具有特別有效率的空氣冷卻的壓縮機缸蓋的制作方法

本發明涉及一種用于壓縮機的缸蓋，該缸蓋包括至少一個冷卻劑引導區域以及至少兩個空氣引導區域，其中，所述至少一個冷卻劑引導區域至少部分圍繞所述至少兩個空氣引導區域布置，其中，所述至少兩個空氣引導區域還具有至少一個用于將要壓縮的空氣饋給到壓縮機中的空氣導入通道和至少一個用于排出被壓縮機壓縮后的壓縮空氣的空氣導出通道。

背景技術：

在軌道或道路交通中使用的現代載貨車裝備有多個消耗壓縮空氣的子系統。例如用壓縮空氣運行的行車制動器和空氣懸架屬于這些子系統。借助包括壓縮機的壓縮空氣供給裝置實現對壓縮空氣消耗裝置供給壓縮空氣。環境空氣被壓縮機抽吸、壓縮并且在被使用裝置使用之前在壓縮空氣供給裝置的其它組成部分中被清除雜質成分，如油和水。

由于持續增大的功率參數，如效率，和限定的壓縮空氣排出溫度，現代壓縮機對如閥板、冷卻單元和缸蓋那樣的構件要求高。這些構件被來自壓縮機的熱負荷和機械負荷強烈加載。為了確保對壓縮機接頭上的壓縮空氣排出溫度的限定的要求，通過冷卻劑進行有效冷卻是必需的。但是另一方面，壓縮機也需要具有相應壁厚的剛性設計。壁的尺寸確定和冷卻效率由于熱量傳導路徑而相互矛盾。此外，在鑄造缸蓋時出現使通過相應花紋圖案的鑄芯來構型狹窄的冷卻橫截面變難的限制。

現今的用于滿足所限定的要求、尤其用于降低壓力側上被壓縮的空氣的空氣排出溫度的現有技術的特征為散熱片的集成和/或空氣引導區域的延長。兩種做法的目的在于增大熱量接收面積。

在壓縮機中壓縮空氣時，空氣被強烈加熱。該加熱隨著壓縮機的輸送壓力升高和轉數升高而增強。這對于進一步處理壓縮空氣，尤其是對空氣的干燥，是不利的。通常，在連接在壓縮機下游的空氣濾清器濾芯中除掉空氣中的空氣濕氣。該空氣濾清器濾芯包含僅能夠在最高80℃情況下除掉空氣濕氣的干燥劑。因此，正常情況下提出較低的、60℃的最高允許溫度，以便能夠實現有效干燥。然而在壓縮機中進行壓縮時，被壓縮的空氣在活塞室的排出開孔上達到至320℃的溫度。在壓縮機出口本身上還允許最高220℃的溫度。由此，必須在壓縮機和空氣濾清器濾芯之間冷卻空氣。為此目的，在現有技術中使用具有幾米長度的壓力管路，其中，被加熱的壓縮空氣在從壓縮機向空氣濾清器濾芯流過壓力管路期間可以無其他冷卻措施地被冷卻。在此，通過長管路造成的壓力損失和壓力管路本身引起的結構上的花費，是不利的。

為了能夠縮短壓縮機和濾芯之間的長壓力管路，需要的是，通過主動冷卻來冷卻壓縮空氣。為此目的，在壓縮機的缸蓋中在閥板上方添加所謂的超級冷卻板，該超級冷卻板被冷卻劑流過并且起熱交換器作用。通過該超級冷卻板可能的是，壓縮空氣在壓縮機出口上的排出溫度下降到140℃至150℃并且連接的壓力管路縮短5％至30％。這樣的超級冷卻板的舉例在DE 195 35 079 C2中已知。

在此不利的尤其是復雜的結構，該結構通過將作為單獨構件的超級冷卻板集成到壓縮機的缸蓋中得到，因此需要附加密封。

此外，由DE 10 2008 018 467 A1得知一種具有冷卻劑通道的用于壓縮機的閥板。冷卻劑通道從壓縮機的活塞室出發來看在活塞室和布置在閥板中的空氣排出閥之間蜿蜒形地延伸。該閥板在沒有超級冷卻板的情況下產生與傳統閥板與超級冷卻板的組合相比至少相同的冷卻功率。

技術實現要素：

本發明的任務是，實現一種用于壓縮機的、具有提高的壓縮空氣冷卻功率的缸蓋。

該任務從根據權利要求1前序部分的缸蓋出發結合其特征部分的特征來解決。本發明的有利擴展構型由下面的從屬權利要求得到。

根據本發明，所述至少一個空氣導出通道包括開孔式金屬蜂窩狀結構。開孔式金屬蜂窩狀結構至少部分鄰接引導至少一種冷卻劑的區域。換言之，開孔式金屬蜂窩狀結構在引導至少一種冷卻劑的區域外部布置在引導至少一種冷卻劑的區域的壁上。

開孔式金屬蜂窩狀結構提供了通過在最狹窄的空間上參與熱傳導的表面來實現的非常好的排熱。尤其通過增大缸蓋的空氣引導區域的熱量接收面積來得到非常有效率的冷卻。此外，通過開孔式金屬蜂窩狀結構附加地得到相應地改進缸蓋金屬強度的支撐結構，由此在熱量引導路徑短的情況下實現了缸蓋壁的小壁厚。通過有效率地冷卻壓縮空氣，在壓力側降低了表面溫度并且由此減小了碳化趨勢。此外，開孔式金屬蜂窩狀結構同樣是用于優化壓縮空氣品質的催化反應的基礎。金屬蜂窩狀結構也對聲學表現具有衰減作用。

優選，至少一個空氣導出通道至少部分構造成開孔式金屬蜂窩狀結構。換言之，至少一個空氣導出通道部分地、但也可完全地構造成開孔式金屬蜂窩狀結構。通過這些開孔能夠實現壓縮空氣的通流。開孔式金屬蜂窩狀結構的尺寸應視壓縮空氣的所需通流速率和冷卻速率而定地設定。

開孔式金屬蜂窩狀結構的位置、形狀、定向和大小是任意的并且既可以是有規律的也可以是隨機的或沒有規律的。例如可考慮的是，開孔式金屬蜂窩狀結構的單元室構造成球形、圓柱形或蜂窩形。

此外優選，開孔式金屬蜂窩狀結構通過使用內置體來制造。有利地，開孔式金屬蜂窩狀結構作為預成型的半成品置入鑄模中并且在周圍被澆鑄，以便構成缸蓋。例如可以使用帶有封閉的小孔的金屬泡沫，以此，在周圍被澆鑄的金屬熔液不可能侵入小孔中。使用帶有不封閉的小孔的金屬泡沫也是可行的，其中，蜂窩狀結構則一定程度上被缸蓋材料滲入。

優選，將開孔式金屬蜂窩狀結構陰模置入鑄模中，以便在用于構成開孔式蜂窩狀結構的鑄造過程中連續地滲入該陰模中并同時鑄造環繞的缸蓋壁。接著使小孔暴露。

本發明包括這樣的技術教導，即開孔式金屬蜂窩狀結構通過機械加工來制造。換言之，開孔式金屬蜂窩狀結構尤其可以通過切削加工方法來制造。

這里提出，開孔式金屬蜂窩狀結構通過失模方法來制造。在失模方法中，將可過后移除的、相互接觸的單元體置入、鑲入和滲入一模具中。之后例如通過氣化移除單元體。

替代地在通過失模方法進行制造時，在失模方法中既可以制造缸蓋壁又可以制造蜂窩狀結構。在此，蜂窩狀結構在鑄造時在金屬熔液的液流前面氣化。留下的在鑄造前已用砂填充的單元室中間腔被暴露并且構成開孔式結構。

優選，開孔式金屬蜂窩狀結構通過發泡制造。鋁合金尤其適合于此。此外，鋁合金相比鋼具有較好的導熱能力和較小的密度。因此，通過使用鋁合金既可以改善冷卻速率又可以降低缸蓋的重量。

在方法技術上提出，缸蓋鑄造成薄壁鑄件，其中，接著鑄入能發泡的金屬材料，該金屬材料發泡成開孔式金屬蜂窩狀結構。

附圖說明

下面參照兩個附圖詳細描述本發明的優選實施例以及本發明的進一步改進措施。附圖示出：

圖1根據本發明的具有缸蓋和剖切的活塞殼體的壓縮機的側視圖，和

圖2根據本發明的根據圖1的缸蓋的立體視圖。

具體實施方式

根據圖1，壓縮機2具有缸蓋1和活塞殼體8，其中，在活塞殼體8和缸蓋1之間布置了閥板9。壓縮機2通過軸10來驅動。活塞殼體8在閥板9附近被剖切，使得活塞室11可見。這里未示出的活塞在活塞室11內部軸向上下運動。

根據圖2，缸蓋1具有四個冷卻劑引導區域3a-3d以及兩個空氣引導區域4a，4b。四個冷卻劑引導區域3a-3d基本圍繞兩個空氣引導區域4a，4b來布置，其中，四個冷卻劑引導區域3a-3d直接鄰接空氣引導區域4a，以便冷卻壓縮空氣。閥板9也被這里未示出的冷卻劑引導通道蜿蜒形地穿過。

兩個空氣引導區域4a，4b包括用于向壓縮機2中饋給要壓縮的空氣的空氣導入通道5和用于排出被壓縮機2壓縮后的壓縮空氣的空氣導出通道6。要壓縮的空氣從缸蓋1上的這里未示出的接頭導入活塞室11。在活塞室11中的空氣被壓縮之后，壓縮空氣通過這里未示出的排出閥被泄放并且通過空氣導出通道6向缸蓋1上的接頭被引導。

空氣導出通道6包括開孔式金屬蜂窩狀結構7，該開孔式金屬蜂窩狀結構被劃分為六個子區段7a-7f。開孔式金屬蜂窩狀結構7提供通過在最窄的空間上參與熱量傳導的表面所實現的非常好的排熱。此外，通過開孔式金屬蜂窩狀結構7附加地得到一種改善缸蓋1的機械強度的支撐結構，由此在熱量傳導路徑短的情況下實現了缸蓋壁的小壁厚。為了制造具有開孔式金屬蜂窩狀結構7的缸蓋1，缸蓋1鑄造成薄壁鑄件，其中，接著鑄入能發泡的金屬材料，該金屬材料發泡成開孔式金屬蜂窩狀結構7。

此外，缸蓋1適合于具有ESS(節能系統，Energie Saving System)的壓縮機2。對此，缸蓋1具有兩個用于這里未示出的ESS活塞的開口13a，13b以及一個無效體積14和用于ESS操控裝置的鉆孔15。此外，缸蓋1具有八個用于這里未示出的缸蓋螺栓的開口12a-12h。

參考標記列表

1 缸蓋

2 壓縮機

3a-3d 冷卻劑引導區域

4a,4b 空氣引導區域

5 空氣導入通道

6 空氣導出通道

7a-7f 蜂窩狀結構

8 活塞殼體

9 閥板

10 軸

11 活塞室

12a-12b 開口

13a,13b 開口

14 無效體積

15 鉆孔