不对称的往复活塞式压缩机的制作方法
【专利说明】不对称的往复活塞式压缩机
[0001] 本发明涉及一种往复活塞式压缩机，尤其一种用于可携带的小型压缩机单元的往 复活塞式压缩机，该往复活塞式压缩机具有一个活塞，该活塞通过一个滑块曲柄传动装置 (Schubkurbeltrieb)驱动并且在一个汽缸中能够往复移动并且相对于该汽缸壁被密封，其 中该滑块曲柄传动装置具有安排在一个曲柄轴上的、具有一个偏心的曲柄销的一个曲柄轮 以及一个安排在该活塞与该曲柄销之间的连杆，其中该活塞或活塞头相对于连杆轴固定地 安排。
[0002] 这类往复活塞式压缩机通常由小型的快速旋转的电动机驱动，这些电动机通过在 其输出轴上的一个小齿轮接合到该曲柄轮的一个相应的外齿部中。
[0003] 小型的压缩机单元通常用于所谓的"修理工具包（Pannensets) "，也就是说，用于 尤其用来在空气损失后对机动车辆轮胎的暂时密封和再泵气的故障辅助系统。通常存在其 他的功能或通过转换能够使用其他的功能，例如在对气垫或橡皮艇充气时单独使用该压缩 机。在生产和装配这类小型的、但快速运行的压缩机时应尽可能少地产生耗费并且由此避 免昂贵的制造方法和材料，这通常导致使用用于各种部件、除其他之外也用于活塞的简单 和轻便的塑料。
[0004] 在这些空气压缩机中，通常在一个旋转对称的汽缸中装入一个旋转对称的活塞。 为了降低费用，在这些系统中免除活塞接头并且该活塞通过一个连杆与一个曲柄轴刚性连 接。在活塞与连杆之间的一个直角三角形的连接件中，在止点中实现在活塞与汽缸之间的 最大的密封性，也就是说在该活塞的运动区域的末端中（上止点=OT/下止点=UT)。该密 封性在该运动区域的中间下降，因为由于该活塞的对称轴偏离该汽缸的对称轴而显示出所 谓的活塞倾斜并且不再提供该活塞密封件在该汽缸壁处的最佳抵靠。
[0005] 虽然只有当该活塞倾斜在空程情况下当该活塞式压缩机以预压力工作时才会出 现问题，但该活塞倾斜在压缩冲程时会非常不利，因为为了该压缩机的尽可能有效的运行 应该在此实现最大的密封性。
[0006] 使用一种特别柔性的活塞密封件只能不充分地解决这个问题，因为这类高度柔性 的密封件尽管一定程度上避免了该密封性的降低，但不能在原理上降低在该压缩冲程的中 间的运动区域中的密封性并且由此不能推迟该最大的或最小的密封性的时间点。此外在低 温下，一个这类的活塞密封件不再适用于阻止该密封性的降低，因为该活塞密封件在那种 情况下硬化。
[0007] 为了在此进行补救，DE 20 2011 052 002 Ul公开了呈往复活塞式压缩机形式的 一个空气压缩机，其中该活塞和由此的这些上活塞头朝向连杆轴倾斜地形成并且从这些止 点中观察也朝向汽缸轴倾斜地形成，并且在上止点（OT)中与该汽缸的一个互补倾斜的顶 面共同作用。这在相应的设计中会导致：在压缩冲程期间该活塞与基本上垂直于汽缸壁立 放的活塞头一起运动并且由此有效地被压缩，在空程期间该活塞以加强的朝向汽缸壁的倾 斜被推移并且由此环境空气能够极其简单地通过该活塞密封件流入到该压缩室中。
[0008] 在此不利的是带有连杆和汽缸的活塞的高耗费的生产以及该活塞所需的倾角正 确的装配。因此，该汽缸顶以及该汽缸盖的内侧例如同样倾斜地形成，以此进行充分的压缩 并且以此该倾斜的活塞在OT中不会碰触到该汽缸盖并且不会被损坏。
[0009] 由此出发本发明的目的在于，提供一种往复活塞式压缩机，尤其用于一种在可携 带/可运输的设备内的快速运行的小型压缩机，尽管没有活塞接头而生产简单以及使用便 宜的材料，即便在运动学上必然存在的活塞倾斜的情况下，该小型压缩机也可以实现高压 缩比和高运输体积，并且避免了在往复运动期间的非密封性。
[0010] 本目的是通过主权利要求的特征来实现的。从属权利要求公开了其他的有利的设 计。
[0011] 在此，该活塞和/或该汽缸如此地形成，使得这些在相应的往复运动期间通过在 活塞轴与汽缸轴之间的相对倾斜产生的在活塞边缘与汽缸壁之间的镰刀形的间隙能够被 密封。
[0012] 如果一个活塞能够在一个汽缸中围绕多条轴线移动，则由于活塞形状与汽缸形状 的比率存在该活塞相对于汽缸的取向，在该取向中通过该活塞密封件提供在活塞与汽缸之 间最大的密封性。这是在OT中并且也在UT中当活塞轴和汽缸轴基本上重合时的情况。如 果该具有最大密封性的取向不能在该活塞的整个运动区域上保持，则一种周期性活塞运动 也会导致在活塞与汽缸之间的密封性的周期性改变。在该活塞穿过该中间运动区域的运动 期间，通过该活塞倾斜产生了在活塞壁与汽缸壁之间的镰刀形的间隙。
[0013] 本发明通过如下方式解决该问题：使得该活塞，在此也理解为带有活塞密封件的 整个组件，和/或该汽缸通过它们的几何形状的或材料技术的设计或通过辅助部件密封这 些镰刀形的间隙。通过本发明的设计可以实现相对于现有技术中的设备的最多20%的功率 提升。
[0014] 一种特别有利的、因为以最简单的方式有待生产的设计在于，该活塞或活塞头垂 直于该连杆轴安排
[0015] 另一个特别有利的设计在于，该活塞具有一个偏离圆形的椭圆形状，通过该椭圆 形状这些镰刀形的间隙能够至少部分地被补偿，其中该活塞如此形成，即大致弹性柔软的、 可压缩的或几何形状柔性的，使得在整个往复运动期间和在止点中在活塞与汽缸壁之间进 行弹性密封，当然尤其借助于该弹性地或可压缩地形成的环形活塞密封件。由此通过该活 塞形状或活塞轮廓的简单的静态几何形状变化，不仅可以实现在压缩冲程期间也在该中间 运动区域中的改善的密封、由此更高的压缩比率以及还有更大的运输体积，而且也可以实 现在整个空程期间的更可靠的密封。
[0016] 相对于现有技术中的已知解决方案，在此例如在DE 20 2011 052 002 Ul中相对 于固定地并且对于该连杆轴倾斜地形成的活塞头，根据本发明的解决方案由此也还提供了 优势，即通过也在空程中存在的该往复活塞式压缩机的可靠的密封也能够连接在一个预压 缩机的下游，即能够用已经预压缩的增压空气被加载。这再一次显著地提高了该压缩比率。
[0017] 在此，根据本发明的活塞自然如此地形成为具有其偏离圆形的椭圆形状，使得该 较大的半轴垂直于或基本上垂直于该曲柄轮的轴安排。
[0018] 另一个有利的设计在于，该活塞具有一个椭圆形状，其中较小的半轴的长度是较 大的半轴长度的至少80%。这是通过实验证实的设计，其中一方面在往复运动期间存在足 够的密封力并且另一方面在止点中的摩擦没有达到有损的大小。
[0019] 在一种这类根据本发明的小型压缩机的设计中，例如用于一种可携带的故障辅助 系统的一种这类的有利方式的设计在于，该活塞具有椭圆形状，该椭圆形状的较小的半轴 /32 1\ 具有的长度并且该椭圆形状的较大的半轴具有Ifj 的长度。出人意料地， \ 2 /mm mm 该压缩比率和该运输体积已经通过该带有一个仅0. 2mm的半轴差的活塞的如此小的椭圆 率而显著地改善。
[0020] 另一个有利的设计在于，该活塞具有圆形并且该环形的活塞密封件具有变化的厚 度，其中该最大厚度如此安排和形成，使得这些镰刀形的间隙能够被补偿，其中该活塞密封 件如此形成，使得在压缩冲程期间和在止点中在活塞与汽缸壁之间进行弹性密封。由此，该 活塞本身不需要被改变，这允许使用正常的标准活塞，而仅仅该环形活塞密封件的厚度改 善该压缩比率和运输体积，以便实现该活塞的有效密封区域的简单的、静态几何形状的改 变。
[0021] 另一个有利的设计在于，该汽缸在其中间的压缩区域中具有一个偏离圆形的椭圆 形状，通过该椭圆形状这些镰刀形的间隙能够至少部分地被补偿，其中该环形活塞密封件 如此形成，使得在整个往复运动期间和在止点中在活塞与汽缸壁之间进行弹性密封。如果 这些通常由塑料形成的活塞能够为此用作便宜的标准零件并且该汽缸在适当时能够再利 用，该汽缸在此所需的额外的处理耗费尤其在浇注的汽缸中是合理的。
[0022] 另一个有利的设计在于，这些镰刀形的间隙的补偿在该活塞处或/或在该密封处 通过调节元件进行，尤其通过弹性元件或通过由一种压力介质加载的元件。相对于使用一 个高柔性的活塞密封件，在此根据在汽缸轮廓与活塞轮廓之间的这些镰刀形的间隙通过结 构措施或额外的结构元件动态地并且定向地进行适配。这种方法除其他之外使得有可能实 现在该周期性的活塞运动的不止一个时间点处的最大的密封性。
[0023] 另一个有利的设计在于，这些弹性元件安排在该活塞体中，尤其通过弹性的圆周 接片，这些圆周接片在该活塞的部分圆周上通过向活塞中心凸