더 부시를 이것을 둘러싸는 실린더 하우징에 대해 그리고 단부면이 상기 실린더 부시에 접촉하는 밸브 플레이트에 대해 밀봉하기 위해, 단부면의 영역에 그리고 하부 외장면의 영역에 시일이 필요하다. 상기 시일의 누설은 냉각수가 피스톤 압축기의 공기 영역 내로 침투하는 결과를 초래할 것이다.

본 발명의 목적은 제조 기술상 간단한 방식으로 실린더 헤드를 포함하는 실린더 영역의 효율적인 냉각을 보장하는 수냉식 피스톤 압축기를 형성하는 것이다.

상기 과제는 청구항 1의 전제부에 따른 수냉식 피스톤 압축기에 있어서 청구항 1의 특징에 의해 달성된다. 종속 청구항들은 본 발명의 바람직한 실시예를 제시한다.

본 발명에 따르면, 상기 수냉 수단은 실린더 하우징을 포함하고, 상기 실린더 하우징은 2중 벽으로 성형되며 상기 실린더 헤드를 향한 그 단부면에 다수의 냉각 개구가 배치되고, 상기 2중 벽의 실린더 하우징을 통해 흐르는 냉각제가 상기 냉각 개구를 통해 상기 실린더 헤드의 영역과 접촉한다.

본 발명에 따른 해결책의 장점은 단부면 측 냉각 개구가 제조 기술상 큰 비용 없이 제조될 수 있다는 것이며, 그 이유는 냉각 개구들이 2중 벽의 실린더 하우징의 주조시 적합한 장소에 형성되기 때문이다. 냉각 개구들을 통해, 2중 벽을 형성하는 모래 코어가 제거된다. 상기 주조 기술적 개구들은 본 발명에 따라 실린더 하우징의 제조 공정 후에 상기 개구가 냉각 목적을 위해 사용될 수 있는 곳에 배치된다. 이를 위해, 실린더 하우징의 단부면에서 상기 주조 기술적 개구들의 크기 또는 그들 간의 간격은 후속 사용시 소정 냉각 효과가 나타나도록 설정되어야 한다.

바람직하게 실린더 헤드의 영역은 실린더의 단부면에 접촉하는 밸브 플레이트로 이루어지고, 상기 밸브 플레이트에 실린더 헤드가 배치된다. 따라서 밸브 플레이트는 실린더 하우징과 실린더 헤드 사이에 샌드위치형으로 배치된다. 상기 배치에서 밸브 플레이트는 냉각제와 직접 접촉한다. 밸브 플레이트가 이것 내로 삽입된 유입 및 유출 밸브로 인해 높은 온도 부하를 받는 부품이기 때문에, 본 발명에 따른 해결책은 실린더 하우징의 인접 냉각 개구를 통한 직접적인 냉각을 가능하게 한다.

본 발명을 개선하는 다른 조치에 따라, 밸브 플레이트는 실린더 하우징의 냉각 개구 중 하나에 상응하는, 냉각수를 실린더 헤드의 영역 내로 전달하기 위한 하나 이상의 입구를 갖는다. 이로써, 냉각제를 밸브 플레이트의 입구 및 이것에 연결된 냉각제 채널을 통해 밸브 플레이트의 유입 및 유출 밸브 영역의 국부적으로 가까운 냉각을 위해 사용하는 것이 가능하다. 또한, 밸브 플레이트가 냉각수를 실린더 헤드 내로 전달하기 위한 출구를 가질 수 있다. 이 경우, 밸브 플레이트에 인접하게 배치된 실린더 헤드는 냉각수를 안내하기 위한 냉각제 채널을 갖도록 드로잉될 수 있다. 피스톤 압축기의 압축 공기 출구들의 영역 둘레로 냉각제 채널을 안내함으로써, 압축 과정에 의해 가열된 압축 공기가 실린더 헤드를 벗어나기 전에 직접 냉각되는 것이 특히 바람직하다.

또한, 냉각제용 입구로서 하나 이상의 냉각제 연결부가 실린더 하우징에 배치된다. 가열된 냉각제용 출구로서 필요한 냉각제 연결부는 실린더 하우징 내에 또는 실린더 헤드에 배치될 수도 있다. 후자의 배치는 냉각제가 실린더 하우징의 냉각과 더불어 밸브 플레이트 및/또는 실린더 헤드의 냉각도 수행할 때 제공된다. 최대 냉각 효율과 관련해서 본 발명을 개선하는 다른 조치에 따라, 냉각제가 입구를 형성하는 냉각제 연결부로부터 실린더 하우징의 양측 주위로 흘러서, 균일한 냉각이 이루어진다. 그와 더불어, 냉각제를 실린더 하우징 주위로 하나의 방향으로만 흐르게 하는 것도 가능하다. 상응하는 채널 및 차단 벽은 2중 벽의 실린더 하우징 내에 주조 기술로 제조될 수 있다. 이로써, 냉각제 흐름을 실린더 하우징의 축방향으로 볼 때 곡류 형태로 실린더 하우징 내에서 흐르게 하는 것도 가능하다.

바람직한 실시예에서, 실린더 하우징은 5개 이상의 링 세그먼트형 냉각 개구를 가지며, 이들 사이에 서로 대칭으로 배치된 4개 이상의 나사 홀은 실린더 헤드의 고정을 위해 배치된다. 이러한 조치에 의해, 실린더 헤드가 실린더 하우징의 단부면에 균일하게 고정될 뿐만 아니라, 냉각 개구에 의해 형성된 냉각면이 최대화된다.

본 발명을 개선하는 다른 조치는 하기에서 첨부한 도면을 참고로 하는 본 발명의 바람직한 실시예의 설명과 함께 상세히 설명된다.

도 1은 단일 실린더형 수냉식 피스톤 압축기의 사시도.

도 2는 도 1에 따른 피스톤 압축기의 실린더 하우징의 사시도.

도 3은 도 1에 따른 피스톤 압축기의 밸브 플레이트를 가진 실린더 헤드의 사시도.

도 4는 밸브 플레이트의 사시도.

도 5는 실린더 헤드의 내부 사시도.

도 1에 따라 수냉식 피스톤 압축기는 실린더 하우징(1)으로 이루어지고, 상기 실린더 하우징(1)은 크랭크 샤프트 구동부를 포함하는 크랭크 샤프트 하우징(2)에 나사 결합된다. 크랭크 샤프트 하우징(2)에 마주 놓인 실린더 하우징(1)의 측면에는, 실린더 헤드(3)가 배치된다. 실린더 헤드(3)는 밸브 플레이트(4)를 포함하고, 상기 밸브 플레이트는 샌드위치형으로 실린더 하우징(1)과 실린더 헤드(3) 사이에 배치된다. 실린더 하우징(1)의 내부에는 여기에 파선으로 도시된 공기 압 축 피스톤(5)이 배치된다.

도 2에 따라 실린더 하우징(1)은 여기서는 알루미늄 합금으로 이루어진 2중 벽으로 성형된 부품이다. 실린더 하우징(1)은 여기에는 도시되지 않은, 실린더 헤드(3)를 향한 단부면(6)에 다수의 냉각 개구(7)를 갖는다. 상기 냉각 개구(7)는 링 세그먼트형으로 형성된다. 2중 벽 실린더 하우징(1)을 통해 흐르는 냉각제는 냉각 개구(7)를 통해 실린더 헤드(3)의 영역과 접촉한다. 또한, 실린더 하우징(1)의 단부면(6)에는 상기 실린더 헤드(3)의 고정을 위해 서로 대칭으로 배치된 다수의 나사 홀(8)이 배치된다. 냉각제는 입구로서 형성된 냉각제 연결부(9)를 통해 2중 벽의 실린더 하우징(1)의 중간 영역 내로 흐른다.

도 3에 따르면, 밸브 플레이트(4)를 가진 여기에 도시된 실린더 헤드(3)는 다수의 관통 홀(10)을 가지며, 상기 관통 홀은 도시되지 않은 나사를 수용하기 위해 사용되고, 상기 나사들은 상기 나사 홀(8) 내로 나사 결합될 수 있다. 실린더 헤드(3)에는 또한 공기 입구(11)가 배치되며, 대기로부터 흡입되어 이미 필터링된 공기가 상기 공기 입구를 통해 피스톤 압축기 내로 이른다. 피스톤 압축기에 의해 형성된 압축 공기는 압축 공기 출구(12)를 통해 다시 피스톤 압축기를 벗어난다.

도 4에 따라 피스톤 압축기의 압축 공기 흐름은 여기에 도시되지 않은, 공지된 유입 밸브 및 유출 밸브를 통해 형성된다. 유입 밸브 및 유출 밸브는 밸브 플레이트(4)의 유입 및 유출 밸브 영역(13)에 배치된다. 밸브 플레이트(4)의 상기 유입 및 유출 밸브 영역 둘레로 냉각제 채널들(14)이 연장된다. 냉각제 채널들(14)은 입구측이 밸브 플레이트(4)의 입구(15)와 연결된다. 밸브 플레이트(4)의 입구(15)는 실린더 하우징(1)의 상기 냉각 개구(7) 중 하나에 상응한다. 또한, 밸브 플레이트(4)는 출구(16)를 가지며, 상기 출구를 통해 냉각제가 실린더 헤드(3) 내로 흐른다.

도 5에 따라 상기 냉각제는 실린더 헤드(3) 내부에서 마찬가지로 여기에 형성된 냉각제 채널(17) 내로 흐른다. 압축 과정에 의해 가열된 압축 공기를 실린더 헤드(3)를 벗어나기 전에 냉각시키기 위해, 실린더 헤드(3)의 냉각제 채널들(17)은 특히 압축 공기 출구(12) 영역 둘레에 배치된다. 또한, 실린더 헤드(3)에는 다른 냉각제 연결부(18)가 배치되고, 상기 냉각제 연결부는 이 실시예에서 냉각제용 출구로서 사용된다.

본 발명은 상기 바람직한 실시예에 제한되지 않는다. 오히려, 하기 청구범위의 보호 범위를 벗어나지 않는 변형예들이 가능하다. 본 발명의 범위에서 수냉식 피스톤 압축기는 다중실린더형 피스톤 압축기로도 형성될 수 있다. 또한, 냉각제 관류만을 2중 벽 실린더 하우징에 제한하는 것도 가능하다. 이 경우, 실린더 하우징에는 사용된 냉각제용 출구로서 다른 냉각제 연결부가 배치될 것이다.

또한, 본 발명에 따른 해결책은 오일 없이 작동하는 피스톤 압축기에 특히 적합한데, 그 이유는 실린더 영역에서의 충분한 냉각의 문제가 여기서 특히 중요하기 때문이다.

Claims

하나 이상의 공기 압축 피스톤(5)을 포함하고, 상기 피스톤은 선형으로 진동하는 구동력을 발생시키기 위한 수단에 의해 구동될 수 있으며 실린더 하우징(1) 내에 축방향으로 이동 가능하게 수용되고, 상기 실린더 하우징은 단부면이 실린더 헤드(3)에 의해 폐쇄되며 수냉 수단을 포함하는, 수냉식 피스톤 압축기에 있어서,

상기 수냉 수단은 실린더 하우징(1)을 포함하고, 상기 실린더 하우징은 2중 벽으로 성형되며 상기 실린더 헤드(3)를 향한 그 단부면(6)에 다수의 냉각 개구(7)가 배치되고, 상기 2중 벽의 실린더 하우징(1)을 통해 흐르는 냉각제가 상기 냉각 개구를 통해 상기 실린더 헤드(3)의 영역과 접촉하며, 상기 실린더 헤드(3)의 영역은 상기 실린더 하우징(1)의 단부면(6)에 접촉하는 밸브 플레이트(4)로 이루어지고, 상기 밸브 플레이트에는 상기 실린더 헤드(3)가 배치되며, 상기 밸브 플레이트는 상기 실린더 하우징(1)의 냉각 개구 중 하나에 상응하는, 냉각수를 상기 실린더 헤드(3)의 영역으로 전달하기 위한 하나 이상의 입구(15)를 갖는 것인 수냉식 피스톤 압축기로서, 상기 실린더 하우징(1) 외부에, 냉각제용 입구로서 하나 이상의 냉각제 연결부(9)가 배치되고, 다른 냉각제 연결부(18)는 냉각제용 출구로서 상기 실린더 헤드(3)에 또는 상기 실린더 하우징(1)에 배치되고, 상기 냉각제는 입구를 형성하는 상기 냉각제 연결부(9)로부터 상기 실린더 하우징(1) 양측 주위로 흘러서, 균일한 냉각 작용이 얻어지며,

상기 밸브 플레이트(4)는 상기 입구(15)와 연결된, 유입 및 유출 밸브 영역(13)을 냉각시키기 위한 냉각제 채널(14)을 갖는 것을 특징으로 하는 수냉식 피스톤 압축기.
삭제
제1항에 있어서, 상기 밸브 플레이트(4)는 냉각수를 상기 실린더 헤드(3)로 전달하기 위한 하나 이상의 출구(16)를 갖는 것을 특징으로 하는 수냉식 피스톤 압축기.
제3항에 있어서, 상기 실린더 헤드(3)는 냉각수를 상기 실린더 헤드(3)를 통해 안내하는 냉각제 채널(17)을 갖도록 드로잉되는 것을 특징으로 하는 수냉식 피스톤 압축기.
제4항에 있어서, 상기 냉각제 채널(17)은, 압축 과정에 의해 가열된 압축 공기를 상기 실린더 헤드(3)를 벗어나기 전에 냉각시키기 위해, 압축 공기 출구(12)의 영역 주위에 배치되는 것을 특징으로 하는 수냉식 피스톤 압축기.
제1항 및 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실린더 하우징(1)은 5개 이상의 링 세그먼트형 냉각 개구(7)를 가지며, 그들 사이에 서로 대칭으로 배치된, 상기 실린더 헤드(3)를 고정하기 위한 4개 이상의 나사 홀(8)이 배치되는 것을 특징으로 하는 수냉식 피스톤 압축기.
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