具有非接触式间隙密封装置的活塞式压缩机

摘要

本发明涉及一种活塞式压缩机(1；1′)，它包括至少两个一个接一个地沿一条缸轴线设置的工作缸(2、4；2′、4′)，在所述工作缸内分别可轴向运动地导引一个活塞(6、8；6′、8′)，其中，所述活塞(6、8；6′、8′)具有一个共同的沿轴向操纵的活塞杆(10；10′)，该活塞杆伸过在所述工作缸(2、4；2′、4′)之间的一个隔壁(26、26′)中的一个通孔(32、32′)。本发明规定，所述工作缸(2、4；2′、4′)在活塞杆(10；10′)的区域内仅由一个在形式上为一个设计在活塞杆(10；10′)的一个径向外圆周面与通孔(32、32′)的一个径向内圆周面之间的轴向间隙密封装置(66、66′)的非接触式密封装置彼此密封。

说明书

技术领域

本发明涉及一种按权利要求1的前序部分所述的活塞式压缩机，它包括至少两个一个接一个地沿一条缸轴线设置的工作缸，在所述工作缸内分别可轴向运动地导引一个活塞，其中，所述活塞具有一个共同的沿轴向操纵的活塞杆，该活塞杆伸过在所述工作缸之间的一个隔壁中的一个通孔。

背景技术

由先有技术已知的活塞式压缩机，通常在通孔与活塞杆之间设形式上为密封圈的接触式密封装置，使串联设置的工作缸彼此密封。尤其在载重汽车的压缩空气制动装置中使用活塞式压缩机时，由于需要高压空气要求高的压缩功率，所以活塞式压缩机必须提供多个压缩行程。然而迄今使用的接触式密封装置产生摩擦，鉴于多个压缩行程造成较大的摩擦损失，这种摩擦损失在密封装置区域内导致达300℃的高温。由于上述原因，对于密封装置有必要采用低摩擦和同时耐热的材料，这种材料相当昂贵。

发明内容

因此本发明的目的是，进一步发展前言所述类型的活塞式压缩机，使之能经济地制造。

此目的按本发明通过权利要求1的特征达到。

本发明的基本思想是，所述工作缸在活塞杆的区域内仅由一个在形式上为一个设计在活塞杆的一个径向外圆周面与通孔的一个径向内圆周面之间的轴向间隙密封装置的非接触式密封装置彼此密封。换句话说，活塞杆应在没有中间设置一个单独的接触式密封装置的情况下伸过通孔。因此，尽管在工作缸之间形成某些漏泄，然而在本结构方式中，亦即在具有至少两个一个接一个地沿一条缸轴线设置的工作缸的活塞式压缩机中，这种漏泄是无害的，因为每个工作缸反正都是压缩空气加载的。于是可以取消工作缸之间的隔壁中迄今常见的带来前言所述缺点的接触式密封装置。

本发明利用空气的粘性，基于这种粘性，与较缓慢地增大压力相比，压缩空气在压力快速上升时通过狭窄间隙的倾向性较小。因此，在载重汽车压缩空气制动装置中的活塞式压缩机通常每单位时间多个压缩行程并因而在工作缸内压力快速上升的背景条件下，可预计有小的漏泄量。

在活塞杆径向外圆周面与通孔径向内圆周面之间轴向延伸的环形间隙构成节流器，间隙流在这里失去压力能。因此取决于间隙宽度，基于节流间隙将高的压力水平降到低得多的水平。

通过在从属权利要求中所说明的措施，可以有利地进一步发展和改进独立权利要求中说明的发明。

特别优选的是，为了构成一种迷宫式间隙密封装置，至少通孔的径向内圆周面设有彼此以轴向间距设置的径向槽。在这种迷宫式间隙密封装置中，流体从其中一个压力较高的工作缸的一个室通过多个由通孔设置在槽之间的收缩构成缩窄的节流点流入到另一个工作缸的压力较低的室内。在节流点后的扩展的空间内，亦即在槽内，流体流动的动能几乎完全转换为摩擦热，亦即转换为能量损耗。

按本发明一项优选的应用，活塞式压缩机是可逆的，并且通过间隙密封装置从其中一个工作缸流入另一个工作缸的漏流使在活塞杆接着的反向运动过程中要压缩的空气体积有利地增大。

按一项进一步的发展，本发明也可以用于多级活塞式压缩机，它实施对吸入空气的多级压缩，并且其中每个工作缸配属于一个压缩级。

特别优选的是，由于上面已说明的理由，本发明用于载重汽车的压缩空气制动装置的活塞式压缩机中。

由下面对实施例的描述更详细地得知本发明。

附图说明

下面在附图中说明并在下面的描述中详细阐述本发明的一些实施例。其中：

图1按本发明优选的实施形式的活塞式压缩机处于第一位置时的横截面图；

图2图1所示的活塞式压缩机处于第二位置时；

图3按本发明另一种实施形式的活塞式压缩机处于第一位置时的横截面图；以及

图4图2所示的活塞式压缩机处于第二位置时。

具体实施方式

在图1中示出的活塞式压缩机1是多个优选两个缸2、4前后串联的型式，其中，在缸2、4内轴向导引的活塞6、8与公共的活塞杆10连接，活塞杆由因为尺寸比例的原因在这里未示出的载重汽车的内燃机可逆式驱动，产生压缩空气制动装置所需的压缩空气。在这里，在每个缸2、4内分别完成输入空气的独立的压缩过程，无需首先将由其中一个缸2产生的压缩空气输入另一个缸4，或反之。

这两个缸2、4分别由一个外壳12、14组成，它们的端侧通过制有通孔16的底板18、20、22、24封闭。此外，沿轴向在缸2、4之间设隔壁26，隔壁内设计至少一个贯通的、分别与在缸2、4的底板18、20、22、24中配设的通孔16对齐的进口通道28和出口通道30，以及设计有一个用于活塞杆10的通孔32。出口通道30通过一个横向于它延伸的出口接头34与图中未表示的压缩空气储罐连接，而进口通道28与一个同样横向于它延伸的进口接头36与周围环境连通。

设在外壳12、14的不面朝隔壁26的端部上的底板20、22的通孔16同样与进口接头38、42或出口接头40、44对齐，这些接头设计在轴向安置在所述底板20、22上的端段46、48中。

此外，在底板20内和其中一个缸2的端段48内，存在一个用于活塞杆10的中心通孔50，它通过一个固定在端段48沿径向在内部的槽52中的密封圈54接触。活塞6、8将缸2、4分别分为第一缸室56、58和第二缸室60、62，它们的尺寸取决于活塞6、8的具体位置。密封圈54用于使其中一个缸2的第一缸室56相对于周围环境密封。

此外，活塞6、8在其沿径向在外部的圆周面上带有密封装置64，它们分别使第一缸室56、58和第二缸室60、62彼此密封。至此所介绍的密封装置54、64全部涉及接触式密封装置，也就是说，密封装置54、64与分别配属于它们的工作面接触。

然而，为了使其中一个缸2的第二缸室60相对于另一个缸4的第一缸室58密封，不是采用接触式密封装置，而是设置轴向间隙密封装置66，在这种情况下它优选地设计为迷宫式间隙密封装置。与之不同，也可以是光滑圆柱形或阶梯形间隙密封装置。为此，在活塞杆10的径向外圆周面与隔壁26上的通孔32径向内圆周面之间，设计一个狭窄的轴向间隙66，它除此之外还存在于两块底板18、24与活塞杆10之间。此外，为了构成迷宫式间隙密封装置66，至少隔壁26上的通孔32的径向内圆周面设有彼此以轴向间距设置的径向槽68。

下面沿粗实线表示的箭头70应指示压缩空气的流动路径，黑色框线表示的箭头72应指示吸入空气的流动路径，黑色框线并加上阴影线的箭头74应指示从一个缸2、4流入另一个缸2、4中的空气流动路径，以及细线表示的箭头76应指示漏流的流动路径。在这种背景条件下，活塞式压缩机1的工作方式如下：

在按图1的活塞杆10向左运动时，在两个第二缸室60、62增大的同时使两个第一缸室56、58的容积减小，所以在压力p₁升高时处于第一缸室56、58内的空气被压缩并通过出口接头34、44排出，在这里连接未表示的排气总管，将压缩后的压缩空气供给压缩空气储罐。图1中通过黑色粗实线表示的箭头70说明这一流动运动。

与此同时第二缸室60、62的容积增大，由此使那里的压力p₂降低并经由进口接头36、38吸入空气，如黑色框线表示的箭头72所示。基于另一个缸4的第一缸室58与其中一个缸2的第二缸室60之间的压力梯度dp＝p₁-p₂，导致用窄箭头76象征性表示的通过间隙66的小量漏流，这种漏流当然不会造成干扰，因为它有助于用空气充填其中一个缸2的第二缸室60，在活塞杆10接着的反向运动过程中将压缩这些空气。

在活塞杆10按图2所示的反向运动时，压缩事先在第二缸室60、62内吸入的空气以及还有通过间隙66流入其中一个缸2的第二缸室60中的漏气76，并经由出口接头34、40供给压缩空气储罐。与此同时，通过进口接头36、42，将新的空气吸入到第一缸室56、58内。由此通过间隙重新形成现在反方向的漏流76，它进入供给另外的空气的另一个缸4的第一缸室58内。

因此，通过活塞杆10的反向运动，在每一个缸室56、58、60、62内首先空气通过容积增大被吸入、压缩和排出，此时每个活塞6、8的两个活塞面成为沿两个方向作用的工作面。然而在这里分别产生的漏流76没有吹入周围环境内，而是有助于在活塞杆10接着的反向运动时增大要压缩的空气体积。

在按图3和4的本发明第二实施例中，与上述例子相比保持不变和作用相同的部分，采用相同的符号但分别另外加上一个撇号表示。与之不同，活塞式压缩机1′设计为多级式，也就是说，在一个行程期间由其中一个缸2′在第一缸室56′内压缩的空气，导入另一个缸4′的第二缸室62′中，为的是在压缩空气经出口接头40′供给压缩空气储罐之前，在那里在活塞杆10′的反向行程期间受到进一步压缩。因此，其中一个缸2′的第一缸室56′没有出口接头，而是借助形式上为压缩空气通道78的压缩空气连接装置，与另一个缸4′的第二缸室62′流动连接。此外，其中一个缸2′的第二缸室60′通过一条溢流通道80′与另一个缸4′的第一缸室58′连接。

当活塞杆10′在图3中向左运动时，空气在其中一个缸2′的第一缸室56′内通过减小容积受压，并经压缩空气通道78′导入另一个缸4′的第二缸室62′中，以及在那里支持配属于缸4′的活塞8′的活塞运动，该活塞8′压缩在其第一缸室58′内存在的空气，并经由出口接头34供给压缩空气储罐。由于在另一个缸4′第一缸室58′内较高的压力p₁′与在其中一个缸2′的第二缸室60′内相比之下较低的压力p₂′之间的压力梯度，压缩空气的一小部分作为漏流76′流入其中一个缸2′的第二缸室60′内并在那里支持活塞运动。与此同时，其中一个缸2′经由进口接头36′将空气从周围环境吸入其第二缸室60′内。

在活塞杆10′按图4向右运动时，吸入其中一个缸2′第二缸室60′内的空气被压缩，以及绝大部分经溢流通道80′排入另一个缸4′的第一缸室58′中，以便在那里支持活塞向右运动。与此同时，另一个缸4′的活塞8′压缩存在于其第二缸室62′中已由其中一个缸2′压缩的压缩空气，并将空气经出口接头40′排入压缩空气储罐。在这里，其中一个缸2′的活塞6′仍将小的漏流76从第二缸室60′推移到另一个缸4′的第一缸室58′中，支持在那里的活塞8′的活塞运动，以及制备用于下一个压缩过程的空气。

附图标记一览表

1        活塞式压缩机           42       进口接头

2        缸                     44       出口接头

4        缸              25     46       端段

6        活塞                   48       端段

8        活塞                   50       通孔

10       活塞杆                 52       槽

12       外壳                   54       密封装置

14       外壳            30     56       第一缸室

16       通孔                   58       第一缸室

18       底板                   60       第二缸室

20       底板                   62       第二缸室

22       底板                   64       密封装置

24       底板            35     66       间隙密封装置

26       隔壁                   68       槽

28       进口通道               70       箭头

30       出口通道               72       箭头

32       通孔                   74       箭头

34       出口接头        40     76       箭头

36       进口接头               78       压缩空气通道

37       进口接头               80       溢流通道

40       出口接头