具有特别有效率的空气冷却的压缩机缸盖的制作方法

本发明涉及一种用于压缩机的缸盖，该缸盖包括至少一个冷却剂引导区域以及至少两个空气引导区域，其中，所述至少一个冷却剂引导区域至少部分围绕所述至少两个空气引导区域布置，其中，所述至少两个空气引导区域还具有至少一个用于将要压缩的空气馈给到压缩机中的空气导入通道和至少一个用于排出被压缩机压缩后的压缩空气的空气导出通道。

背景技术：

在轨道或道路交通中使用的现代载货车装备有多个消耗压缩空气的子系统。例如用压缩空气运行的行车制动器和空气悬架属于这些子系统。借助包括压缩机的压缩空气供给装置实现对压缩空气消耗装置供给压缩空气。环境空气被压缩机抽吸、压缩并且在被使用装置使用之前在压缩空气供给装置的其它组成部分中被清除杂质成分，如油和水。

由于持续增大的功率参数，如效率，和限定的压缩空气排出温度，现代压缩机对如阀板、冷却单元和缸盖那样的构件要求高。这些构件被来自压缩机的热负荷和机械负荷强烈加载。为了确保对压缩机接头上的压缩空气排出温度的限定的要求，通过冷却剂进行有效冷却是必需的。但是另一方面，压缩机也需要具有相应壁厚的刚性设计。壁的尺寸确定和冷却效率由于热量传导路径而相互矛盾。此外，在铸造缸盖时出现使通过相应花纹图案的铸芯来构型狭窄的冷却横截面变难的限制。

现今的用于满足所限定的要求、尤其用于降低压力侧上被压缩的空气的空气排出温度的现有技术的特征为散热片的集成和/或空气引导区域的延长。两种做法的目的在于增大热量接收面积。

在压缩机中压缩空气时，空气被强烈加热。该加热随着压缩机的输送压力升高和转数升高而增强。这对于进一步处理压缩空气，尤其是对空气的干燥，是不利的。通常，在连接在压缩机下游的空气滤清器滤芯中除掉空气中的空气湿气。该空气滤清器滤芯包含仅能够在最高80℃情况下除掉空气湿气的干燥剂。因此，正常情况下提出较低的、60℃的最高允许温度，以便能够实现有效干燥。然而在压缩机中进行压缩时，被压缩的空气在活塞室的排出开孔上达到至320℃的温度。在压缩机出口本身上还允许最高220℃的温度。由此，必须在压缩机和空气滤清器滤芯之间冷却空气。为此目的，在现有技术中使用具有几米长度的压力管路，其中，被加热的压缩空气在从压缩机向空气滤清器滤芯流过压力管路期间可以无其他冷却措施地被冷却。在此，通过长管路造成的压力损失和压力管路本身引起的结构上的花费，是不利的。

为了能够缩短压缩机和滤芯之间的长压力管路，需要的是，通过主动冷却来冷却压缩空气。为此目的，在压缩机的缸盖中在阀板上方添加所谓的超级冷却板，该超级冷却板被冷却剂流过并且起热交换器作用。通过该超级冷却板可能的是，压缩空气在压缩机出口上的排出温度下降到140℃至150℃并且连接的压力管路缩短5％至30％。这样的超级冷却板的举例在DE 195 35 079 C2中已知。

在此不利的尤其是复杂的结构，该结构通过将作为单独构件的超级冷却板集成到压缩机的缸盖中得到，因此需要附加密封。

此外，由DE 10 2008 018 467 A1得知一种具有冷却剂通道的用于压缩机的阀板。冷却剂通道从压缩机的活塞室出发来看在活塞室和布置在阀板中的空气排出阀之间蜿蜒形地延伸。该阀板在没有超级冷却板的情况下产生与传统阀板与超级冷却板的组合相比至少相同的冷却功率。

技术实现要素：

本发明的任务是，实现一种用于压缩机的、具有提高的压缩空气冷却功率的缸盖。

该任务从根据权利要求1前序部分的缸盖出发结合其特征部分的特征来解决。本发明的有利扩展构型由下面的从属权利要求得到。

根据本发明，所述至少一个空气导出通道包括开孔式金属蜂窝状结构。开孔式金属蜂窝状结构至少部分邻接引导至少一种冷却剂的区域。换言之，开孔式金属蜂窝状结构在引导至少一种冷却剂的区域外部布置在引导至少一种冷却剂的区域的壁上。

开孔式金属蜂窝状结构提供了通过在最狭窄的空间上参与热传导的表面来实现的非常好的排热。尤其通过增大缸盖的空气引导区域的热量接收面积来得到非常有效率的冷却。此外，通过开孔式金属蜂窝状结构附加地得到相应地改进缸盖金属强度的支撑结构，由此在热量引导路径短的情况下实现了缸盖壁的小壁厚。通过有效率地冷却压缩空气，在压力侧降低了表面温度并且由此减小了碳化趋势。此外，开孔式金属蜂窝状结构同样是用于优化压缩空气品质的催化反应的基础。金属蜂窝状结构也对声学表现具有衰减作用。

优选，至少一个空气导出通道至少部分构造成开孔式金属蜂窝状结构。换言之，至少一个空气导出通道部分地、但也可完全地构造成开孔式金属蜂窝状结构。通过这些开孔能够实现压缩空气的通流。开孔式金属蜂窝状结构的尺寸应视压缩空气的所需通流速率和冷却速率而定地设定。

开孔式金属蜂窝状结构的位置、形状、定向和大小是任意的并且既可以是有规律的也可以是随机的或没有规律的。例如可考虑的是，开孔式金属蜂窝状结构的单元室构造成球形、圆柱形或蜂窝形。

此外优选，开孔式金属蜂窝状结构通过使用内置体来制造。有利地，开孔式金属蜂窝状结构作为预成型的半成品置入铸模中并且在周围被浇铸，以便构成缸盖。例如可以使用带有封闭的小孔的金属泡沫，以此，在周围被浇铸的金属熔液不可能侵入小孔中。使用带有不封闭的小孔的金属泡沫也是可行的，其中，蜂窝状结构则一定程度上被缸盖材料渗入。

优选，将开孔式金属蜂窝状结构阴模置入铸模中，以便在用于构成开孔式蜂窝状结构的铸造过程中连续地渗入该阴模中并同时铸造环绕的缸盖壁。接着使小孔暴露。

本发明包括这样的技术教导，即开孔式金属蜂窝状结构通过机械加工来制造。换言之，开孔式金属蜂窝状结构尤其可以通过切削加工方法来制造。

这里提出，开孔式金属蜂窝状结构通过失模方法来制造。在失模方法中，将可过后移除的、相互接触的单元体置入、镶入和渗入一模具中。之后例如通过气化移除单元体。

替代地在通过失模方法进行制造时，在失模方法中既可以制造缸盖壁又可以制造蜂窝状结构。在此，蜂窝状结构在铸造时在金属熔液的液流前面气化。留下的在铸造前已用砂填充的单元室中间腔被暴露并且构成开孔式结构。

优选，开孔式金属蜂窝状结构通过发泡制造。铝合金尤其适合于此。此外，铝合金相比钢具有较好的导热能力和较小的密度。因此，通过使用铝合金既可以改善冷却速率又可以降低缸盖的重量。

在方法技术上提出，缸盖铸造成薄壁铸件，其中，接着铸入能发泡的金属材料，该金属材料发泡成开孔式金属蜂窝状结构。

附图说明

下面参照两个附图详细描述本发明的优选实施例以及本发明的进一步改进措施。附图示出：

图1根据本发明的具有缸盖和剖切的活塞壳体的压缩机的侧视图，和

图2根据本发明的根据图1的缸盖的立体视图。

具体实施方式

根据图1，压缩机2具有缸盖1和活塞壳体8，其中，在活塞壳体8和缸盖1之间布置了阀板9。压缩机2通过轴10来驱动。活塞壳体8在阀板9附近被剖切，使得活塞室11可见。这里未示出的活塞在活塞室11内部轴向上下运动。

根据图2，缸盖1具有四个冷却剂引导区域3a-3d以及两个空气引导区域4a，4b。四个冷却剂引导区域3a-3d基本围绕两个空气引导区域4a，4b来布置，其中，四个冷却剂引导区域3a-3d直接邻接空气引导区域4a，以便冷却压缩空气。阀板9也被这里未示出的冷却剂引导通道蜿蜒形地穿过。

两个空气引导区域4a，4b包括用于向压缩机2中馈给要压缩的空气的空气导入通道5和用于排出被压缩机2压缩后的压缩空气的空气导出通道6。要压缩的空气从缸盖1上的这里未示出的接头导入活塞室11。在活塞室11中的空气被压缩之后，压缩空气通过这里未示出的排出阀被泄放并且通过空气导出通道6向缸盖1上的接头被引导。

空气导出通道6包括开孔式金属蜂窝状结构7，该开孔式金属蜂窝状结构被划分为六个子区段7a-7f。开孔式金属蜂窝状结构7提供通过在最窄的空间上参与热量传导的表面所实现的非常好的排热。此外，通过开孔式金属蜂窝状结构7附加地得到一种改善缸盖1的机械强度的支撑结构，由此在热量传导路径短的情况下实现了缸盖壁的小壁厚。为了制造具有开孔式金属蜂窝状结构7的缸盖1，缸盖1铸造成薄壁铸件，其中，接着铸入能发泡的金属材料，该金属材料发泡成开孔式金属蜂窝状结构7。

此外，缸盖1适合于具有ESS(节能系统，Energie Saving System)的压缩机2。对此，缸盖1具有两个用于这里未示出的ESS活塞的开口13a，13b以及一个无效体积14和用于ESS操控装置的钻孔15。此外，缸盖1具有八个用于这里未示出的缸盖螺栓的开口12a-12h。

参考标记列表

1 缸盖

2 压缩机

3a-3d 冷却剂引导区域

4a,4b 空气引导区域

5 空气导入通道

6 空气导出通道

7a-7f 蜂窝状结构

8 活塞壳体

9 阀板

10 轴

11 活塞室

12a-12b 开口

13a,13b 开口

14 无效体积

15 钻孔