CN107002654A - 具有相对壳体密封的柱状插入件的壳体 - Google Patents

Abstract

在本发明的范围内开发一种包括具有接收部或开口的壳体和柱状插入件的组件，所述插入件通过至少一个过盈配合装配到接收部或开口中。柱状不仅理解为圆柱。该柱也可以具有椭圆或多边形的底面。根据本发明，插入件具有绕转的槽，从而所述插入件通过插入件和/或壳体的材料相对壳体既固定又液密和/或气密地被密封，所述材料在装配到槽中时受挤压。认识到，在过盈配合的情况下原则上插入件和/或壳体的材料被挤出。根据本发明所设置的槽提供了一个受限定的地点，这种材料可以优选流动到该地点上。在结束装配之后插入件通过处于槽中的材料一方面相对壳体来锁定。另一方面，这种材料同时作用为插入件与壳体之间的密封部。压配合区域中的单独的密封部变得多余。

Description

具有相对壳体密封的柱状插入件的壳体

技术领域

本发明涉及一种包括壳体和柱状插入件的、密封的组件。

背景技术

用于发动机和压缩机的曲柄壳体常常由轻质的软材料例如铝制成。这些材料不适用于缸工作面，活塞沿着所述缸工作面滑动。因此，将由更硬的材料制成的缸套筒插入到曲柄壳体中的相应缸孔中，活塞在发动机或压缩机运行时沿着所述缸套筒滑动。在此有必要的是，将缸套筒相对曲柄壳体来密封。当缸套筒与曲柄壳体一起围成一冷却通道时，这尤其是适用的。

缸套筒通常要么以松配合要么以压配合插入到曲柄壳体中。在松配合的情况下缸套筒会在之后的运行中在曲柄壳体内部运动，这对密封性产生负面影响。在压配合的情况下可能使安置在缸套筒与曲柄壳体之间的密封部(O型环)受机械损伤，这在将缸套筒装配到曲柄壳体中之后无法再进行检验。

发明内容

因此，本发明的任务是，提供一种包括壳体和柱状插入件的、具有改进的密封的组件。

该任务根据本发明通过一种根据独立权利要求所述的组件来解决。其它的有利构型由引用到该独立权利要求的从属权利要求来得出。

在本发明的范围内开发一种包括具有接收部或开口的壳体和柱状插入件的组件，所述插入件通过至少一个过盈配合装配到接收部或开口中。柱状不仅理解为圆柱。该柱也可以具有椭圆或多边形的底面。

根据本发明，插入件具有绕转的槽，从而所述插入件通过插入件和/或壳体的材料相对壳体既固定又液密和/或气密地被密封，所述材料在装配到槽中时受挤压。

槽的横截面可以具有每个任意的形状。能够最容易制造的是具有经倒圆的横截面的槽，例如具有0.5到1.5mm之间的曲率半径。然而V型槽或其它具有多边形横截面的槽，例如矩形槽，也是允许的。

认识到，在过盈配合的情况下原则上插入件和/或壳体的材料被挤出。根据本发明所设置的槽提供了一个受限定的地点，这种材料可以优选流动到该地点上。在结束装配之后插入件通过处于槽中的材料一方面相对壳体来锁定。另一方面，这种材料同时作用为插入件与壳体之间的密封部。压配合区域中的单独的密封部变得多余。

插入件到壳体中的装配可以通过全力将插入件压入到接收部或开口中、通过加热壳体并接着引入插入件或通过两个措施的组合来引起。

有利地，插入件是具有敞开的底面和/或顶面的空心柱体。然后所述插入件例如适合作为用于活塞的工作面，所述活塞在发动机中由插入件(缸套筒)中的介质来驱动，或反之在压缩机中，所述压缩机密封处于缸套筒中的介质。空心柱体原则上具有一外壁。

有利地，槽具有插入件外壁厚度的5％与15％之间范围内的深度。这是以下内容之间的最优妥协：

·插入件与壳体之间的固定的稳定性，该稳定性随着槽的深度增加而增加；

·插入件与壳体之间的密封的品质，该品质在一确定的深度之上按趋势减小；以及

·这些外壁的稳定性，该稳定性随着槽的深度增加也按趋势减小。

有利地，插入件的一外壁和壳体的一内壁液密和/或气密地包围一空间。这样的空间可以例如能够由冷却介质流过。该空间基本上能够比在所有侧上由壳体自身包围的冷却空间更容易制造：如果壳体是铸造而成的，则完全由壳体包围的冷却空间必须在铸造时通过沙子或类似器件来保留。困难的是，在铸造之后将该沙子完全移除，由此沙子不到达冷却回路中并且例如使泵受损伤。此外，这样的冷却空间的连接是穿过壳体的壁向外的并且该连接的封闭件是容易泄漏的。如果与此相反通过插入件来构成冷却空间的壁，则作为唯一的附加的制造步骤，在壳体上有必要对相应的自由空间进行钻孔。

该原理不仅可以在发动机和压缩机中应用。而且可以由此有利于热交换器。在根据本发明的热交换器中，不仅插入件与壳体之间的空间而且插入件分别能够由液态或气态介质流过，从而热能够穿过插入件的壁在两个介质之间进行交换。例如插入件可以是能够由热气流过的，并且插入件与壳体之间的空间可以是能够由冷却介质流过的。根据本发明而改进的密封与根据现有技术通过O型环所进行的密封相比相对于交变的温度是大大稳定的。

有利地，插入件由比壳体更硬的材料制成。则在将插入件引入到壳体中时优选将壳体的材料挤出。该材料挤入到插入件上的槽中并且钩住该槽。然后不仅插入件相对壳体的机械锁定而且密封都是特别好的。

例如壳体可以由铝制成，并且插入件可以由铸铁、钢、铜合金或过共晶的铝制成。则曲柄壳体可以例如由轻质的铝制成，而不必取消所提及的缸工作面上的硬质材料的优点。

有利地，槽具有一宽度，所述宽度处于槽的深度的三至五倍范围内。这是插入件与壳体之间的机械锁定的稳定性与密封的品质之间的最优妥协，该稳定性随着槽的宽度增加而按趋势变得更好，该品质在最优宽度之上按趋势变得更差。

出于相同的考虑，槽的深度在0.4mm与1mm之间，优选在0.4mm与0.8mm之间。

在本发明的一个特别有利的构型中，壳体构造为发动机或压缩机的曲柄壳体，并且插入件构造为缸套筒。这种构型解决了本文开头所述的在缸套筒与曲柄壳体之间压配合的情况下的问题。根据现有技术原则上存在有以下问题：在压配合的情况下缸套筒无论如何都留下行程轨迹到壳体材料中，其中，由于相对变形而产生不密封性。通过根据本发明所设置的槽，设置一受限定的地点，挤出材料游移到所述地点上。通过将该自由空间布置在插入件上，也优选挤出壳体的材料。更好的机械锁定使得缸套筒在运行中不再在曲柄壳体内部运动。因而在之后的运行中也不再引起至今已知的缸中轴线相对曲柄轴轴线的失调。两个轴线恰好保留在一个平面中。成槽的形式的自由空间使得，壳体材料的挤出不再如迄今那样造成缸孔的形变。此外，通过缸套筒与壳体之间的改进的机械锁定保证，壳体在缸套筒装配之后还可以在全周缘方面进行机械加工，而不破坏缸套筒相对壳体中的缸孔的校准。即不再有必要的是，必须在结束缸套筒装配之前结束所有在壳体上的机械加工步骤。尤其，可以在机械加工中消除缸套筒的上端部与壳体的上顶面之间的阶梯。曲柄壳体的机械加工例如是需要的，以便构型针对曲柄轴、法兰或壳体的上顶面的支承件。此外有利地，缸套筒也可以自身在完成进行在曲柄壳体中的装配之后进一步进行加工，以便在之后的运行中对它与活塞的配合间隙进行优化。假如在壳体与缸套筒之间不设置有冷却空间，则根据本发明的改进的密封部始终还是有利的：此时所述密封部防止缸套筒与壳体之间的连接发生不期望的油溢出。

不是所有的插入件(缸套筒)之间的接触部位必须构型为过盈配合(压配合)。根据本发明所设置的压配合可以也与其它配合类型进行组合。

通过挤入到槽中的材料所进行的密封可以通过引入液体密封部来进一步进行改进。

附图说明

接下来根据附图来阐释本发明的主题，而不使本发明的主题由此受限。附图示出：

图1：用于压缩机的具有冷却通道的根据现有技术的铸铁曲柄壳体。

图2：作为根据本发明的一个实施例的插入件的缸套筒。

图3：压缩机的曲柄壳体，所述压缩机具有作为插入件的缸套筒，所述插入件作为根据本发明的一个实施例的组件。

图4：具有经冷却的壳体和由热气流过的插入件的热交换器，所述插入件作为根据本发明的另一个实施例的组件。

具体实施方式

图1a示出根据现有技术的、具有集成冷却通道的压缩机壳体的外视图。该曲柄壳体1由铸铁制成。该曲柄壳体具有一个曲柄空间11以及两个缸孔12a和12b。在缸孔12a和12b的区域中，壳体外壁中的开口13a，13b和13c通至集成到壳体中的冷却通道。

图1b是图1a中所示出的曲柄壳体的垂直于曲柄空间11轴线的剖面图。剖切平面在中间将缸孔12b分开。曲柄壳体壁中的开口13b和13d在该视图中通过塞子14b和14d来封闭，所述开口通至冷却通道15b和15d。用于运行所必需的缸套筒在该视图中仍未加入。

为了能够铸造冷却通道15b和15d，相应的由沙子制成的铸模是必要的。在制造之后要仔细注意的是，将沙子完全从冷却通道15b和15d中移除，因为所述沙子否则可能渗入到发动机中并且有可能能够使水泵受损伤。此外，开口13b和13d通过塞子14b和14d的封闭是关于密封的一个重点，所述密封经常使附加的液体密封变得需要。此外不可能的是，将曲柄壳体1的材料改为高压铸造的铝，因为在此无法制造冷却通道15b和15d。替代的设计可以在最大程度上解决这些问题，然而仅在引起其他问题的情况下：即经常出现缸套筒的上端部与壳体1的上顶面之间的阶梯，所述阶梯对缸头相对顶面的密封产生负面影响。

缸套筒可以以两个不同的方式插入到缸空间12b中：要么通过松配合要么通过压配合。松配合具有以下缺点：缸套筒在后期的运行中由于热膨胀或由于机械应力而可以在缸孔12b内部运动。在压配合的情况下，使缸套筒相对缸孔12b密封的O型环可能由于组装时的机械力作用而受损伤，这在组装之后无法再进行检验。

图2示出缸套筒，所述缸套筒在本发明的一个实施例中设置为插入件。在区域a中示出穿过缸套筒壁的横截面。区域b示出外壁的轮廓图。区域c示出内壁的轮廓图。

缸套筒2的内壁具有槽21，所述槽放大地示出。所述槽具有经倒圆的横截面，该横截面具有1mm的半径R和0.5mm的深度D。在之后借助于压配合将缸套筒插入到缸孔中时，材料从缸孔的壁中挤出到该槽21中并且钩住该槽。由此缸套筒2一方面机械锁定在曲柄壳体1中。另一方面所述缸套筒相对缸孔12a，12b的内壁被密封。缸套筒通过压配合贴靠在缸孔上的区域以标记23来表示。

图2所示出的实施例利用缸套筒与缸孔的内壁之间的改进的密封，以便简化并改进缸套筒的冷却。为此，缸套筒的内壁具有留空22，所述留空结合缸孔12a，12b的内壁上的相对应的留空构造冷却通道。在该冷却通道下方，缸套筒通过压配合以槽21相对缸孔的内壁进行密封。在冷却通道上方，缸套筒以区域24贴靠在缸孔的内壁上。在该区域中设置有一另外的槽25，传统的O型环插入到所述另外的槽中以相对缸孔12a，12b的内壁进行密封。因为缸套筒已经在区域23中通过压配合相对缸孔12a，12b而机械锁定，所以在区域24中不再需要另外的压配合。在区域24中作用的力因此不是如此之大，使得插入到槽25中的O型环在缸套筒插入到曲柄壳体中时受机械损伤。

曲柄壳体有利地在铸造之后首先仅设有缸孔12a和12b并且在缸套筒2插入之后才进一步被加工。缸套筒2的插入可以通过应用机械力、通过加热曲柄壳体或通过两个措施的组合来执行。

图3示出在本发明的意义下用于压缩机的曲柄壳体的一个实施例。图3是穿过和图1中一样的相同平面的剖面图。曲柄壳体1由高压铸造的铝制成。缸套筒2根据图2插入到它的缸孔12b中。它的在图2中示出的留空22与缸孔12的内壁中的留空32相对应，以便构成用于对缸套筒2进行液体冷却的冷却通道。留空32可以例如通过以下方式来制造：缸孔12b在它的上区域中通过一另外的具有稍稍更大直径的孔来扩开。冷却通道32向下通过区域23来密封，在该区域中，缸套筒通过压配合贴靠在缸孔12b的内壁上。此处，中央的密封元件是处于缸套筒外壁中的、布置在区域31中的槽21。如在局部放大图中所示出的，缸孔12b的壁材料通过应用机械力而挤出到槽21中并且钩住该槽。由此缸套筒2机械锁定在缸孔12b内部并且同时被密封。在冷却通道32上方，缸套筒2以它的区域24松动地配合到缸孔12b的内壁中。此处通过传统的O型环26进行密封，所述O型环在另外的槽25中安置在缸套筒外壁中的区域24中。

相对于现有技术，该曲柄壳体提供了多个优点：首先是该曲柄壳体明显轻于铸铁的曲柄壳体，因为该曲柄壳体由铝制成。取消了必须制造完全通过曲柄壳体的材料包围的冷却通道15b和15d的必要性，从而实现了从铸铁到较轻的铝的改换。冷却通道15b和15d的功能通过冷却通道32来代替，该冷却通道与缸套筒的外壁上的相应的留空22相对应。附加的重量节省由此产生，为了构造冷却通道而完全不必使用附加的材料；相反仅从总归已存在着的构件中分别取走材料。具有牢固锁定的缸套筒2的曲柄壳体1可以针对进一步的机械加工来如此处理，就像曲柄壳体1和缸套筒2是由铸件制成的那样。可以安置用于曲柄轴、法兰以及缸头的支承件，而不使缸套筒2再次在缸孔12b内部移动。缸套筒2自身也还可以例如通过钻孔或珩磨来进行机械加工，而不使缸套筒在缸孔12中移动。在每个机械加工中，也在区域31中通过槽21和渗入到该槽中的材料而在全周缘方面得到密封。

当曲柄壳体1不是经水冷的时，则缸套筒2与缸孔12b之间的改进的密封的优点也是能够利用的。密封部31此时防止油从曲柄空间11中溢出。

图4示出作为针对根据本发明组件的另外的实施例的热交换器。所述热交换器包括铝壳体51，所述铝壳体能够由液态冷却介质54流过，并且插入到该壳体51中的柱状管52由较硬的材料制成，所述柱状管能够由较热的介质、尤其由热气流过。用于管52的硬质材料可以例如是铸铁、钢或铜合金。管52的外壁在相对于壳体51的接触部位上分别具有一个绕转的槽53。管52分别通过压配合插入到壳体51中。如在局部放大图中所表明的，壳体51的较软的材料在机械接合时渗入到管52上的槽53中并且钩住该槽。该效应也常可以被为“回弹效应”。通过根据本发明所设置的槽所进行的对压配合的改进不仅改进了管52相对壳体51的机械锁定而且尤其改进了热介质55相对冷却液体54的密封。该密封由于高的温度差和持续的温度交变而产生特别强的应力到热交换器上。

Claims (10)

1.包括壳体(1，51)和柱状插入件(2，52)的组件，所述壳体具有接收部或开口(12a，12b)，所述插入件通过至少一个过盈配合装配到所述接收部或开口(12a，12b)中，其特征在于，

所述插入件(2，52)具有绕转的槽(21，53)，从而所述插入件通过所述插入件(2，52)和/或所述壳体(1，51)的材料相对所述壳体(1，51)既固定又液密和/或气密地被密封，所述材料在装配到所述槽(21，53)中时受挤压。

2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述插入件(2，52)是具有敞开的底面和/或顶面的空心柱体。

3.根据权利要求2所述的组件，其特征在于，所述槽(21，53)具有所述插入件外壁厚度的5％到15％之间范围内的深度。

4.根据权利要求1至2中任一项所述的组件，其特征在于，所述插入件(2，52)的一外壁和所述壳体(1，51)的一内壁液密和/或气密地包围一空间(32)。

5.热交换器(5)，在所述热交换器的情况下不仅插入件(52)与壳体(51)之间的空间而且所述插入件(52)分别能够由液态或气态介质(54，55)流过，从而热能够穿过所述插入件(52)的壁在所述两个介质(54，55)之间进行交换，所述热交换器作为根据权利要求4所述的组件。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的组件，其特征在于，所述插入件(2，52)由比所述壳体更硬的材料制成。

7.根据权利要求6所述的组件，其特征在于，所述壳体(1，51)由铝制成，并且所述插入件(2，52)由铸铁、钢、铜合金或过共晶的铝制成。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的组件，其特征在于，所述槽(21，53)具有一宽度，所述宽度处于所述槽的深度的三至五倍范围内。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的组件，其特征在于，所述槽(21，53)的深度在0.4mm到1mm之间，优选在0.4mm到0.8mm之间。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的组件，其特征在于，所述壳体(1)构造为发动机或压缩机的曲柄壳体，并且所述插入件(2)构造为缸套筒。