CN1551944A - 具有侧壁的平行旋转的活塞式机器 - Google Patents

Abstract

一种活塞式机器，具有一壳体(1、3、4、5)和一活塞(8)，该活塞(8)支承在一曲轴(2)的曲柄销(7)上、围绕曲柄销(7)角度不变地平行旋转，所述活塞(8)通过一个在垂直于曲轴轴线的平面内部分地形成的凸外壁面(9)和凹外壁面(10)，相对于一个由壳体构成的、部分地形成的凹圆周壁(11)和凸圆周壁(12)形成一个在平行旋转时打开、关闭和体积变化的腔室(13)，该腔室(13)由在轴向间隔一定距离的各侧壁(14)限定，其特征在于，其中一个侧壁(14)被固定在活塞(8)上，并且与构成圆周壁(11、12)的壳体(1、3、4、5)腔室部件(3)的一个垂直于轴线的端壁(3′)滑动地重叠，而另一个侧壁(14′)被固定在腔室部件(3)上并且与活塞(8)的一个垂直于轴线的端壁(8′)滑动地重叠。

Description

具有侧壁的平行旋转的活塞式机器

技术领域

本发明涉及一种在权利要求1前序部分中所述类型的活塞式机器。

背景技术

由WO 93/25801已知这种类型的活塞式机器。如在这个专利文献中所述的，这种机器可以被用作膨胀-或压缩机器、泵或者例如具有一个或多个燃烧室的内燃机。

在已知的结构中，相对于两个由壳体形成的腔室的平行侧壁，活塞端面在曲轴轴线方向上在正面被密封。然而这样的结构方式具有缺点。

在活塞式机器被用作内燃机或压缩机时，在腔室内产生相当大的热量，此外这些热量必须由活塞带走，并且大大加重活塞的热负荷。由活塞带走热量是一个相当大的问题，这个问题由于活塞被封闭在固定的侧壁之间而变得更为严重。

由DE 3716017A1和US 1378065已知类似的平行旋转的活塞式机器，在这种已知的机器中，活塞不像在上述已知的结构中那样在固定的侧壁上运行，而是在与活塞一起运行的固定在活塞上的侧面中，在固定的壳体上密封地运行。由此得出以下的优点，活塞不再被热封闭在固定的侧壁之间。更确切地说，一起运行的侧壁用作为很好地冷却活塞的运动的冷却面。从而减轻活塞和曲轴轴承的热负荷。

具有固定在活塞上的与活塞一起运行的侧壁的这两种结构的不利之处是，两个侧壁在活塞上刚性地相互连接在一起。因此在侧壁热变形时存在卡住的危险。

发明内容

因此本发明的任务在于，在这种类型的活塞式机器中减轻热问题，以避免卡住的危险。

这个任务用权利要求1的特征解决。

按照本发明活塞在一侧在一个固定的侧壁上运行，并且在另一侧有一个一起运动的侧壁。上述第二种结构的主要优点是，通过一起运动的侧壁很好地冷却活塞。这种已知结构的卡住危险可以被避免，因为只在活塞一侧设有一个一起运动的侧壁。活塞可以用与其一起运动的侧壁在侧向相对于固定的侧壁偏移，这样就避免了在热变形时侧壁之间的卡住。这种结构的另一个优点在于，具有这种结构的按照本发明的机器可以结构无损伤地用于这样的场合，即在其中一般应该压缩一种气体，但也有可能吸进了不可压缩的流体。然后压缩流体的尝试使机器被破坏。但如果活塞和腔室部件通过总是固定在其上的侧壁能在侧向避开，例如活塞能对着一个复位弹簧避开，就防止了这样的破坏。

权利要求2的特征有利地规定，这种实施方式具有结构和装配技术的优点。

在此按照权利要求3有利的是，活塞相对于腔室部件在轴线方向上能调整地被支承。活塞可以通过轴向调节从一个与侧壁滑动重叠的位置被移到一个各侧壁通过间隙重叠的位置。这个间隙可以被放大或缩小。由此能够形成活塞式机器腔室的一个合乎目的的不紧密性。例如这在用作压缩机时是有利的。在空载运转时或在高速运转时，可以形成一个较大的间隙，也就是一个大的不紧密性，使得在空载时使受到的力变小。通过这样得到的间隙流过的空气得到一个进一步的附加的冷却。

在一个这样的实施形式中，可以进一步有利地按照权利要求4，通过以一个斜角下布置活塞外壁和腔室部件圆周壁实现，在相对于腔室部件轴向调节活塞时，也通过平行调节斜面来改变斜面之间的距离。如果这个斜角非常小，在轴向调节活塞时能够非常精细地调整活塞外壁和腔室部件圆周壁之间的距离。因而能够在它们相互滑动的线条上非常精细地调整外壁和圆周壁之间的间隙。从而可以补偿加工误差和例如热膨胀，并且能够产生一个非常窄的但仍然避免表面接触的线间隙。

有利地规定了权利要求5的特征。如果侧壁以弹性的密封重叠，就能使活塞在轴线方向上相对于腔室部件，在不出现不密封性的情况下进行细微的调整，因为不紧密性被弹性密封补偿。也能够在圆周壁和外壁之间的接触线上无腔室不密封地调节间隙。

有利地规定了权利要求6的特征。在这种实施形式中，在太窄地调节时，在两个斜面的边缘附近出现圆周壁和外壁之间的接触，这个边缘位于固定在腔室部件的侧壁上，亦即在静止的侧壁附近。这使得能够在这个侧壁的附近有目的地安装一个接触传感器，例如在腔室部件的圆周壁内。用这个传感器可以测量距活塞外壁的距离。如果这个距离太小，可以对活塞的轴向调节进行相应校正。一个这样的传感器最好安装在壁最热的位置，亦即在排气阀的附近。

附图说明

在附图中示例性和示意地示出本发明。附图中：

图1按照本发明的活塞式机器的沿图2中1-1线截取的轴向视图；

图2沿着图1中2-2线截取的轴向剖视图；以及

图3活塞式机器的另一个实施形式的对应图2的剖面图。

具体实施方式

如图1和2所示，所示出的活塞式机器包括一个壳体，该壳体由带有两个在其中支承的曲轴2的曲轴轴承座1和一个腔室部件3组成，该腔室部件(Kammerteil)3通过壳体部分4和5与曲轴轴承座1刚性连接。

曲轴2分别形成有在曲柄6上接出的支承在活塞8中的曲柄销7。在曲柄销7的轴线运转时，如在图1中用虚线的箭头所画，两个曲轴角度同步地运转，得到在WO 93/25801中提到的平行旋转。在上述的文献中可以查到这种活塞式机器基本原理的细节。为了强行使两个曲轴2角度同步，可以通过一个没有画出的同步传动机构使它们同步。为了在其平行旋转时活塞具有更好的稳定性，以及为了省去曲轴之间的同步传动机构，可以设有多于两个的曲轴。在设置的多个曲轴中，可以有一个用作驱动或从动，而其他的空转只用作强行产生平行旋转。

如图2所示，不仅活塞8而且壳体的腔室部件3在曲轴2轴线方向上有相同的长度，其中，活塞8的端壁8′和腔室部件3的端壁3′排成直线(对准)。

活塞8在其向着腔室部件3的外壁上形成有突出部和凹壁面9、10。腔室部件3在其向着活塞8的圆周壁上形成有凹和突出部的壁面11、12。在活塞8平行旋转时，壁面9、10滑动地在壁面11、12上滑动，并且形成一个腔室(Kammer)13，从轴向看这个腔室的端面被平行的侧壁14、14’封闭。

侧壁14、14’被固定在活塞8上并且遮盖腔室部件3的端面3′，在活塞8平行旋转时，侧壁在腔室部件3端面上平面地滑动并且密封腔室13。

侧壁14、14’可以和活塞8构成一体。在所示出的实施例中，特别是如图2所示，它们由分开的平板构成，这些平板靠在活塞8的端面8′上并且用螺钉15与活塞连接。

在活塞8带着在图1中沿顺时针方向旋转的曲柄销7平行旋转时，在所示出的转动位置，腔室13刚好在壁部分9和11之间的点16处，以及在另一端在壁部分10和12之间的点18处封闭。在活塞8继续转动中，壁部分9和11有利地以小的间隙彼此密封地相互滑动，壁部分10和12也一样。直到大约点19处腔室13连续地变小，在点19处设有一个带一个向外开放的止回阀21的排气通道20。所示出的机器可以例如用作通过曲轴2中的一个曲轴驱动的压缩机。

当曲轴转过大约180°后，与所示出的位置相对，腔室13达到最小的体积，在曲轴继续运行中腔室打开，这样在点16和18处从腔室的两端可以流入新鲜空气，用于填充和冷却目的。

所示出的侧壁14、14’可以在其外侧设有冷却肋，以便更好地冷却活塞。

所示出的结构稍加改变就能用于在WO 93/25801中所描述的活塞式机器的所有实施形式。活塞式机器可以被用于在这个文献中提到的所有用途。

图3示出活塞式机器的另一种实施形式的对应于图2的剖面图。尽可能地使用相同的附图标记。

在这种实施形式中，与图2的实施形式完全一样，一个侧壁14被固定在活塞8上。另一个朝向壳体4的侧壁14′以对应的方式被固定在腔室部件3上。活塞8可以与它的侧壁14一起相对于腔室部件3和它的侧壁14′在曲轴2轴线方向上向左运动，也就是从壳体4移开，然后侧壁14、14’从它们应该在其上重叠地滑动的端壁8′或3′上以一定间隙离开。从而腔室通过这样得到的间隙向外打开。

在图3的实施形式中，相对于在图1和2中所示的位置，移动一些相位地＝画出活塞8。曲轴2相对于图1的位置继续转动了大约90°，这样在图1中点16处，腔室表面9和11之间的线接触现在基本上位于在图3中所示出的相交线上。腔室13在这个位置只形成一个狭窄的、在这个图中为了能画出而放大的线间隙，用它来密封腔室13。

如图3所示，无论是由部分9和10形成的活塞8外壁，还是由部分11和12形成的腔室部件3圆周壁，都构成有倾斜角W1或W2。因此能通过使活塞8相对于腔室部件3在曲轴2轴向上移动，加大在图3中所示的活塞8和腔室部件3之间的间隙。

倾斜角W1和W2最好如图3所示是不同的，而且在腔室部件3的圆周壁上的角W2大于由活塞外壁形成的角W1。因此，外壁和圆周壁在侧壁14′一侧的边缘比在侧壁14上的另一边缘离得更近。如果圆周壁和外壁发生接触，则这会出现在侧壁14′附近的边缘上。

例如，可以在腔室部件3的圆周壁内布置没画出的，用于测量距活塞8外壁的距离的传感器。

活塞8外壁的倾斜角度W1和腔室部件圆周壁的W2分别越过它始终这样布置，使外壁和圆周壁呈锥形构成。腔室部件3圆周壁的壁部分11和12与活塞8外壁的壁部分9和10总是锥形地构成。

为了使活塞8相对腔室部件3有针对性地轴向移动，活塞8在其与曲轴2相对的一侧上用一个铰接装置20支承，铰接装置20例如在实施例中所示，由两个一方面与曲柄销7同轴以及另一方面与曲轴2同轴的推力轴承构成。这个支承装置20被支承在一个沿曲轴2轴线方向相对于其轴承座1能移动的壳体部件21上。壳体部件21通过一个滑动导向器22能在曲轴2轴线方向上相对于曲轴轴承座移动，并且能用一个螺栓23调节，如图所示，该螺栓在壳体部件21中能转动地支承，并且能通过螺纹啮合部分拧进曲轴轴承座1的突出部24中。在调节螺栓23时，活塞8在轴2方向上接近或离开曲轴轴承座1。不需要在离开曲轴轴承座1的方向上，也就是在图3中向左的方向上主动地调节，因为腔室13中的压力将活塞8压向向左的方向，也就是压离曲轴轴承座1。

通过调节螺栓23可以调节侧壁14和14′之间的距离，从而可以加大或缩小在图13中画出的腔室13的间隙。

相对于在图3中所示的实施形式，也可以有选择地使活塞8在轴向固定，并且在轴向上相对于壳体4、5调节腔室部件3。

作为对这个实施形式的变更，也可以把侧壁14固定在腔室部件3上，而把侧壁14′固定在活塞8上。这样就要把活塞8按照图3沿轴向向右调节，也就是向壳体部件4的方向调节。

代替在图3中所示的调节螺栓23，可以设置一台伺服电动机，它例如由一个合适的控制器，根据诸如机器温度、转数等电机参数进行电操纵，以便为了例如补偿热膨胀而使圆周壁和外壁之间的距离最佳化，或者例如在空转时，使活塞8在轴向方向上离开侧壁。上述的外壁和圆周壁之间的距离传感器可以用于控制这个电机。可以例如在活塞8和侧壁14′之间安装另一个用于控制伺服电动机的传感器。

在此，为了使腔室在侧壁14和14′上的密封性不被中断，用密封带25将其弹性地密封。密封带25可以由槽构成，所述槽平行于在图1中所示的一方面是活塞8而另一方面是腔室3的基本上S-形延伸的边缘。在这些槽中可以放置弹性的密封材料或者能弹性密封的密封片，这些密封材料能通过调节螺栓23密封地封闭活塞8的一定调节距离。当螺栓23继续被拧出时，活塞8在图3中沿向左方向继续离开，这样弹性密封装置25也离开侧壁14和14′，使腔室13被向外打开，以便在机器空转中减少动力吸收。

在图3的实施形式中，活塞8和腔室部件3之间的滑动导向器22可以设有一个附加的为未画出的弹簧形式的过载保险装置，它在腔室13内沿滑动导向器的方向作用有过高的压力时，使活塞8侧向偏移。例如，如果在压缩空气时错误地吸入了不能压缩的并因此可能导致机器损坏的水，一个这样偏移的保险装置可能是有利的。在这种情况下，活塞能侧向偏移并且防止了损坏。

附图标记清单

1    曲轴轴承座                    14    侧壁

2    曲轴                          14’      侧壁

3    腔室部件                      15    螺钉

3′  端壁                          16    点

4    壳体部分                      18    点

5    壳体部分                      19    点

6    曲柄                          20    (图1)排气通道

7    曲柄销                        20    (图3)铰接装置

8    活塞                          21    (图1)止回阀

8′  端壁                          21    (图3)壳体部件

9    凸壁面                        22    滑动导向器

10   凹壁面                        23    螺栓

11   凹壁面                        24    突出部

12   凸壁面                        25    密封带

13   腔室

Claims (6)

1.一种活塞式机器，具有一壳体(1、3、4、5)和一活塞(8)，该活塞(8)支承在一曲轴(2)的曲柄销(7)上、围绕曲柄销(7)角度不变地平行旋转，所述活塞(8)通过一个在垂直于曲轴轴线的平面内部分地形成的凸外壁面(9)和凹外壁面(10)，相对于一个由壳体构成的、部分地形成的凹圆周壁(11)和凸圆周壁(12)形成一个在平行旋转时打开、关闭和体积变化的腔室(13)，该腔室(13)由在轴向间隔一定距离的各侧壁(14)限定，其特征在于，其中一个侧壁(14)被固定在活塞(8)上，并且与构成圆周壁(11、12)的壳体(1、3、4、5)腔室部件(3)的一个垂直于轴线的端壁(3′)滑动地重叠，而另一个侧壁(14′)被固定在腔室部件(3)上并且与活塞(8)的一个垂直于轴线的端壁(8′)滑动地重叠。

2.按照权利要求1所述的活塞式机器，其特征在于，所述固定在活塞(8)上的侧壁(14)由固定在活塞(8)端壁(3′)上的平板构成。

3.按照权利要求1所述的活塞式机器，其特征在于，所述活塞(8)相对于腔室部件(3)在轴向可调节地支承。

4.按照权利要求3所述的活塞式机器，其特征在于，所述活塞(8)的外壁(9、10)和腔室部件(3)的圆周壁(11、12)以一个角度(W1、W2)相对于一条平行于轴线延伸的线呈锥形地构成。

5.按照权利要求4所述的活塞式机器，其特征在于，所述侧壁(14、14’)在其滑动地重叠时被弹性地密封。

6.按照权利要求4所述的活塞式机器，其特征在于，所述角度(W1、W2)有这样细微的不同，使圆周壁(11、12)和外壁(9、10)在它们向着被固定在腔室部件(3)上的侧壁(14′)的边缘处，具有比在相对的边缘处较小的间距。

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