專利名稱：具有活塞環和支撐環的活塞的制作方法
技術領域：
本發明涉及ー種包含一個活塞體和多個活塞環及支撐環的活塞，其中ー個活塞環和一個支撐環設置一個在設置于活塞體上的環槽中并且活塞環支承在支撐環上，并且本發明還涉及一種用于制造這種活塞體或活塞的方法。
背景技術：
在例如用于活塞式壓縮機的傳統結構的活塞I中(如圖I所示)，活塞環2容納于剛性的L形圓盤3中，活塞環2支撐在L形圓盤3的徑向支腿上。L形圓盤3在此直接設置并固定在活塞桿6上。活塞I通過支承環4在氣缸5中引導，因此避免了活塞I碰撞到氣缸5上。但是，隨著支承環磨損的増加，活塞I橫向于行程運動(通過雙箭頭示出)的運動性増加。因此在這種活塞I中，需要使活塞I (或者說L形圓盤3)和氣缸5之間的間隙盡可能地大，以便能夠達到最大的支承環磨損。然而，基于這種需要，在活塞I和氣缸5之間不可避免地產生大的間隙，由此通常由塑料、例如PTFE制成的活塞環2可被擠壓到L形圓盤 3和氣缸5之間的間隙中。因此，該間隙又應盡可能小，以避免活塞環2 (尤其是在高壓下)被擠壓到間隙中。為了利用這種已知的活塞I來滿足所述矛盾的要求，可在活塞環槽中設置附加的備用環，但這又增大了活塞的長度。根據EP 541482A1的活塞通過可調整的、開槽的活塞環解決了該問題。活塞環為此設置在L形的室環中并且在徑向內側與室環的分界面隔開距離，該活塞環通過相鄰的室環被夾紫。工作壓カ被導入由此產生的環形空間中，由此活塞環被壓緊到氣缸的工作面上。活塞環的端面如同L形室環的徑向支腿一樣傾斜，在初始位置中這兩個平行的傾斜的表面彼此間隔開地設置。隨著活塞環磨損的増加，這兩個傾斜的表面明顯相互靠近，直到它們相互貼靠，由此達到磨損極限。通過在氣缸中以活塞環來引導活塞防止了活塞的軸向運動性。因為通過可調整的活塞環避免了活塞碰撞到氣缸上，所以減小了活塞和氣缸之間的間隙和由此減小了擠壓危險。但由于傾斜的表面以及需要將氣體壓カ導入環形空間中，這種活塞在制造技術上成本高昂。此外，由于需要通過相鄰的室環將活塞環軸向夾緊而產生雙重配合問題，這増大了制造技術上的難度。另外，這還導致活塞環以不同的壓緊カ被壓緊到氣缸上，這又不希望地引起活塞環的不同的磨損率。此外，這種構造的活塞的問題還在干活塞由極多的零件構成，這加大了這種活塞的制造和安裝難度。
發明內容
因此，本發明的任務是提出一種活塞或活塞體和一種用于制造這種活塞或活塞體的方法，其解決兩個矛盾的要求、即ー方面在活塞和氣缸之間大的間隙和另一方面活塞環小的擠壓，并且活塞或活塞體簡單和緊湊地構成，只需較少的零件就足夠了。根據本發明，對于活塞而言以下述方式解決所述任務環槽的軸向寬度大于支撐環和活塞環的軸向總寬度并且支撐環在徑向內側與活塞體徑向間隔開并且支承環是從活塞體車削出的未切割(ungeschnitten)的環。根據本發明的方法的特征在于制造具有環槽狀切ロ的活塞體，接著，將環槽狀切ロ鏟背到希望的環槽寬度并且分離環槽狀切ロ的被鏟背的部分以便形成支撐環。因此，通過本發明的設置，一方面可在活塞橫向于行程運動的運動中使支撐環不再隨活塞一同運動，而僅是活塞體相對于支撐環運動。因此支撐環并不通過活塞運動被壓緊到氣缸的工作面上，由此可顯著減小在支撐環和工作面之間的徑向間隙。另ー方面，通過從活塞體車削出支撐環可大大減少所需零件的數量，因為具有支撐環的活塞體可作為ー個部件來制造。因此，只額外需要活塞環和必要時其它的環來完成活塞。在制造具有支撐環的活塞體后，優選僅額外將活塞環安裝到環槽中來完成活塞。就如長久以來已知的那樣，這樣制成的活塞或活塞體可設置在活塞中間件上并且必要時借助活塞端部 件被固定在活塞中間件上。
接下來借助圖I至7示意性、示例性所示的不起限制作用的且優選的方案來說明本發明。附圖如下圖I為根據現有技術的活塞；圖2為根據本發明的活塞；圖3為根據本發明的活塞的細節；圖4至6為活塞中所使用的環的造型；圖7和8為根據本發明的活塞的活塞體的制造示意圖。
具體實施例方式下面參考附圖2和3來說明根據本發明的活塞的ー種有利的方案。活塞I包括一體的活塞體15，其在此為空心圓柱體形式。活塞體15在此設置在活塞中間件14上，該活塞中間件在所示實施例中同時也是活塞端部件13。當然，如同已知的那樣也可想到將活塞端部件13構造為単獨的部件，其可例如擰到活塞中間件14上。根據活塞所應用的機器的結構型式，活塞I的一個軸向端部可與連桿或活塞桿連接，正如長期以來已知的那樣。在活塞桿的情況下，活塞I不是必須與活塞桿固定連接(例如通過簡單的螺紋)，而也可以只是松動地貼靠于活塞桿上，因為在壓縮室16中作用的壓カ可使活塞I與活塞桿保持接觸并且與活塞桿一同運動。但也可能的是，活塞中間件14由活塞桿制成并且使用活塞端部件13用于將活塞體15固定于活塞桿、這里同時也是活塞中間件14上。在活塞體15上設置多個活塞環11。活塞環11原則上可以任意期望的設計。優選使用調整活塞環11，其在例如由作用的壓カ引起的持續的磨損的情況下總是徑向向外壓緊到氣缸5上。這種活塞環11的ー種可能的構型例如可從AT 505549B得知。在活塞體15上設置環槽20，在所述環槽中設置活塞環11和支撐環12。為了將支撐環12和活塞環11在帶有軸向間隙的情況下設置在環槽20中并且不會被軸向夾緊并且尤其是活塞體15可相對于支撐環12無阻礙地運動，環槽20的寬度略微大于支撐環12的寬度和活塞環11的寬度的總寬度。僅基于存在的壓カ產生的在支撐環12和環槽20之間的摩擦力就抑制活塞體15的該自由的可相對運動性。因此，在活塞I橫向于行程方向運動時，僅活塞體15運動，在此支撐環12并不一同運動。因此，在最壞的情況下，支撐環12以其自身的極小的重力貼靠在氣缸壁上。但并沒有力從活塞體15傳遞支撐環12上。支撐環12支撐在活塞體15的圓周接片17上，所述圓周接片形成于兩個相鄰的環槽20之間或者最后ー個支撐環12支撐在活塞體15本身上。支撐環12構造為實心的未切割的環。為了使支撐環位于一體的活塞體15的環槽20中，在制造活塞體15時從活塞體車削出支撐環12，這在下面還將進ー步說明。在活塞I橫向于行程運動運動時，活塞體15可通過支撐環12和環槽20的基底之間的徑向間隙X在徑向上相對于支撐環12運動，且支撐環12并不一同運動。因為不存在支撐環12由于這種橫向運動而以較大的カ壓緊到氣缸5上的危險，所以支撐環12可以在氣缸5和支撐環12的外圓周面之間的間隙Y極小的情況下安裝。通過本發明的設置間隙Y可毫無問題地減小為O. 1mm。間隙Y的自然極限在此表示支撐環12的熱膨脹，該熱膨脹當然不應引起支撐環12在氣缸5中的徑向夾 紫。但實際卻可通過可能的小的間隙Y避免活塞環11被擠壓到支撐環12和氣缸5之間的間隙中。活塞環11也可與活塞體15徑向間隔開地設置，例如在使用根據AT 505549B的活塞環的情況下，由此在活塞環11和活塞體15之間也產生徑向間隙，其隨著活塞環磨損的增大而増大。在此作用的壓カ施加到由此產生的環形空間中，所述壓カ將活塞環11向外壓緊到氣缸5上。因此，活塞體15的可能的橫向運動不影響活塞環11。在根據本發明的活塞I的ー種有利的方案中，在活塞I的朝向壓縮室16的端部上設置未切割的環21，以便密封工作壓カ的動態的壓カ分量。所述未切割的環21也可貼靠于支撐環24上。該未切割的環21為此可設置在活塞中間件14或活塞端部件13的環槽28中并且再次與相配的環槽28的基底沿著徑向間隔開。環槽28的寬度大于未切割的環21的寬度，以便允許活塞體15的無阻礙的橫向運動。未切割的環21沿軸向貼靠于支撐環24上，其也設置在環槽28中并且與環槽28的基底沿徑向間隔開。支撐環24和未切割的環21也以軸向間隙安裝在環槽28中，由此所述支撐環和未切割的環不會被軸向夾紫。另外，在活塞體15上設置支承環4。但該支承環和/或另ー支承環4也可設置在活塞中間件14或活塞端部件13上或曲軸箱側的活塞體15上。所使用的環的可能的造型在圖4至6中示出。在未切割的環21中(圖4)可設置壓カ補償孔30。未切割的環21優選可由PTFE制成，因為PTFE環可按照一定的磨損進行調節。圖5中所示的支承環4可構造為被切割的并且可在徑向外側的圓周面上具有軸向貫通的凹槽29，以便將作用的壓カ導向活塞環11，由此避免在支承環中形成壓差。圖6所示的活塞環11的造型相應于AT 505549B的說明。但也可想到活塞環11的其它造型。在制造根據本發明的活塞I時，從半成品車削出活塞體15，其優選具有所有用于未來容納活塞環11和支撐環12 (至少ー個活塞環11和支撐環12)的臺肩和環槽狀切ロ35和可能情況下也具有用于未來容納活塞中間件14的中心孔(圖7)。在該步驟中已經可以制成各個活塞部件的外直徑。可能的其它的例如用于容納支承環或其它環的環槽或臺肩也可在此同時制成。然而，在這些第一工作步驟之后，未來的支撐環12仍與在兩個相鄰環槽20之間的圓周接片17連接。現在，借助適合的工具、例如鏜刀或類似工具將環槽狀切ロ35的一個軸向端部(未來變為支撐環12的區域)鏟背到希望的環槽20最終寬度上。鏟背36在此在和環槽20的基底相同的半徑上進行。由此，未來的支撐環12在此已經具有其在環槽20的基底和支撐環12的內圓周面34之間的間距。在此可以制造環槽狀切ロ 35的兩個相互面對的軸向端面30、31，在這些軸向端面上支撐環12在制成的活塞中軸向貼靠在活塞體15上，以便形成具有所需公差、如表面品質(如Ra O. 8)和平行性的密封面。這是尤為有利的，因為支撐環12和活塞體15由金屬制成并且對于良好的密封作用而言精確制造的端面30、31是必要的。接著，為了形成支撐環12，借助適合的工具、例如切割輪將環槽狀切ロ 35的被鏟背的部分與活塞體15分離。這樣形成的支撐環因此可自由地在環槽20中運動。當然也可想到，在一個接ー個地制成具有支撐環12的環槽20，在此所用的工作步驟保持不變。 通過上述方式可能的是，活塞體15和支撐環12由一個部件制成，由此大大減少了零件的數量。然后，為了使得活塞I完備，僅額外將活塞環11安裝到環槽20中并且必要時將現有的支承環4插入相配的環槽中。為此，在此之前這樣軸向移動支撐環12，使得兩個端 面30、31軸向貼靠地設置。接著，將活塞體15安裝到活塞中間件14上并且必要時例如借助活塞端部件13將活塞體固定在活塞中間件上。
權利要求
1.活塞，其包含一個活塞體(15)和多個活塞環(11)以及支撐環(12)，所述活塞環和支撐環沿軸向依次設置在活塞體(15)上，其中，在一個設置于活塞體(15)上的環槽(20)中設置一個活塞環(11)和一個支撐環(12 )并且活塞環(11)支承在支撐環(12 )上，其特征在于，環槽(20)的軸向寬度大于支撐環(12)和活塞環(11)的軸向總寬度并且支撐環(12)在徑向內側與活塞體(15)徑向間隔開設置，并且支撐環(12)是從活塞體(15)車削出的、未切割的環。
2.根據權利要求I的活塞，其特征在于，在活塞體(15)上設置至少一個支承環(4)。
3.根據權利要求I或2的活塞，其特征在于，所述活塞體(15)設置在活塞中間件(14)上。
4.根據權利要求3的活塞，其特征在于，在活塞(I)的一個軸向端部上設置活塞端部件(13)，該活塞端部件將活塞體(15)固定在活塞中間件(14)上。
5.用于制造用于活塞(I)的、具有至少一個支撐環(12)的活塞體(15)的方法，所述支撐環設置在設置于活塞體(15)上的環槽(20)中，其特征在于下述方法步驟 a)制造具有環槽狀切口(35)的活塞體(15)； b)將環槽狀切口(35)鏟背到希望的環槽(20)寬度； c)分離環槽狀切口(35)的被鏟背的部分以便形成支撐環(12)。
6.根據權利要求5的方法，其特征在于，在分離環槽狀切口(35)的被鏟背的部分之前，制造環槽狀切口(35)的兩個相互面對的端面(30、31)，以便形成具有所需公差的密封面。
7.用于制造包含至少一個活塞環(11)和一個支撐環(12)的活塞(I)的方法，所述活塞環和支撐環設置在設置于活塞體(15)上的環槽(20)中，其特征在于下述方法步驟 a)制造具有環槽狀切口(35)的活塞體(15)； b)將環槽狀切口(35)鏟背到希望的環槽(20)寬度； c)分離環槽狀切口(35)的被鏟背的部分以便形成支撐環(12)； d)將活塞環(11)安裝到環槽(20)中。
8.根據權利要求7的方法，其特征在于，在分離環槽狀切口(35)的被鏟背的部分之前，制造環槽狀切口(35)的兩個相互面對的端面(30、31)，以便形成具有所需公差的密封面。
全文摘要
在傳統活塞中，在活塞和氣缸之間必須具有足夠的間隙，以便在支承環持續磨損的情況下避免由于活塞的由此產生的橫向運動而引起活塞在氣缸上的碰撞。但大的間隙會導致活塞環不希望地被擠壓到活塞和氣缸的間隙中。這種構造的活塞的另一問題在于大量所需的零件增大了組合活塞的制造和安裝難度。為了消除所述問題，本發明建議在一個設置于活塞體(15)上的環槽(20)中設置一個活塞環(11)和一個支撐環(12)，并且環槽(20)的軸向寬度大于支撐環(12)和活塞環(11)的軸向總寬度并且支撐環(12)在徑向內側與活塞體(15)徑向間隔開設置并且支撐環(12)是從活塞體(15)車削出的未切割的環。
文檔編號F16J15/56GK102667264SQ201080056297
公開日2012年9月12日 申請日期2010年10月28日 優先權日2009年12月14日
發明者A·揚德爾, C·霍爾德, M·拉格勒爾 申請人:賀爾碧格壓縮機技術控股有限公司