不對稱的往復(fù)活塞式壓縮機的制作方法
【專利說明】不對稱的往復(fù)活塞式壓縮機
[0001] 本發(fā)明涉及一種往復(fù)活塞式壓縮機，尤其一種用于可攜帶的小型壓縮機單元的往 復(fù)活塞式壓縮機，該往復(fù)活塞式壓縮機具有一個活塞，該活塞通過一個滑塊曲柄傳動裝置 (Schubkurbeltrieb)驅(qū)動并且在一個汽缸中能夠往復(fù)移動并且相對于該汽缸壁被密封，其 中該滑塊曲柄傳動裝置具有安排在一個曲柄軸上的、具有一個偏心的曲柄銷的一個曲柄輪 以及一個安排在該活塞與該曲柄銷之間的連桿，其中該活塞或活塞頭相對于連桿軸固定地 安排。
[0002] 這類往復(fù)活塞式壓縮機通常由小型的快速旋轉(zhuǎn)的電動機驅(qū)動，這些電動機通過在 其輸出軸上的一個小齒輪接合到該曲柄輪的一個相應(yīng)的外齒部中。
[0003] 小型的壓縮機單元通常用于所謂的"修理工具包（Pannensets) "，也就是說，用于 尤其用來在空氣損失后對機動車輛輪胎的暫時密封和再泵氣的故障輔助系統(tǒng)。通常存在其 他的功能或通過轉(zhuǎn)換能夠使用其他的功能，例如在對氣墊或橡皮艇充氣時單獨使用該壓縮 機。在生產(chǎn)和裝配這類小型的、但快速運行的壓縮機時應(yīng)盡可能少地產(chǎn)生耗費并且由此避 免昂貴的制造方法和材料，這通常導(dǎo)致使用用于各種部件、除其他之外也用于活塞的簡單 和輕便的塑料。
[0004] 在這些空氣壓縮機中，通常在一個旋轉(zhuǎn)對稱的汽缸中裝入一個旋轉(zhuǎn)對稱的活塞。 為了降低費用，在這些系統(tǒng)中免除活塞接頭并且該活塞通過一個連桿與一個曲柄軸剛性連 接。在活塞與連桿之間的一個直角三角形的連接件中，在止點中實現(xiàn)在活塞與汽缸之間的 最大的密封性，也就是說在該活塞的運動區(qū)域的末端中（上止點=OT/下止點=UT)。該密 封性在該運動區(qū)域的中間下降，因為由于該活塞的對稱軸偏離該汽缸的對稱軸而顯示出所 謂的活塞傾斜并且不再提供該活塞密封件在該汽缸壁處的最佳抵靠。
[0005] 雖然只有當(dāng)該活塞傾斜在空程情況下當(dāng)該活塞式壓縮機以預(yù)壓力工作時才會出 現(xiàn)問題，但該活塞傾斜在壓縮沖程時會非常不利，因為為了該壓縮機的盡可能有效的運行 應(yīng)該在此實現(xiàn)最大的密封性。
[0006] 使用一種特別柔性的活塞密封件只能不充分地解決這個問題，因為這類高度柔性 的密封件盡管一定程度上避免了該密封性的降低，但不能在原理上降低在該壓縮沖程的中 間的運動區(qū)域中的密封性并且由此不能推遲該最大的或最小的密封性的時間點。此外在低 溫下，一個這類的活塞密封件不再適用于阻止該密封性的降低，因為該活塞密封件在那種 情況下硬化。
[0007] 為了在此進(jìn)行補救，DE 20 2011 052 002 Ul公開了呈往復(fù)活塞式壓縮機形式的 一個空氣壓縮機，其中該活塞和由此的這些上活塞頭朝向連桿軸傾斜地形成并且從這些止 點中觀察也朝向汽缸軸傾斜地形成，并且在上止點（OT)中與該汽缸的一個互補傾斜的頂 面共同作用。這在相應(yīng)的設(shè)計中會導(dǎo)致：在壓縮沖程期間該活塞與基本上垂直于汽缸壁立 放的活塞頭一起運動并且由此有效地被壓縮，在空程期間該活塞以加強的朝向汽缸壁的傾 斜被推移并且由此環(huán)境空氣能夠極其簡單地通過該活塞密封件流入到該壓縮室中。
[0008] 在此不利的是帶有連桿和汽缸的活塞的高耗費的生產(chǎn)以及該活塞所需的傾角正 確的裝配。因此，該汽缸頂以及該汽缸蓋的內(nèi)側(cè)例如同樣傾斜地形成，以此進(jìn)行充分的壓縮 并且以此該傾斜的活塞在OT中不會碰觸到該汽缸蓋并且不會被損壞。
[0009] 由此出發(fā)本發(fā)明的目的在于，提供一種往復(fù)活塞式壓縮機，尤其用于一種在可攜 帶/可運輸?shù)脑O(shè)備內(nèi)的快速運行的小型壓縮機，盡管沒有活塞接頭而生產(chǎn)簡單以及使用便 宜的材料，即便在運動學(xué)上必然存在的活塞傾斜的情況下，該小型壓縮機也可以實現(xiàn)高壓 縮比和高運輸體積，并且避免了在往復(fù)運動期間的非密封性。
[0010] 本目的是通過主權(quán)利要求的特征來實現(xiàn)的。從屬權(quán)利要求公開了其他的有利的設(shè) 計。
[0011] 在此，該活塞和/或該汽缸如此地形成，使得這些在相應(yīng)的往復(fù)運動期間通過在 活塞軸與汽缸軸之間的相對傾斜產(chǎn)生的在活塞邊緣與汽缸壁之間的鐮刀形的間隙能夠被 密封。
[0012] 如果一個活塞能夠在一個汽缸中圍繞多條軸線移動，則由于活塞形狀與汽缸形狀 的比率存在該活塞相對于汽缸的取向，在該取向中通過該活塞密封件提供在活塞與汽缸之 間最大的密封性。這是在OT中并且也在UT中當(dāng)活塞軸和汽缸軸基本上重合時的情況。如 果該具有最大密封性的取向不能在該活塞的整個運動區(qū)域上保持，則一種周期性活塞運動 也會導(dǎo)致在活塞與汽缸之間的密封性的周期性改變。在該活塞穿過該中間運動區(qū)域的運動 期間，通過該活塞傾斜產(chǎn)生了在活塞壁與汽缸壁之間的鐮刀形的間隙。
[0013] 本發(fā)明通過如下方式解決該問題：使得該活塞，在此也理解為帶有活塞密封件的 整個組件，和/或該汽缸通過它們的幾何形狀的或材料技術(shù)的設(shè)計或通過輔助部件密封這 些鐮刀形的間隙。通過本發(fā)明的設(shè)計可以實現(xiàn)相對于現(xiàn)有技術(shù)中的設(shè)備的最多20%的功率 提升。
[0014] 一種特別有利的、因為以最簡單的方式有待生產(chǎn)的設(shè)計在于，該活塞或活塞頭垂 直于該連桿軸安排
[0015] 另一個特別有利的設(shè)計在于，該活塞具有一個偏離圓形的橢圓形狀，通過該橢圓 形狀這些鐮刀形的間隙能夠至少部分地被補償，其中該活塞如此形成，即大致彈性柔軟的、 可壓縮的或幾何形狀柔性的，使得在整個往復(fù)運動期間和在止點中在活塞與汽缸壁之間進(jìn) 行彈性密封，當(dāng)然尤其借助于該彈性地或可壓縮地形成的環(huán)形活塞密封件。由此通過該活 塞形狀或活塞輪廓的簡單的靜態(tài)幾何形狀變化，不僅可以實現(xiàn)在壓縮沖程期間也在該中間 運動區(qū)域中的改善的密封、由此更高的壓縮比率以及還有更大的運輸體積，而且也可以實 現(xiàn)在整個空程期間的更可靠的密封。
[0016] 相對于現(xiàn)有技術(shù)中的已知解決方案，在此例如在DE 20 2011 052 002 Ul中相對 于固定地并且對于該連桿軸傾斜地形成的活塞頭，根據(jù)本發(fā)明的解決方案由此也還提供了 優(yōu)勢，即通過也在空程中存在的該往復(fù)活塞式壓縮機的可靠的密封也能夠連接在一個預(yù)壓 縮機的下游，即能夠用已經(jīng)預(yù)壓縮的增壓空氣被加載。這再一次顯著地提高了該壓縮比率。
[0017] 在此，根據(jù)本發(fā)明的活塞自然如此地形成為具有其偏離圓形的橢圓形狀，使得該 較大的半軸垂直于或基本上垂直于該曲柄輪的軸安排。
[0018] 另一個有利的設(shè)計在于，該活塞具有一個橢圓形狀，其中較小的半軸的長度是較 大的半軸長度的至少80%。這是通過實驗證實的設(shè)計，其中一方面在往復(fù)運動期間存在足 夠的密封力并且另一方面在止點中的摩擦沒有達(dá)到有損的大小。
[0019] 在一種這類根據(jù)本發(fā)明的小型壓縮機的設(shè)計中，例如用于一種可攜帶的故障輔助 系統(tǒng)的一種這類的有利方式的設(shè)計在于，該活塞具有橢圓形狀，該橢圓形狀的較小的半軸 /32 1\ 具有的長度并且該橢圓形狀的較大的半軸具有Ifj 的長度。出人意料地， \ 2 /mm mm 該壓縮比率和該運輸體積已經(jīng)通過該帶有一個僅0. 2mm的半軸差的活塞的如此小的橢圓 率而顯著地改善。
[0020] 另一個有利的設(shè)計在于，該活塞具有圓形并且該環(huán)形的活塞密封件具有變化的厚 度，其中該最大厚度如此安排和形成，使得這些鐮刀形的間隙能夠被補償，其中該活塞密封 件如此形成，使得在壓縮沖程期間和在止點中在活塞與汽缸壁之間進(jìn)行彈性密封。由此，該 活塞本身不需要被改變，這允許使用正常的標(biāo)準(zhǔn)活塞，而僅僅該環(huán)形活塞密封件的厚度改 善該壓縮比率和運輸體積，以便實現(xiàn)該活塞的有效密封區(qū)域的簡單的、靜態(tài)幾何形狀的改 變。
[0021] 另一個有利的設(shè)計在于，該汽缸在其中間的壓縮區(qū)域中具有一個偏離圓形的橢圓 形狀，通過該橢圓形狀這些鐮刀形的間隙能夠至少部分地被補償，其中該環(huán)形活塞密封件 如此形成，使得在整個往復(fù)運動期間和在止點中在活塞與汽缸壁之間進(jìn)行彈性密封。如果 這些通常由塑料形成的活塞能夠為此用作便宜的標(biāo)準(zhǔn)零件并且該汽缸在適當(dāng)時能夠再利 用，該汽缸在此所需的額外的處理耗費尤其在澆注的汽缸中是合理的。
[0022] 另一個有利的設(shè)計在于，這些鐮刀形的間隙的補償在該活塞處或/或在該密封處 通過調(diào)節(jié)元件進(jìn)行，尤其通過彈性元件或通過由一種壓力介質(zhì)加載的元件。相對于使用一 個高柔性的活塞密封件，在此根據(jù)在汽缸輪廓與活塞輪廓之間的這些鐮刀形的間隙通過結(jié) 構(gòu)措施或額外的結(jié)構(gòu)元件動態(tài)地并且定向地進(jìn)行適配。這種方法除其他之外使得有可能實 現(xiàn)在該周期性的活塞運動的不止一個時間點處的最大的密封性。
[0023] 另一個有利的設(shè)計在于，這些彈性元件安排在該活塞體中，尤其通過彈性的圓周 接片，這些圓周接片在該活塞的部分圓周上通過向活塞中心凸