ES2941536T3 - Máquina de pistones, sistema modular para una máquina de pistones así como procedimiento para la fabricación de una máquina de pistones - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un sistema de construcción modular para una máquina de pistones (100), que comprende al menos dos partes de carcasa separadas que se pueden unir para formar una carcasa (1) de la máquina de pistones (100), un pistón pivotante (15) que es diseñado como elemento giratorio y se puede proporcionar en la carcasa (1), y una cubierta de carcasa (7) para cubrir la carcasa (1). En particular, la máquina de pistones (100) está diseñada como un sistema de construcción modular, cuyos componentes están formados por múltiples segmentos que se unen entre sí tanto en dirección horizontal como vertical. La invencion tambien se refiere a una maquina de pistones (100) fabricada usando el sistema de construccion modular, y a un metodo para producir una maquina de pistones (100). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Máquina de pistones, sistema modular para una máquina de pistones así como procedimiento para la fabricación de una máquina de pistones

La invención se refiere a una máquina de pistones con una carcasa de varias piezas, a un sistema modular para una máquina de pistones, así como a un procedimiento para la fabricación de una máquina de pistones por medio de un sistema modular.

Los compresores son conocidos del estado de la técnica, por ejemplo, de los documentos DE 102010 036977 B3, DE 102014208939 A1, DE 102008040574 B4, DE 102014214435 A1, WO 2015/173255 A1, US 5228414 A1 y DE 19901 110 A1. Para satisfacer los requisitos de una aplicación específica, a nivel mundial existe una gran cantidad de compresores concebidos de distintas maneras. En el campo de los compresores, por ejemplo, existen compresores alternativos, scroll, de dientes rotativos y de tornillo. Entre los compresores mencionados, también se puede hacer una distinción entre compresores con inyección de aceite y compresores sin aceite. Por regla general, cada tipo de compresor debe construirse y desarrollarse especialmente para la respectiva aplicación. Por al ajuste fino de los rangos de transporte, en el ámbito con inyección de aceite se necesitan varios cientos de variantes de compresores. Además, hay más de cien variantes en el ámbito libre de aceite. En general, la gran cantidad de compresores diferentes genera altos costos de investigación, desarrollo, producción, almacenamiento y servicio. Existe una variedad igualmente grande en el campo de las bombas, los motores de gas comprimido y los motores de expansión.

Por lo tanto, la presente invención tiene el objetivo de reducir los costos generales, por ejemplo, los costes de fabricación y costes de servicio, y para reducir los costes de fabricación de compresores, bombas y/o motores.

Este objetivo se consigue mediante la máquina de pistones de acuerdo con la reivindicación principal. Además, el objetivo se consigue mediante un procedimiento para la producción de la máquina de pistones. Variantes ventajosas resultan de las características de las reivindicaciones dependientes y los ejemplos de realización.

De acuerdo con un aspecto de la invención, se divulga una máquina de pistones oscilantes que comprende: un pistón, una carcasa con una cámara de trabajo con al menos una abertura de entrada y al menos una abertura de salida, en la que el pistón está montado de forma pivotante en la cámara de trabajo alrededor de un eje de pivotamiento y en la que el pistón está unido activamente a al menos un árbol montado de forma giratoria; y en la que la cámara de trabajo está formada por una pluralidad de piezas de carcasa así como por una tapa de carcasa y una pared frontal, presentando las piezas de carcasa en la dirección longitudinal al eje de pivotamiento al menos dos paredes laterales separadas para delimitar la cámara de trabajo, y en la que al menos dos piezas de carcasa separadas están dispuestas axialmente una detrás de la otra con respecto al eje de pivotamiento

Según una variante de realización, están previstos dos pistones que forman una cámara de trabajo común, estando dispuestos los dos pistones entre una primera posición en la que los pistones están dispuestos a una distancia mínima entre sí, pero sin contacto (preferentemente presentan a la temperatura de funcionamiento un intersticio entre (preferentemente aproximadamente) 1/100 y 5/100 mm), y una segunda posición, en la que los pistones están a una distancia máxima entre sí y están configurados de forma pivotante, estando los pistones en ambas posiciones (preferentemente permanentemente) dispuestos de forma desplazada 180° (el círculo completo es de 360°). Esto resulta ventajoso, ya que de esta manera se hace posible un funcionamiento con pocas vibraciones o sin vibraciones.

Según una variante de realización, están previstos dos pistones que forman una cámara de trabajo común, estando los dos pistones dispuestos entre una primera posición en la que los pistones están dispuestos a una distancia mínima entre sí, pero sin contacto (preferentemente presentan a la temperatura de funcionamiento un intersticio entre (preferentemente aproximadamente) 1/100 y 5/100 mm), y una segunda posición, en la que los pistones están a una distancia máxima entre sí, están configurados de forma pivotante, estando los pistones dispuestos de forma desplazada 180° en ambas posiciones (preferentemente de forma permanente). De manera preferente, en la cámara de trabajo común está prevista al menos una abertura de refrigeración, pero preferentemente al menos dos aberturas de refrigeración, estando las dos aberturas de refrigeración abiertas en la segunda posición. Preferentemente, los dos aberturas de refrigeración están cerradas en la primera posición.

Según una variante de realización, están previstos tres pistones y tres aberturas de refrigeración asignadas a los respectivos pistones, estando dispuestos un primer pistón y un segundo pistón en una primera posición a una distancia mínima entre sí, pero sin contacto (presentan preferentemente a la temperatura de funcionamiento un intersticio entre (preferentemente aproximadamente) 1/100 y 5/100 mm), mientras que en la primera posición está dispuesto un tercer pistón a una distancia máxima del segundo pistón, estando dispuestos el segundo pistón y el tercer pistón en una segunda posición a una distancia mínima entre sí, pero sin contacto (presentan preferentemente a la temperatura de funcionamiento un intersticio entre (preferentemente aproximadamente) 1/100 y 5/100 mm), mientras que en la segunda posición, el primer pistón está dispuesto a una distancia máxima del segundo pistón.

Preferentemente, la abertura de refrigeración asignada al primer pistón está cerrada en la primera posición, mientras que la abertura de refrigeración asignada al segundo pistón y la abertura de refrigeración asignada al tercer pistón están abiertas, estando cerrada la abertura de refrigeración asignada al tercer pistón en la segunda posición, mientras que la abertura de refrigeración asignada al segundo pistón y la abertura de refrigeración asignada al primer pistón están abiertas.

De acuerdo con una variante de realización, al menos dos paredes laterales separadas son de construcción idéntica. Según una variante de realización, al menos todas las paredes laterales son de construcción idéntica.

Según una variante de realización, la al menos una cámara de trabajo está delimitada a lo largo del eje de pivotamiento del pistón por la pared frontal y la tapa de carcasa.

Según una variante de realización, la cámara de trabajo está delimitada transversalmente al eje de pivotamiento por un semicojinete, dos paredes laterales separadas así como una pared lateral en forma de arco circular.

Según una variante de realización, las paredes laterales que delimitan la cámara de trabajo transversalmente al eje de pivotamiento están formadas respectivamente por una pluralidad de piezas de carcasa de construcción idéntica, que están dispuestas axialmente una tras otra.

Según una variante de realización, las al menos dos paredes laterales separadas están unidas entre sí de forma separable.

Según una variante de realización, las al menos dos paredes laterales separadas están dispuestas simétricamente a un plano que se extiende perpendicularmente al plano de pivotamiento y a lo largo del eje longitudinal del al menos un pistón en una posición central.

Según una variante de realización, todas las piezas de carcasa están dispuestas simétricamente a un plano que se extiende perpendicularmente al plano de pivotamiento ya lo largo del eje longitudinal del pistón en una posición central.

El sistema modular para una máquina de pistones comprende

- al menos dos piezas de carcasa separadas que pueden juntarse formando una carcasa de la máquina de pistones,

- un pistón configurado como elemento pivotante, que se puede hacer pivotar y que se puede disponer en la carcasa, y

- una tapa de carcasa para cubrir la carcasa.

En este contexto, "por separado" significa en particular que antes de que las piezas de carcasa se ensamblen formando una carcasa, existen piezas de carcasa individuales que se pueden ensamblar y/o unir entre sí para formar la carcasa de la máquina de pistones. Por lo tanto, en particular, con el sistema modular puede fabricarse una máquina de pistones en modo de construcción modular. Las piezas de carcasa separadas se pueden fabricar con un esfuerzo significativamente menor que una carcasa completa de una sola pieza, lo que trae una reducción de costes significativa. Además, las piezas de carcasa individuales se pueden intercambiar o combinar en caso de necesidad, por ejemplo, si una o varias piezas de la carcasa o piezas de pistón (ver más abajo) se dañan durante el funcionamiento de la máquina de pistones. Además, al construir la carcasa, las piezas de carcasa individuales o las piezas de pistón pueden adaptarse u optimizarse respectivamente sin tener que fabricar cada vez una carcasa completamente nueva.

Una máquina de pistones fabricada con el sistema modular de acuerdo con la reivindicación 1 se caracteriza por lo tanto por su estructura modular y puede ensamblarse a modo de un sistema modular. En general, los costes y el esfuerzo de construcción, fabricación, almacenamiento, distribución, mantenimiento y reparación pueden reducirse significativamente mediante la estructura modular de la máquina de pistones.

El pistón también puede presentar al menos dos piezas de pistón separadas. El pistón puede presentar, por ejemplo, piezas de pistón que pueden disponerse axialmente una detrás de otra. Alternativa o adicionalmente, el pistón también puede presentar varias piezas de pistón que pueden estar conectadas entre sí en dirección radial. Las piezas de pistón separadas pueden estar realizadas de manera que pueden unirse entre sí. El pistón puede estar realizado de manera que puede fijarse a un cilindro giratorio. El cilindro giratorio también puede presentar varios discos cilíndricos giratorios que pueden conectarse entre sí en dirección axial. En una forma de realización, el sistema "pistón / cilindro giratorio" comprende varios discos axiales de una sola pieza.

Al proporcionar varias piezas de pistón y varias piezas de carcasa, se puede variar un volumen de trabajo o de cámara de la máquina de pistones sin tener que construir o desarrollar para ello una máquina de pistones completamente nueva. De esta manera, un volumen de cámara o de trabajo de una máquina de pistones existente se puede aumentar o disminuir según se requiera sin tener que fabricar un nuevo motor de pistón.

Una variante básica del sistema modular puede estar definido por un tamaño determinado de la pared frontal y la tapa de carcasa. Variando el número de piezas de carcasa y piezas de pistón entre la pared frontal y la tapa de carcasa, con un número relativamente pequeño de variantes básicas del sistema modular (por ejemplo, 9 o menos) se puede cubrir una gran parte del mercado de máquinas de pistones con un solo tipo de máquina, mientras que en el estado de la técnica se requieren varios tipos de máquina diferentes (por ejemplo, compresor de pistón, scroll, de dientes rotativos y de tornillo) y varios cientos de variantes.

Preferentemente, el número de piezas de carcasa es mayor que el número de piezas de pistón. Preferentemente, las piezas de carcasa adyacentes (fijadas de forma permanente pero desmontable) están en contacto directo entre sí. Preferentemente, las respectivas superficies de contacto de las piezas de carcasa están realizadas de forma (totalmente) plana.

Preferentemente, la máquina de pistones está configurada como máquina de pistones oscilantes. Más preferentemente, la máquina de pistones está configurada como máquina de pistones como compresor de pistón pivotante.

A continuación, un eje de pivotamiento del pistón define una dirección axial. En una forma de realización, las piezas de carcasa individuales pueden disponerse axialmente una detrás de otra. Adicional o alternativamente, las piezas de pistón pueden estar realizadas de manera que pueden disponerse axialmente una detrás de otra. En este contexto, el término "poder disponerse axialmente uno detrás de otro" significa que los componentes pueden disponerse uno detrás de otro en la dirección longitudinal del eje de pivotamiento. El término "poder disponerse axialmente uno al lado de otro" significa que los componentes tienen la misma posición axial con respecto a la máquina de pistones y están situados, por ejemplo, en el mismo plano de pivotamiento, en cuyo caso el plano de pivotamiento está descrito por un movimiento de pivotamiento del pistón y está orientado perpendicularmente al eje de pivotamiento.

El sistema modular comprende habitualmente una o varias o cada una de las siguientes piezas de carcasa:

- una pared frontal opuesta a la tapa de carcasa,

- una pared en forma de arco circular,

- un primer semicojinete, opuesto a la pared en forma de arco circular, para soportar el pistón y/o

- al menos una pared lateral que delimita un ángulo de pivotamiento del pistón, por ejemplo, dos paredes laterales opuestas que delimitan el ángulo de pivotamiento del pistón.

De acuerdo con la invención, resulta preferente que la (al menos una) cámara de trabajo de la máquina de pistones esté delimitada, con respecto al eje de pivotamiento del pistón, en el lado delantero por una tapa de carcasa y en el lado trasero por una pared frontal. Además, la (al menos una) cámara de trabajo de la máquina de pistones está delimitada, con respecto al eje de pivotamiento del pistón, en el lado superior por una pared en forma de arco circular y en el lado inferior por un semicojinete. Los lados de la (al menos una) cámara de trabajo que se extienden entre la tapa de carcasa y la pared frontal están delimitados por paredes laterales opuestas.

De acuerdo con la invención, resulta preferente que una o varias o todas las siguientes piezas de carcasa:

- tapa de carcasa

- pared frontal,

- pared en forma de arco circular,

- semicojinete y/o

- al menos una pared lateral,

están divididas horizontal y/o verticalmente, es decir, que los componentes mencionados están ensamblados a partir de varios segmentos que se extienden transversalmente y/o longitudinalmente con respecto a su respectiva dirección de extensión.

En el caso de la tapa de carcasa y la pared frontal, esto significa que varios segmentos de estos componentes se extienden respectivamente a lo largo de una dirección vertical entre el semicojinete y la pared en forma de arco circular y/o a lo largo de una dirección horizontal entre la primera pared lateral (izquierda) y la segunda pared lateral (derecha). En el caso del semicojinete y la pared en forma de arco circular, esto significa que respectivamente varios segmentos de estos componentes se extienden a lo largo de una dirección axial a lo largo del eje de pivotamiento y/o a lo largo de una dirección horizontal entre la primera pared lateral (izquierda) y la segunda pared lateral (derecha).

En el caso de las paredes laterales, esto significa que varios segmentos de estos componentes se extienden respectivamente a lo largo de una dirección axial a lo largo del eje de pivotamiento y/o a lo largo de una dirección vertical entre el semicojinete y la pared en forma de arco circular.

El número preferente de segmentos de los componentes mencionados se sitúa entre 2 y 10, más preferentemente entre 3 y 5.

El número de segmentos de los componentes mencionados a lo largo de una de las tres direcciones (axial, vertical, horizontal) es preferentemente el mismo respectivamente.

Si la máquina de pistones presenta varias cámaras de trabajo, de acuerdo con la invención resulta preferente que cada una de las cámaras de trabajo esté delimitada por al menos dos segmentos separados de (al menos uno, preferentemente cada uno de) los componentes mencionados anteriormente, que están dispuestos respectivamente axialmente uno detrás de otro.

Si la máquina de pistones presenta varias cámaras de trabajo, de acuerdo con la invención, adicional o alternativamente resulta preferente que cada una de las cámaras de trabajo esté delimitada por al menos dos segmentos separados de (al menos uno, preferentemente cada uno de) los componentes mencionados anteriormente, que están dispuestos respectivamente horizontalmente uno detrás de otro.

Si la máquina de pistones presenta varias cámaras de trabajo, de acuerdo con la invención, adicional o alternativamente resulta preferente que cada una de las cámaras de trabajo esté delimitada por al menos dos segmentos separados de (al menos uno, preferentemente cada uno de) los componentes mencionados anteriormente, que están dispuestos verticalmente uno detrás de otro.

Si la máquina de pistones presenta exactamente una cámara de trabajo, de acuerdo con la invención resulta preferente que esta cámara de trabajo esté delimitada por al menos dos segmentos separados de (al menos uno, preferentemente cada uno de) los componentes anteriores, que están dispuestos axialmente uno detrás de otro.

Si la máquina de pistones presenta exactamente una cámara de trabajo, de acuerdo con la invención, adicional o alternativamente resulta preferente que esta cámara de trabajo esté delimitada por al menos dos segmentos separados de (al menos uno, preferentemente cada uno de) los componentes mencionados anteriormente, que están dispuestos horizontalmente uno detrás de otro.

Si la máquina de pistones presenta exactamente una cámara de trabajo, de acuerdo con la invención, adicional o alternativamente resulta preferente que esta cámara de trabajo esté delimitada por al menos dos segmentos separados de (al menos uno, preferentemente cada uno de) los componentes mencionados anteriormente, que están dispuestos verticalmente uno detrás de otro.

Al menos dos de las piezas de carcasa separadas mencionadas anteriormente pueden estar realizadas de manera que pueden unirse entre sí. Después de juntar las piezas de carcasa, la carcasa de la máquina de pistones, fabricada con el sistema modular, generalmente comprende una o varias o cada una de las piezas de carcasa mencionadas anteriormente. En el presente documento, el término "pieza de carcasa" puede entenderse como una, varias o cada una de las piezas de carcasa mencionadas anteriormente. En el presente documento, la tapa separada se considera como no perteneciente a la carcasa.

Según el caso de aplicación, algunas o todas las piezas de carcasa pueden estar hechas de un metal, una cerámica y/o una materia sintética o una combinación de los anteriores. Según la aplicación de la máquina de pistones, algunas o todas las piezas de pistón pueden estar hechas de un metal, una cerámica o una materia sintética, o una combinación de metal y/o cerámica y/o materia sintética.

Habitualmente, la pared frontal y la tapa de carcasa pueden orientarse paralelamente entre sí. Si están previstas, las paredes laterales generalmente pueden disponerse en un ángulo entre sí, correspondiente a un ángulo de pivotamiento del pistón.

La pared en forma de arco circular, la al menos una pared lateral y/o el semicojinete pueden estar dispuestos normalmente axialmente entre la tapa de carcasa y la pared frontal de la carcasa.

En una forma de realización, entre la tapa de carcasa y la pared frontal puede disponerse al menos una pieza de carcasa. Puede estar previsto que entre la tapa de carcasa y la pared frontal pueda disponerse una única pieza de carcasa de una sola pieza. Esta pieza de carcasa de una sola pieza puede formar, por ejemplo, la pared en forma de arco circular, una o dos paredes laterales y/o el semicojinete. En otra forma de realización, entre la tapa de carcasa y la pared frontal pueden estar dispuestas al menos dos piezas de carcasa separadas.

Por ejemplo, la pared en forma de arco circular presenta al menos dos piezas de pared separadas que preferentemente pueden unirse entre sí. Las piezas de pared de la pared en forma de arco circular pueden estar realizadas de manera que puedan disponerse axialmente una detrás de otra y/o axialmente una al lado de otra.

Opcionalmente, el semicojinete comprende al menos dos piezas de semicojinete separadas que preferentemente se pueden unir entre sí. Las piezas de semicojinete normalmente pueden disponerse axialmente una detrás de otra.

En una variante, la al menos una pared lateral comprende al menos dos piezas de pared lateral separadas que preferentemente pueden unirse entre sí. Las piezas de pared lateral pueden estar realizadas de manera que pueden disponerse axialmente una detrás de otra.

Si varios de los componentes mencionados anteriormente están dispuestos axialmente uno tras otro, se puede variar el tamaño de la máquina de pistones en la dirección axial. Las piezas de carcasa y/o piezas de pistón pueden disponerse una detrás de otra a modo de disco. En este caso, las piezas de carcasa y las piezas de pistón pueden denominarse discos de carcasa o discos de pistón. La pared frontal de la carcasa y la tapa de carcasa pueden permanecer iguales cuando la carcasa se expande o se reduce axialmente, por ejemplo, si varias piezas de pistón están conectadas axialmente una detrás de otra. En este caso, un número igual de piezas de pared, un número igual de piezas de semicojinete y un número igual de piezas de pared lateral pueden conectarse axialmente una detrás de otra en la dirección longitudinal del eje de pivotamiento del pistón.

De esta manera, la máquina de pistones fabricada con el sistema modular, por tanto, puede tener una sola pared frontal, N piezas de pistón, N piezas de pared de la pared en forma de arco circular, N piezas de semicojinete y/o N piezas de pared lateral, siendo N un número entero positivo mayor o igual a dos. Por ejemplo, N puede ser igual a 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 o incluso más. También puede estar prevista una sola tapa de carcasa. La pared frontal y/o la tapa de carcasa también pueden estar realizadas en varias piezas. En una forma de realización, al menos dos de los componentes mencionados anteriormente (piezas de pistón o piezas de carcasa) son de construcción idéntica. En otra forma de realización, las piezas de pistón, las piezas de pared de la pared en forma de arco circular, las piezas de semicojinete y/o las piezas de pared lateral tienen dimensiones idénticas o diferentes en dirección axial. Por lo tanto, el sistema modular puede comprender diferentes componentes con dimensiones idénticas o diferentes en la dirección axial.

El sistema modular también puede comprender una caja de engranajes formada por una o varias piezas. En una configuración, la caja de engranajes se puede disponer en contacto con la pared frontal y se puede unir a la pared frontal.

En una forma de realización, el sistema modular presenta medios para fijar, juntar y/o fijar las piezas de carcasa y/o piezas de pistón. Por ejemplo, las piezas de carcasa y/o las piezas de pistón están unidas entre sí por medio de una unión de chaveta y ranura, espigas, tales como espigas de fijación, espigas de sujeción. Adicional o alternativamente a los métodos de unión mencionados anteriormente, las piezas de pistón y/o piezas de carcasa pueden estar soldadas directamente, encoladas o soldadas indirectamente entre sí. Para ello, para las piezas de pistón y/o piezas de carcasa pueden estar previstos puntos de soldadura directa, puntos de encolado o puntos de soldadura indirecta predeterminados. Preferentemente, los medios para fijar, juntar y/o fijar las piezas de carcasa y/o piezas de pistón están configurados como medios para la fijación reversible o la juntura reversible o la fijación reversible de las piezas de carcasa y/o piezas de pistón. Esto resulta ventajoso, porque una máquina de pistones de acuerdo con la invención puede modificarse (variarse) de forma particularmente sencilla en cuanto a su tipo de construcción (por ejemplo, el tamaño de las cámaras).

Resulta especialmente preferente que (todas) las piezas de carcasa y/o las piezas de pistón estén conectadas entre sí de tal manera que las piezas de carcasa (piezas de pistón) estén unidas entre sí de forma permanente, pero reversiblemente separable. Esto significa que la unión se puede soltar de manera reversible de tal manera que las piezas de carcasa (piezas de pistón) y en particular sus superficies de contacto permanezcan sin cambios y, por lo tanto, se puedan reutilizar.

En una configuración, el sistema modular comprende al menos un segundo pistón configurado como elemento pivotante, que puede hacerse pivotar y disponerse en la carcasa. Detalles relativos a la máquina de pistones de múltiples pistones se describen, por ejemplo, en el documento DE 10 2010 036 977 B3. En este caso, el sistema modular o la carcasa de la máquina de pistones pueden presentar una segunda pared en forma de arco circular y un segundo semicojinete, opuesto a la segunda pared en forma de arco circular, para soportar el segundo pistón.

Por la estructura modular de la máquina de pistones, se pueden concebir diferentes tipos de cámaras de trabajo dentro de una sola máquina de pistones. En una forma de realización, la carcasa presenta una cámara de trabajo propia para cada pistón, teniendo al menos dos cámaras de trabajo dimensiones/volúmenes diferentes o idénticos y/o funciones diferentes o idénticos. Como funciones de las cámaras de trabajo entran en consideración, por ejemplo, la de compresor, de bomba o de motor. Por lo tanto, mientras que una cámara de trabajo de la máquina de pistones está diseñada como compresor, otra cámara de trabajo de la máquina de pistones puede trabajar, por ejemplo, como bomba. Además, mediante diferentes cámaras de trabajo en una sola máquina de pistones se pueden proporcionar diferentes etapas de compresor o bomba.

La segunda pared en forma de arco circular y el semicojinete pueden estar configurados, por ejemplo, como primera pieza de cabeza de cámara. Opcionalmente, el segundo semicojinete y la pared en forma de arco circular están realizados como segunda pieza de cabeza de cámara. La primera pieza de cabeza de cámara y la segunda pieza de cabeza de cámara pueden tener respectivamente una forma idéntica o respectivamente una forma diferente. La pieza de cabeza de cámara puede comprender varias piezas parciales (discos) conformadas en una sola pieza que están dispuestas axialmente una detrás de otra.

Alternativamente, la pared en forma de arco circular, el semicojinete, la segunda pared en forma de arco circular y el segundo semicojinete pueden estar configurados respectivamente como piezas de carcasa separadas.

El sistema modular puede presentar un accionamiento o una toma de fuerza para la máquina de pistones, que puede estar realizarse de manera que puede unirse al pistón, por ejemplo, a través de un eje. El experto en la materia sabe que existen muchas posibilidades para la construcción del accionamiento o la toma de fuerza. Por lo tanto, la invención no se limita a un accionamiento o una toma de fuerza determinados.

Además, con la presente invención se propone una máquina de pistones fabricada con el sistema modular mencionado anteriormente. En una forma de realización, la máquina de pistones comprende al menos un componente que puede ser reemplazado por un componente de construcción idéntica. Si resulta que un componente de la máquina de pistones está dañado, este componente se puede reemplazar por un componente idéntico con la ayuda del sistema modular.

La carcasa puede presentar al menos una abertura de refrigeración para la refrigeración por convección del pistón por medio de un líquido refrigerante. Según la aplicación o la necesidad, la abertura de refrigeración puede estar dispuesta en diferentes puntos de la carcasa. En una forma de realización, la abertura de refrigeración es una abertura, como un intersticio, formada entre dos piezas de carcasa separadas. Para formar la abertura de refrigeración, las piezas de carcasa pueden estar al menos parcialmente separadas entre sí. Por ejemplo, la abertura de refrigeración puede estar formada por un intersticio entre dos piezas de pared o piezas de pared lateral situadas a una distancia entre sí. La abertura de refrigeración también puede estar formada omitiendo determinadas piezas de carcasa, piezas de pared o piezas de pared lateral, por ejemplo, omitiendo una de las paredes laterales u omitiendo ambas paredes laterales. Alternativa o adicionalmente, la abertura de refrigeración también puede estar prevista en una de las piezas de carcasa mencionadas. En este caso, por ejemplo, entraría en consideración un taladro en la pieza de carcasa correspondiente. Por ejemplo, la abertura de refrigeración puede estar prevista en la pared en forma de arco circular, en la pared frontal y/o en al menos una pared lateral. Alternativa o adicionalmente, la abertura de refrigeración también puede estar prevista en la tapa de carcasa o en la pared frontal. La abertura de refrigeración normalmente difiere de posibles válvulas de entrada o de salida. El experto en la materia puede obtener más detalles relativos a las aberturas de refrigeración posibles en la publicación WO 2015/173255 a 1.

La máquina de pistones mencionada anteriormente puede utilizarse como máquina de trabajo en forma de una bomba de pistón y de un compresor de pistón o como máquina motriz en forma de motor de gas comprimido o motor hidráulico para convertir en movimiento la presión generada en la cámara de trabajo. La máquina de pistones permite además un modo de funcionamiento básicamente exento de aceite, lo que es particularmente deseable para su aplicación como bomba de vacío, bomba de agua o compresor.

Preferentemente, la máquina de pistones de acuerdo con la invención está configurada como máquina de pistones exenta de aceite. Exento de aceite en el sentido de la presente invención significa que (todas) las piezas móviles de la máquina de pistones están exentas de aceite.

En cuanto a las propiedades de las piezas de pistón y las piezas de carcasa de la máquina de pistones, se remite a las declaraciones anteriores sobre el sistema modular. Las características que solo se mencionaron en relación con el sistema modular descrito anteriormente también se pueden reivindicar para la máquina de pistones y viceversa.

De acuerdo con la invención, es posible prever varias posibilidades de accionamiento, por ejemplo, un accionamiento de bucle en el pistón o por separado en el engranaje de la palanca pivotante o como accionamiento con un cigüeñal a través de una biela hacia la palanca pivotante y otros.

De acuerdo con la invención, es posible que la máquina de pistones funcione con cojinetes de rodillos lubricados de manera permanente sin contacto con el pistón o las superficies de rodadura y, básicamente, de forma exenta de aceite y sin función de estanqueización. Los pistones funcionan en la cámara sin contacto.

De acuerdo con la invención, es posible que no esté prevista ninguna pieza de curva, en cuyo caso la carcasa de cámara puede estar realizada en varias piezas (varios segmentos por componente) en todos los puntos. Asimismo, los pistones pueden estar realizados en varias piezas lateralmente (horizontalmente) y verticalmente (sistema modular completo).

De acuerdo con la invención, es posible que los pistones funcionen sin superficies de rodadura y también que no estén guiados por una pieza de curva. Los pistones trabajan preferentemente sin contacto y de forma exenta de aceite.

De acuerdo con la invención, es posible que con dos o más pistones no esté previsto ningún engrane de rodadura ni dentado. Los pistones trabajan sin contacto con los demás pistones y también trabajan sin contacto con las paredes de cámara; por lo tanto, es posible un funcionamiento exento de aceite.

De acuerdo con la invención, es posible que la máquina de pistones esté realizada como un sistema de 2 tiempos con admisión y compresión (a cada lado de los pistones). La máquina de pistones está configurada para realizar dos carreras de trabajo con un giro de 360° del cigüeñal.

Además, con la presente invención se propone un procedimiento para la fabricación de una máquina de pistones. El procedimiento comprende al menos los siguientes pasos:

- la puesta a disposición del sistema modular descrito anteriormente,

- la juntura de las piezas de carcasa mencionadas formando una carcasa,

- la inserción del pistón en la carcasa,

- el cierre de la carcasa por medio de la tapa de carcasa, y

- la formación de la máquina de pistones.

Si están previstas varias piezas de pistón, las piezas de pistón se disponen en la carcasa. A continuación, el pistón configurado como elemento pivotante que se puede hacer pivotar y está dispuesto en la carcasa, puede formarse mediante las piezas de pistón. Las piezas de pistón también se pueden ensamblar fuera de la carcasa formando el pistón. A continuación, el pistón puede insertarse en la carcasa.

En cuanto a las propiedades de las piezas de pistón y las piezas de carcasa, se hace referencia a las declaraciones anteriores en relación con el sistema modular y/o la máquina de pistones. Las características que solo se mencionaron en relación con el sistema modular descrito anteriormente o la máquina de pistones descrita anteriormente también pueden reivindicarse para el procedimiento para la fabricación de la máquina de pistones y viceversa.

En general, por la modularidad del sistema modular resulta una serie de ventajas en comparación con las carcasas de máquinas de pistones de una sola pieza del estado de la técnica:

- menores costes de desarrollo y de procesos comerciales

- reducción de los costes de coordinación y comunicación;

- flexibilidad en el desarrollo de productos y de organización;

- ciclos de producto más rápidos y mayor adaptabilidad: cuando se dispone de diferentes módulos compatibles que se pueden montar, desmontar, cambiar o agrupar de forma diferente para adaptar el sistema a nuevas condiciones. Una máquina de pistones de una sola pieza, por otro lado, generalmente solo puede hacer tales adaptaciones en forma de un cambio estructural costoso.

- flexibilidad en la oferta, mayor variedad de productos;

- con las variantes de cámaras múltiples, se pueden usar diferentes aplicaciones simultáneamente con una máquina, por ejemplo, como bomba de compresión, de vacío, hidráulica o de agua; en cuyo caso una de las cámaras puede accionar estas aplicaciones como motor de gas en lugar de un motor eléctrico;

- como compresor se pueden comprimir varias etapas en una carcasa;

- producción más barata debido mediante series de construcción idéntica y procesos de ensamblaje más simples; y - reparación económica mediante la sustitución del componente defectuoso.

Ejemplos de realización de la invención se explican a continuación con más detalle con la ayuda de los dibujos. Muestran

la figura 1 una vista frontal de una sección transversal de una máquina de pistones sin accionamiento de bucle de acuerdo con una variante de realización de la invención;

la figura 2 una vista frontal de otra sección transversal de una máquina de pistones con accionamiento por bucle de acuerdo con otra variante de realización de la invención;

la figura 3a un alzado lateral de la máquina de pistones de la figura 2 con segmentos verticales y horizontales; la figura 3b una representación en perspectiva de la máquina de pistones de la figura 2 con segmentos verticales y horizontales;

la figura 3c un alzado lateral de una máquina de pistones multietapa de acuerdo con otra variante de realización de la invención con segmentos verticales y horizontales;

la figura 4 una vista de un pistón de la máquina de pistones de las figuras 2 a 3a con segmentos verticales y horizontales;

la figura 5 una vista de una sección transversal de otra máquina de pistones con accionamiento de bucle en la carcasa, con lubricación por aceite y con una cámara de trabajo;

la figura 6 una vista de una sección transversal de otra máquina de pistones con accionamiento de bucle en el pistón y dos cámaras de trabajo;

la figura 7 una vista de una sección transversal de una máquina de pistones con dos pistones y tres cámaras en un primer estado de funcionamiento;

la figura 8 una vista de una sección transversal de la máquina de pistones de la figura 7 en un segundo estado de funcionamiento;

la figura 9 una vista de una sección transversal de otra máquina de pistones con dos pistones, dos aberturas de refrigeración laterales y una sola cámara central en un primer estado de funcionamiento;

la figura 10 una vista de una sección transversal de la máquina de pistones de la figura 9 en un segundo estado de funcionamiento;

la figura 11 una vista de una sección transversal de otra máquina de pistones con dos pistones, dos aberturas de refrigeración y tres cámaras;

la figura 12a una vista de una sección transversal de otra máquina de pistones con dos pistones, sendas aberturas de refrigeración lateral y superior y una cámara en un primer estado de funcionamiento; la figura 12b una vista de una sección transversal de otra máquina de pistones con dos pistones, sendas aberturas de refrigeración lateral y superior y una cámara en un segundo estado de funcionamiento;

la figura 13 una vista de una sección transversal de otra máquina de pistones con dos pistones dobles y siete cámaras;

la figura 14 una vista de una sección transversal de otra máquina de pistones con tres pistones y cuatro cámaras; la figura 15a una vista de una sección transversal de otra máquina de pistones con tres pistones, tres aberturas de refrigeración y dos cámaras en un primer estado de funcionamiento, y

la figura 15b una vista de una sección transversal de otra máquina de pistones con tres pistones, tres aberturas de refrigeración y dos cámaras en un segundo estado de funcionamiento.

En las figuras, los elementos funcionalmente idénticos y recurrentes están provistos de los mismos signos de referencia.

Con la invención, se proporciona un sistema modular para la fabricación de una máquina de pistones 100. El sistema modular comprende en este caso varias piezas de carcasa separadas que se pueden juntar entre sí formando una carcasa 1 de la máquina de pistones 100, al menos un pistón 15 configurado como elemento pivotante, que se puede hacer pivotar y disponer en la carcasa 1, y una tapa de carcasa 7 para cubrir la carcasa 1. En las figuras 1 a 15 y la correspondiente descripción de figuras, se describen diferentes formas de realización de máquinas de pistones 100 fabricadas con el sistema modular de acuerdo con la invención. Por ejemplo, las máquinas de pistones conocidas por las publicaciones DE 102010036977 B3, DE 102014214435 A1, DE 102008 040574 B4 y WO 2015/173255 A1 se pueden fabricar con el sistema modular del presente documento.

En lo sucesivo, en primer lugar, se hace referencia a las figuras 1 a 3. En las figuras 1 a 3 se muestra una máquina de pistones oscilantes 100 que comprende una carcasa 1 y una caja de engranajes 4. La carcasa 1 forma una cámara de trabajo 2 en la que está dispuesto un pistón 15. La cámara 2 tiene una sección transversal en forma de sector circular y, se limita de manera correspondiente a la forma de un sector de cilindro, está definida por dos paredes laterales 5, 6 dispuestas en un ángulo a de aproximadamente 50° a 60° entre sí, una pared frontal 10, una tapa de carcasa 7, así como una pared 8 de sección transversal en forma de arco circular y un cilindro giratorio 9. A continuación de los extremos de las paredes laterales 5, 6, opuestos a la pared en forma de arco circular 8 se encuentra un semicojinete 3.

El cilindro giratorio 9 está dispuesto en el semicojinete 3 de forma giratoria alrededor de un eje de pivotamiento 14. Al cilindro giratorio 9 está fijado rígidamente un pistón 15 configurado como placa pivotante o está formado de una sola pieza, de modo que el pistón 15 puede hacerse pivotar alrededor del eje de pivotamiento 14 en el ángulo de pivotamiento a. El pistón 15, que normalmente está realizado como cuerpo hueco, se encuentra en la cámara de trabajo 2 y con un canto superior 26 está en contacto estanqueizante con una superficie interior de la pared en forma de arco circular 8 abombada. El canto superior 26 del pistón 15 tiene en sección transversal forma de arco circular. En ambas paredes laterales 5, 6 de la cámara 2 están realizadas respectivamente válvulas de entrada 22, 24 y válvulas de salida 23, 25. Un movimiento pivotante del pistón 15 define un plano de pivotamiento, estando orientadas paralelamente al plano de pivotamiento la pared frontal 10 y la tapa de carcasa 7 opuesta a la pared frontal 10. De manera análoga a la máquina de pistones 100 mostrada en la figura 9, también se puede prescindir de una o ambas paredes laterales 5, 6.

La caja de engranajes 4 está dispuesta paralelamente a la cámara de trabajo 2 y al pistón 15 y paralelamente a la tapa de carcasa 7 y la pared frontal 10. En la caja de engranajes 4 está dispuesta una palanca pivotante 16 que presenta una ranura de guía o un bucle 17 que se extienden a lo largo de su longitud. En el bucle 17 engrana un muñón de cigüeñal 18 de un cigüeñal 19 montado de forma giratoria en la carcasa de engranajes 4. El accionamiento también puede configurarse de manera diferente.

La figura 5 muestra una vista en sección transversal de otra máquina de pistones 100 que se fabricó con el sistema modular. La máquina de pistones 100 de la figura 5 se diferencia de la máquina de pistones 100 mostrada en las figuras 1 a 3 solo en que la caja de engranajes 4 no es adyacente a la tapa de carcasa 7, sino que se encuentra a continuación del semicojinete 3 en dirección radial. La caja de engranajes 4 tiene un cárter de aceite 12 para lubricar el engranaje de cigüeñal, es decir, el bucle 17 y el muñón de cigüeñal 18 que se desliza en este. La cámara de trabajo 2 está estanqueizada herméticamente con respecto a la caja de engranajes 4 por medio de juntas 13 integradas en el semicojinete. En el cilindro giratorio 9, el pistón 15 y la palanca pivotante 16 están rígidamente fijados de forma diametralmente opuesta entre sí.

La figura 6 muestra otra forma de realización más de una máquina de pistones 100 fabricada con el sistema modular y configurada con dos cámaras de trabajo 2 que se extienden de forma opuesta al cilindro giratorio 9. Las placas pivotantes de doble pistón 15, 15' pertenecientes a cada cámara de trabajo 2 y accionadas de forma sincrónica en la otra dirección respectivamente, están fijadas al cilindro giratorio 9 de forma opuesta entre sí. La biela 16 es parte integrante del el pistón 15' formado con un bucle 17 (ranura de guía), que tiene un grosor correspondientemente mayor y, por lo tanto, como muestra la figura 6, un dimensionamiento correspondientemente mayor de la cámara de trabajo 2'. El accionamiento también puede configurarse de manera diferente.

La carcasa 1 y el pistón 15, 15' de las máquinas de pistones 100 descritas anteriormente pueden estar hechos de una amplia variedad de materiales, como un metal, un material cerámico o una materia sintética.

Las máquinas de pistones 100 descritas anteriormente pueden funcionar como bomba de pistón o como compresor de pistón de la siguiente manera, pero también pueden funcionar como un motor de gas comprimido cuya función no se describe aquí:

Durante el movimiento giratorio del cigüeñal 19, el muñón de cigüeñal 18 se desliza en el bucle 17 de la palanca pivotante 16, que durante ello ejecuta un movimiento pivotante y transmite este movimiento pivotante al pistón 15, 15'.

Durante un movimiento pivotante del pistón 15 de la posición que se muestra en las figuras 1, 5 o 6 en la pared lateral izquierda 5 de la cámara 2 a la pared lateral derecha 6, la válvula de entrada izquierda 22 y la válvula de salida derecha 25 están abiertas, mientras que la válvula de salida izquierda 23 y la válvula de entrada derecha 24 están cerradas. De esta manera, un fluido previamente aspirado es expulsado de la cámara 2 a través de la válvula de salida derecha 25. En el otro lado, a través de la válvula de entrada izquierda 22 se aspira un fluido de trabajo que vuelve a ser expulsado durante un movimiento pivotante adicional del pistón estando cerrada la válvula de entrada izquierda 22 y abierta la válvula de salida izquierda 23, mientras que, en el lado derecho, es aspirado fluido a través de la válvula de entrada 24. El pistón 15 funciona por tanto como pistón doble con dos superficies de trabajo 129 y 130.

Alternativamente, puede estar previsto, por ejemplo, que el muñón de cigüeñal 18 del cigüeñal 19 engrane en un ojo de biela de una palanca pivotante unida de forma articulada al pistón 15. Sin embargo, también se pueden usar accionamientos o tomas de fuerza alternativos. El accionamiento o la toma de fuerza de la máquina de pistones 100, por lo tanto, no se limita a las formas de realización representadas.

En cuanto al modo de funcionamiento de las máquinas de pistones 100 de las figuras 1 a 6, se hace referencia, a modo de ejemplo, a las publicaciones DE 102010 036977 B3, DE 102014 214 435 A1, DE 102008 040 574 B4 y WO 2015/173255 A1, que se convierten en parte integrante del presente documento.

De acuerdo con una forma de realización de la invención, la carcasa 1 de la máquina de pistones 100 comprende al menos dos piezas de carcasa separadas que están unidas entre sí.

En la figura 1 se indica que las paredes laterales 5, 6, el semicojinete 3, la pared en forma de arco circular 8 y la pared frontal 10 forman piezas de carcasa separadas que están ensambladas formando la carcasa 1 mostrada en la figura 1. Además, la pared en forma de arco circular 8, las paredes laterales 5, 6 y el semicojinete 3 están estructurados respectivamente con varias piezas. Así, la pared en forma de arco circular 8 puede presentar una pluralidad de piezas de pared 28, pudiendo las paredes laterales 5, 6 presentar respectivamente una pluralidad de piezas de pared lateral 29 y pudiendo el semicojinete 3 presentar una pluralidad de piezas de semicojinete 30. En una forma de realización preferente, el número de piezas de pared 28, el número de piezas de pared lateral 29 y el número de piezas de semicojinete 30 es idéntico. Como se muestra en las figuras 3a y 3b, las piezas de pared 28, las piezas de pared lateral 29 y las piezas de semicojinete 30 pueden estar dispuestas una detrás de otra en dirección axial a modo de disco.

En el ejemplo de realización de las figuras 1 a 4, la pared en forma de arco circular 8 presenta tres piezas de pared separadas 28, la pared lateral 5 comprende tres piezas de pared lateral separadas 29, la pared lateral 6 comprende tres piezas de pared lateral separadas (no representadas), y el semicojinete 3 comprende tres piezas de semicojinete separadas 30. Como puede verse en las figuras 3a y 3b, las piezas de pared 28, las piezas de pared lateral 29 y las piezas de semicojinete 30 están dispuestas respectivamente a lo largo del eje de pivotamiento 14 en dirección axial. Por tanto, entre la tapa 7 de la carcasa y la pared frontal 10 se encuentran 12 piezas de carcasa individuales.

En total, la carcasa 1 de la máquina de pistones 100 comprende por lo tanto tres piezas de pared 28, seis piezas de pared lateral 29 (respectivamente tres de cada pared lateral 5 y 6), tres piezas de semicojinete 30 y una pared frontal 10, de modo que la carcasa 1 está compuesta por 13 partes individuales unidas entre sí. El número de piezas de carcasa utilizadas puede variar en diferentes formas de realización y, en particular, no está limitado a 13.

Por la estructura modular de la carcasa 1, las piezas de carcasa individuales pueden fabricarse económicamente y reemplazarse si es necesario. Además, el volumen de la carcasa 1, en particular el volumen de la cámara 2, puede reducirse o aumentarse omitiendo o añadiendo piezas de carcasa.

Además, según una forma de realización, el pistón 15 presenta al menos dos piezas de pistón 20 unidas entre sí.

En una forma de realización, el número de piezas de pistón 20 es igual al número de piezas de pared 28, al número de piezas de pared lateral 29 o al número de piezas de semicojinete 30, siendo el número de piezas de pistón 20 de tres en el ejemplo de realización mostrado en figuras 1 a 3. El número de piezas de pistón 20 también puede ser inferior o superior a tres. Variando el número de piezas de pistón 20 y/o piezas de carcasa se puede cambiar el volumen de la cámara 2.

En la representación en perspectiva de la máquina de pistones de la figura 3b, se pueden ver además la válvula de entrada izquierda 22, la válvula de salida izquierda 23, la válvula de entrada derecha 24 y la válvula de salida derecha 25. Además, se puede ver que tanto la tapa de carcasa está formada por los segmentos 7, 7', 7'' que se extienden verticalmente uno detrás de otro. Además, la pared en forma de arco circular dispuesta en el lado superior, en la que están encastradas las válvulas 22, 23, 24 y 25, está dividida axial y horizontalmente en 3 segmentos respectivamente. Lo mismo se refiere al semicojinete 3, que está dividido axialmente en tres segmentos 30 respectivamente. La pared lateral (derecha) está dividida en 3 segmentos dispuestos axialmente y 3 dispuestos verticalmente uno detrás de otro, es decir, un total de 9 segmentos, estando los segmentos dispuestos verticalmente uno detrás de otro designados por los signos de referencia 6, 6' y 6". Lo mismo se refiere de la misma manera a la pared lateral izquierda 7 no mostrada en la figura 3b.

La figura 3c muestra un alzado lateral de una máquina de pistones según una variante de realización alternativa de la invención. La máquina de pistones de la variante de realización de la figura 3c corresponde sustancialmente a la máquina de pistones según la variante de realización de las figuras 1 a 3b. Sin embargo, la máquina de pistones de la variante de realización de la figura 3c comprende varias etapas de compresor 71, 71' y 71" que corresponden respectivamente a paredes laterales separadas 6, 6' y 6" de diferentes extensiones verticales, mientras que las paredes laterales separadas 29 de la máquina de pistones según la variante de realización de las figuras 1 a 3b son respectivamente (verticalmente) del mismo tamaño.

En particular, según la variante de realización de la figura 3c, la extensión vertical de las paredes laterales 6, 6', 6'' formadas axialmente una detrás de otra es diferente una de otra. Resulta preferente que la extensión vertical de las paredes laterales 6, 6', 6'' a lo largo del eje 14, preferentemente desde la pared frontal 10 hasta la tapa 7, disminuya con cada segmento 6, 6', 6''.

La ventaja del modo de construcción modular es evidente, ya que la máquina de pistones de acuerdo con la variante de realización de las figuras 1 a 3b se puede convertir fácilmente en la máquina de pistones de la variante de realización de la figura 3c.

La figura 4 es una vista en sección longitudinal del pistón 15 y del cilindro giratorio 9 de las figuras 1 a 3. En la figura 4 puede verse que el pistón 15 presenta tres piezas de pistón 20 que están unidas entre sí para formar el pistón 15. Además, el cilindro giratorio 9 presenta piezas de cilindro giratorio 21 que están conectadas a las piezas de pistón 20, respectivamente. Las piezas de cilindro giratorio 21 están unidas entre sí a modo de discos y juntas forman el cilindro giratorio 9. Además, en la figura 4 se indica el eje de pivotamiento 14. Las piezas de pistón 20 y las piezas de cilindro giratorio 21 están dispuestas axialmente una detrás de otra a lo largo del eje de pivotamiento 14. En otra forma de realización, cada pieza de pistón 20 comprende una pluralidad de piezas de pistón radiales 31 que están dispuestas en dirección radial, estando indicadas las piezas de pistón radiales 31 mediante rayas en la figura 3a.

Las piezas de carcasa, las piezas de pistón 20 y las piezas de cilindro giratorio 21 presentan medios tales como espigas, uniones de chaveta y ranura o similares para juntar, fijar e inmovilizar los componentes. Adicional o alternativamente a los métodos de unión mencionados, las piezas de pistón 20 y/o las piezas de carcasa pueden estar encoladas, soldadas directamente o soldadas indirectamente entre sí. Para ello, las piezas de pistón 20, las piezas de cilindro giratorio 21 y/o las piezas de carcasa pueden presentar puntos de soldadura directa, puntos de encolado o puntos de soldadura indirecta predeterminados.

En comparación con las máquinas de pistones 100 de las figuras 1 a 5, las máquinas de pistones 100 representadas en las figuras 7 a 15 presentan al menos un pistón adicional 15'' configurado como elemento pivotante que se puede hacer pivotar y está dispuesto en la carcasa 1. Los pistones 15 y 15" son accionados sincrónicamente y en direcciones opuestas paralelas respectivamente, y un eje de pivotamiento 14' del pistón 15" discurre paralelamente al eje de pivotamiento 14 del pistón 15. En cuanto al modo de funcionamiento de las máquinas de pistones múltiples en las figuras 7 a 15, se hace referencia, por ejemplo, a las publicaciones DE 102010036977 ^b 3 y WO 2015/173255 A1, convirtiéndose el contenido de divulgación de estas publicaciones en parte integrante de la presente solicitud. Las características que ya se han explicado en relación con las máquinas de pistones 100 de las figuras 1 a 6 no se tratarán más adelante para evitar repeticiones. Las características de las máquinas de pistones 100 de las figuras 1 a 6 se pueden combinar con las características de las máquinas de pistones de las figuras 7 a 15 y viceversa.

Como en las formas de realización de las figuras 1 a 6, la carcasa 1 de la máquina de pistones de las figuras 7 a 12 está configurada en varias piezas, es decir, la carcasa 1 comprende varias piezas de carcasa unidas entre sí.

Adicionalmente a las piezas de carcasa mencionadas anteriormente, la carcasa 1 puede comprender, entre otras cosas, un semicojinete 3', una pared lateral 5', una pared en forma de arco circular 8', un cilindro giratorio 9', una válvula de entrada 22', una válvula de salida 23', una válvula de entrada 24' y/o una válvula de salida 25'.

La pared en forma de arco circular 8' y el semicojinete 3 están configurados como primera pieza de cabeza de cámara 60. Además, la pared en forma de arco circular 8 y el semicojinete 3' están configurados como segunda pieza de cabeza de cámara. Las piezas de cabeza de cámara 60, 62 comprenden varios discos hechos de una sola pieza que están dispuestos axialmente uno tras otro de forma análoga a las piezas de pared 28, las piezas de pared lateral 29 y las piezas de semicojinete 30 de la figura 3a. En este caso, el número de discos axiales de una pieza de cabeza de cámara 60, 62 es exactamente igual al número de piezas de pistón 20. Como puede verse en las figuras, las dos piezas de cabeza de cámara 60, 62 pueden tener la misma forma.

Al igual que el pistón 15 o el cilindro giratorio 9, igualmente pueden estar configurados en varias piezas al igual que el pistón 15'' o el cilindro giratorio 9'. En cuanto a los detalles del pistón 15" hecho de varias piezas y del cilindro giratorio 9' hecho de varias piezas, se remite a la figura 4 y la descripción correspondiente anterior.

En comparación con la máquina de pistones de las figuras 7 y 8, las máquinas de pistones 100 de las figuras 9 a 12b presentan aberturas de refrigeración 70 en la carcasa 1 para la refrigeración por convección del pistón o de la carcasa 1. La abertura de refrigeración 70 puede ser un intersticio en la carcasa 1, que se extiende en dirección axial. Para formar la abertura de refrigeración 70 o el intersticio, las piezas de carcasa pueden estar situadas a una distancia entre sí. La máquina de pistones mostrada en la figura 11 comprende piezas de cabeza de cámara 60 y 62 y paredes en forma de arco circular 8' y 8 situadas a una distancia de estas, estando dispuestas las aberturas de refrigeración 70 entre la pieza de cabeza de cámara 62 y la pared 8 o entre la pieza de cabeza de cámara 60 y la pared 8'. Las máquinas de pistones 100 representadas en las figuras 1, 5 y 6 también pueden presentar opcionalmente una o varias aberturas de refrigeración.

De acuerdo con las formas de realización de las figuras 9, 10 y 12b también puede estar formada por omisión de al menos una de las paredes laterales. Así, en la forma de realización de la máquina de pistones 100 de las figuras 9 y 10, se prescindió de las paredes laterales 5 y 5' para formar aberturas de refrigeración 70 y refrigerar lateralmente los pistones 15 y 15''. Un medio de trabajo entra en la cámara de trabajo a través de la válvula de entrada 24' y vuelve a ser expulsado a través de la válvula de salida 25'.

Como puede verse en las figuras 12a y 12b, los pistones 15 y 15" se mueven entre una primera posición en la que los pistones 15 y 15" están situados a una distancia mínima entre sí, pero sin contacto, y una segunda posición en la que los pistones 15, 15" están situados a una distancia máxima entre sí. La máquina de pistones está configurada de tal manera que los pistones 15, 15'' siempre están desplazados 180° uno respecto a otro.

Más detalles acerca de las aberturas de refrigeración 70 se describen en la publicación WO2015/173255 A1, cuyo contenido de divulgación forma parte del presente documento.

En las figuras 13 y 14 se muestran otros dos ejemplos de máquinas de pistones 100 con cuatro pistones 15, 15', 15", 15"" (figura 3a) y con tres pistones 15, 15' (figura 4).

La máquina de pistones 100 de la figura 13 es una combinación de las máquinas de pistones 100 de las figuras 6 y 7. La máquina de pistones 100 de la figura 14 representa una extensión de la máquina de pistones 100 de la figura 7. Mediante las máquinas de pistones 100 de las figuras 13 y 14 se pueden crear varias cámaras de trabajo A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8, A9, A10, A11, que pueden funcionar simultáneamente como bomba, compresor, motor de gas comprimido y/o motor de expansión. Los pistones 15, 15', 15" y 15"' pueden presentar diferentes longitudes, por lo que se pueden proporcionar cámaras de trabajo A1, A2, A3, A4, a 5, A6, A7, A8, A9, A10, A11 con volúmenes de diferentes tamaños. De este modo, las máquinas de pistones pueden hacerse funcionar, por ejemplo, como compresores multietapa o bombas de vacío multietapa. Además, las cámaras de trabajo A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8, A9, A10, A11 de las máquinas de pistones 100 de las figuras 13 y/o 14 pueden tener respectivamente diferentes tamaños en dirección axial.

Como puede verse en las figuras 13 y 14, diferentes tipos de piezas de carcasa pueden combinarse formando piezas individuales. Así, en la figura 13, una pieza de pared lateral, una pared en forma de arco circular y una pieza de un semicojinete se combinan formando una pieza de carcasa 64. En la figura 14, dos paredes en forma de arco circular y un semicojinete están combinadas formando una pieza de carcasa 66. Además, en la figura 14 dos semicojinetes y una pared en forma de arco circular están reunidas formando una pieza de carcasa 68. Las piezas de carcasa 64, 66, 68 pueden presentar respectivamente varios discos en dirección axial, que están unidos entre sí.

Las figuras 15a y 15b muestran una vista en sección transversal de otra máquina de pistones con tres pistones, tres aberturas de refrigeración y dos cámaras, respectivamente con diferentes posiciones de los pistones 15, 15' y 15''.

La máquina de pistones 100 presenta tres pistones 15, 15' y 15'' que, junto con las piezas de carcasa 66, 68 y las tres aberturas de refrigeración 70, forman dos cámaras de trabajo A12 y A13. En un primer paso de trabajo, partiendo de las posiciones de los pistones de la figura 15b, los pistones 15 y 15' se mueven uno hacia otro para comprimir la cámara de trabajo A12 con la válvula de entrada 24 y la válvula de salida 25. En este paso, a partir de las posiciones del pistón en la figura 15b, el pistón 15" pivota alejándose del pistón 15' (es decir, hacia fuera a la derecha), de modo que en una posición central (figura 15a), la abertura de refrigeración inferior 70 pasa brevemente a través del pistón 15' y la abertura de refrigeración derecha 70 así como la abertura de refrigeración izquierda 70 igualmente se cierran durante un breve período de tiempo mediante los pistones 15 y 15''. A continuación, los pistones 15 y 15' giran más uno hacia el otro, de modo que se encuentran a una distancia mínima entre sí (posición final opuesta a la posición final de la figura 15b, no representada). A este respecto, se abren la abertura de refrigeración inferior 70 y la abertura de refrigeración derecha (o izquierda) 70 (posición final de la figura 15b o posición de fin de carrera opuesta, no representada). De este modo, la cámara de trabajo A12 puede refrigerarse de forma especialmente eficaz durante la compresión de la cámara de trabajo A13 (figura 15b) o, viceversa, la cámara de trabajo A13 puede refrigerarse de forma especialmente eficaz durante la compresión de la cámara de trabajo A12 (no está representado). Por lo tanto, se puede prescindir de refrigerantes adicionales (por ejemplo, refrigeración activa).

Las máquinas de pistones descritas anteriormente se han descrito de acuerdo con un aspecto de la invención como máquinas de pistones de varias piezas, es decir, la cámara de trabajo está formada por una pluralidad de piezas de carcasa. De acuerdo con otro aspecto de la invención, sin embargo, es posible que todas las máquinas de pistones descritas anteriormente presenten una cámara de trabajo de una pieza. Es posible que no se puedan fabricar por medio del sistema modular explicado anteriormente; sin embargo, estas máquinas de pistones pueden lograr las demás ventajas descritas en la solicitud.

Además, con la invención se proporciona un procedimiento para la fabricación de la máquina de pistones 100 que se muestra en las figuras 1 a 15. El procedimiento comprende al menos las siguientes etapas:

- la puesta a disposición de al menos dos piezas de carcasa separadas que pueden unirse entre sí,

- la puesta a disposición de al menos dos piezas de pistón separadas 20, 31 que pueden unirse entre sí,

- la puesta a disposición de una tapa de carcasa 10,

- la juntura de las piezas de carcasa mencionadas formando una carcasa 1,

- la disposición de las piezas de pistón 20, 31 en la carcasa 1,

- la formación de un pistón 15 configurado como elemento pivotante que se puede hacer pivotar y está dispuesto en la carcasa 1, por las piezas de pistón 20 y

- el cierre de la carcasa 1 por medio de la tapa de carcasa 10 para formar la máquina de pistones 100.

Se pueden agregar pasos adicionales para producir las características específicas de las máquinas de pistones 100 que se muestran en las figuras 1 a 15.

Lista de signos de referencia

1 Carcasa

2 Cámara

3 Semicojinete

3' Semicojinete

4 Caja de engranajes

4' Carcasa de engranajes (segmento)

4" Carcasa de engranajes (segmento)

5 Pared lateral izquierda

5' Pared lateral

6 Pared lateral derecha

6' Pared lateral derecha

6" Pared lateral derecha

7 Tapa de carcasa

7' Tapa de carcasa (segmento)

7" Tapa de carcasa (segmento)

8 Pared en forma de arco circular

8' Pared en forma de arco circular

9 Cilindro giratorio

9' Cilindro giratorio

10 Pared frontal

10' Pared frontal

10" Pared frontal

11 Radio de manivela

12 Cárter de aceite

13 Junta

14 Eje de pivotamiento

14' Eje de pivotamiento

15 Pistón

15' Pistón

15" Pistón

15''' Pistón

16 Palanca pivotante

17 Bucle

18 Muñón de cigüeñal

19 Cigüeñal

20 Pieza de pistón

21 Pieza de cilindro giratorio

22 Válvula de entrada izquierda

22' Válvula de entrada

23 Válvula de salida izquierda

23' Válvula de salida

24 Válvula de entrada derecha

24' Válvula de entrada

25 válvula de salida derecha

25' Válvula de salida

26 Canto superior del pistón

27 Árbol

28 Pieza de pared

29 Pieza de pared lateral

30 Pieza de semicojinete

31 Pieza de pistón

60 Pieza de cabeza de cámara

62 Pieza de cabeza de cámara

64 Pieza de carcasa

66 Pieza de carcasa

68 Pieza de carcasa

70 Abertura de refrigeración

71 Etapa de compresor 1

71' Etapa de compresor 2

71" Etapa de compresor 3

100 Máquina de pistones

129 Superficie de trabajo

130 Superficie de trabajo

a Ángulo de pivotamiento

A1 Cámara de trabajo

A2 Cámara de trabajo

A3 Cámara de trabajo

A4 Cámara de trabajo

A5 Cámara de trabajo

A6 Cámara de trabajo

A7 Cámara de trabajo

A8 Cámara de trabajo

A9 Cámara de trabajo

A10 Cámara de trabajo

A11 Cámara de trabajo

A12 Cámara de trabajo

A13 Cámara de trabajo

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Máquina de pistones oscilantes (100) de construcción modular, que comprende:

un pistón (15),

una carcasa con una cámara de trabajo (2) con al menos una abertura de entrada (22, 24) y al menos una abertura de salida (23, 25),

en la que el pistón (15) está montado en la cámara de trabajo (2) de forma pivotante alrededor de un eje de pivotamiento (14) y en la que el pistón (15) está unido activamente a al menos un árbol (19) montado de forma giratoria;

y en la que la cámara de trabajo (2) está formada por una pluralidad de piezas de carcasa (28, 29, 30) así como por una tapa de carcasa (7) y una pared frontal (10),

y en la que las piezas de carcasa (28, 29, 30) presentan en la dirección longitudinal con respecto al eje de pivotamiento (14) al menos dos paredes laterales separadas (5, 6, 28, 29, 30) para delimitar la cámara de trabajo (2),

caracterizada por que

al menos dos piezas de carcasa separadas (28, 29, 30) están dispuestas axialmente una detrás de otra con respecto al eje de pivotamiento (14).

2. Máquina de pistones oscilantes (100) de acuerdo con la reivindicación 1, en la que

la cámara de trabajo (2) está delimitada con respecto al eje de pivotamiento (14) en el lado delantero por la tapa de carcasa (7) y en el lado trasero por la pared frontal (10), con respecto al eje de pivotamiento (14) en el lado superior por una pared (8) y en el lado inferior por un semicojinete (3), y en la que las paredes laterales (5, 6, 28, 29, 30) se extienden entre la tapa de carcasa (7), la pared frontal (10), la pared en forma de arco circular (8) y el semicojinete (3), y en la que la tapa de carcasa (7) y la pared frontal (10) están formadas respectivamente por al menos dos segmentos separados que están dispuestos uno detrás de otro respectivamente en una dirección vertical que se extiende entre la pared en forma de arco circular ( 8) y el semicojinete (3), y en la que la pared en forma de arco circular (8) está formada por al menos dos segmentos separados que están dispuestos axialmente uno detrás de otro.

3. Máquina de pistones oscilantes (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en la que la máquina de pistones está configurada como máquina de pistones de varias etapas, estando previstas varias etapas de compresor (71, 71', 71"), difiriendo entre sí la extensión vertical de las paredes laterales (6, 6', 6") configuradas axialmente una detrás otra de cada etapa de compresor (71, 71', 71").

4. Máquina de pistones oscilantes (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en la que están previstos dos pistones (15, 15") que forman una cámara de trabajo común, y en la que los dos pistones (15, 15") están dispuestos entre una primera posición en la que los pistones (15, 15") están dispuestos a una distancia mínima entre sí, pero sin contacto, y una segunda posición en la que los pistones (15, 15") están situados a una distancia máxima entre sí y están configurados de forma pivotante, estando dispuestos los pistones (15, 15") desplazados 180°.

5. Máquina de pistones oscilantes (100) de acuerdo con la reivindicación 4, en la que en la cámara de trabajo común están previstas al menos dos aberturas de refrigeración (70) de tal manera que las dos aberturas de refrigeración (70) están abiertas en la segunda posición.

6. Máquina de pistones oscilantes (100) de acuerdo con la reivindicación 5, en la que las dos aberturas de refrigeración (70) están cerradas en la primera posición.

7. Máquina de pistones oscilantes (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, en la que están previstos tres pistones (15, 15', 15") y tres aberturas de refrigeración (70) asignadas a los respectivos pistones (15, 15', 15"), y en la que un primer pistón (15) y un segundo pistón (15') están dispuestos en una primera posición a una distancia mínima entre sí pero sin contacto, mientras que un tercer pistón (15") está dispuesto en la primera posición a una distancia máxima del segundo pistón (15'), y en la que el segundo pistón (15') y el tercer pistón (15") están dispuestos en una segunda posición a una distancia mínima entre sí pero sin contacto, mientras que el primer pistón (15) está dispuesto en la segunda posición a una distancia máxima del segundo pistón (15').

8. Máquina de pistones oscilantes (100) de acuerdo con la reivindicación 7, en la que la abertura de refrigeración (70) asignada al primer pistón (15) está cerrada en la primera posición, mientras que la abertura de refrigeración (70) asignada al segundo pistón (15' ) y la abertura de refrigeración (70) asignada al tercer pistón (15") están abiertas, y en la que la abertura de refrigeración (70) asignada al tercer pistón (15") está cerrada en la segunda posición, mientras que la abertura de refrigeración (70) asignada al segundo pistón (15') y la abertura de refrigeración (70) asignada al primer pistón (15) están abiertas.

9. Máquina de pistones oscilantes (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en la que al menos dos paredes laterales separadas (28, 29, 30) son de construcción idéntica.

10. Máquina de pistones oscilantes (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en la que la al menos una cámara de trabajo (2) está delimitada a lo largo del eje de pivotamiento (14) del pistón (15) por la pared frontal (10) y la tapa de carcasa (7).

11. Máquina de pistones oscilantes (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en la que la cámara de trabajo (2) está delimitada transversalmente al eje de pivotamiento (14) por un semicojinete (3), dos paredes laterales separadas (5, 6) así como una pared lateral (8) en forma de arco circular.

12. Máquina de pistones oscilantes (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en la que las paredes laterales (3, 5, 6, 8) que delimitan la cámara de trabajo (2) transversalmente al eje de pivotamiento (14) están formadas cada una de ellas por una pluralidad de piezas de carcasa (28, 29, 30) de construcción idéntica que están dispuestas respectivamente axialmente una detrás de otra.

13. Máquina de pistones oscilantes (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en la que las al menos dos paredes laterales separadas (5, 6, 28, 29, 30) están unidas entre sí de forma separable.

14. Máquina de pistones oscilantes (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en la que las al menos dos paredes laterales separadas (5, 6, 28, 29, 30) están dispuestas simétricamente a un plano que se extiende perpendicularmente al plano de pivotamiento y a lo largo del eje longitudinal del pistón (15) en una posición central.

15. Máquina de pistones oscilantes (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en la que todas las piezas de carcasa (5, 6, 28, 29, 30) están dispuestas simétricamente a un plano que se extiende perpendicularmente al plano de pivotamiento y a lo largo del eje longitudinal del pistón (15) en una posición central.