CN101622454B - 旋转活塞发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋转活塞发动机，带有至少一个沿着至少局部弧形弯曲的环形通道(1)，在该环形通道中，一活塞(2)可运动地支承在一种传递运动的、通过一流体接口(3或4)流入并且通过另一流体接口(4或3)流出的流体中，该活塞通过杠杆(5)与和圆弧同心的、且其转动轴与圆弧同轴地设置的旋转体连接。能够传递高转矩的稳定结构由此获得，即，所述杠杆(5)沿径向从活塞(2)密封地穿过沿所述活塞(5)的运动方向设置在所述环形通道(1)的壁中的间隙朝轴延伸。

Description

旋转活塞发动机

技术领域

本发明涉及一种旋转活塞发动机，带有至少一个沿至少局部圆弧状弯曲的环形通道，在该环形通道中，一活塞可运动地支承在一种传递运动的、通过一个流体接口流入并且通过另一流体接口流出的流体中，该活塞通过杠杆与和圆弧同心的且转动轴与圆弧同轴地设置的旋转体连接，其中，杠杆穿过沿活塞的运动方向设置在环形通道的壁中的、相对滚动体密封的间隙。

背景技术

在德国实用新型DE9103452U1中公开了这种类型的旋转活塞发动机。在这种形式为液压发动机的公知旋转活塞发动机中，与驱动器连接的活塞通过液压加载在一个环形的壳体中转动。在此，借助于液压泵通过液压导管向壳体管状内腔供油，以便实现活塞的前驱。为避免由于活塞壁和滑块的壁之间的积油

产生的积油能量损失，这些区域中的油通过抽吸管借助于连接在中间的抽吸泵清除，因此应保证连续均匀的活塞运转。活塞设置在径向穿过间隙从管状壳体伸出的可旋转的活塞盘上，该活塞盘固定在中间的发动机轴上。如按该专利文献的图2的截面图所示，包围环形腔的两个发动机半部在发动机的整个横截面上延伸，其中，轴穿过所述发动机半部。在所示的实施形式中，缸内的油压在流入到缸腔中之后沿两个方向相同地扩展，其中，抽吸管显然终止在油底壳中。在这种结构中不能实现持续的运行功能。也没有说明要进行密封，然而这对于功能是重要的。

在DD276122A1中公开了一种具有变速功能的液压马达，通过该液压马达可在低转速时进行一定的旋转角调整。在此，围绕可转动地支承在壳体上的轴上的齿轮，在与壳体固定连接的组合轴套中可滑动运动地设置有径向的扁平活塞，该活塞在朝向齿轮的一侧具有楔形尖端，而在背向齿轮的一侧具有T-形结构。进入缸腔中的油推动活塞，使得楔形尖端与齿轮啮合。由于扁平活塞和齿轮的齿距差，齿轮被转动，其中，始终有多个活塞啮合。通过扁平活塞连续、依次进行的加载产生均匀的转动运动。在液压马达的这种设计中，多个扁平活塞必须相互协调地运动，其中，它们的运动在径向进行。这种为确定的转动角调节设计的结构相当耗费，并且仅适用于相对缓慢的转动运动。

FR2500075A1公开了另一种液压马达，带有圆弧形弯曲的圆弧形液压缸和设置在其中的、由液压介质加载的活塞，该活塞固定在中间轴上。阀门可运动地支承在缸腔内部，所述阀门枢转到缸壁的凹槽中，以释放贯穿的活塞的路径。然而，在该区域没有给出活塞沿缸壁的有效密封，因此不能保证可靠的功能。活塞也可仅在阀门的转入方向穿过缸腔。此外，活塞和阀门被置于高度磨损的状况，因此不能保证持久的功能和高扭矩。缸腔由相互连接的壳体部分围成，壳体部分具有朝壳体中心突出的、靠近中间轴的凸起。在凸起之间留有间隙，杠杆臂穿过所述间隙，所述杠杆臂一方面与活塞连接，另一方面与中间轴连接，其中，在设计为圆盘的杠杆臂和凸起之间设置有密封元件。该圆盘状的杠杆臂设有用于压力卸载的凹槽。

GB1283907记载了另一种设计为定量供给泵的旋转活塞发动机。在此，弯曲的活塞以及连接在其上的弯曲活塞杆支承在两个同心地对置的圆弧形缸体部分中，该活塞由中间轴的往复运动通过作用在活塞杆上的杠杆而运动，以便脉冲状地泵出精确定量的流体。活塞杆按照圆弧的延伸在横截面端侧从圆弧形缸体部分输出，并且在缸外面与活塞连接。由于这种结构，活塞或轴的运动限制在相对小的角度范围，其中，这种结构主要具有同步功能。此外，尤其在相对高的转矩时，轴和活塞之间的精确导引和力传递是困难的，并且该结构不适合于传递高的力或力矩。

另外也流行用于驱动目的的直线扩展的活塞/气缸单元，例如在挖土机中使杠杆臂运动。在此，杠杆臂在枢转过程中改变，并因此尤其是支承位置的作用扭矩和力也改变。

DE3900375记载了一种内燃机，带有在环形腔中均匀地旋转的活塞。在该环形腔状的气缸室内按顺序集成有内燃机的四个工作冲程。在此难以通过运动路径实现运动过程的精确控制。此外，该结构需要耗费的措施来控制燃烧，产生燃料混合物以及导出废气。尤其在缓慢运动和高转矩时难以恰当地构造这种内燃机。因此，目前不涉及这种内燃机。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种旋转活塞发动机，带有位于缸腔中的流体，尤其是不可压缩的液体，通过该旋转活塞发动机即便在传递高转矩时也能高精度地控制运动过程。

该技术问题通过一种按本发明的旋转活塞发动机来解决。在此设计为，在杠杆和两侧相邻的壁部分之间的间隙区域中设置用于防止流体流出的密封器件。

这种结构获得了活塞和旋转体之间稳定的连接。通过杠杆的长度和/或通道横截面或活塞的有效面可以在广泛的区域内适应各种使用目的要求。尤其是使用液体作为不可压缩的流体时，即便在高转矩时，例如为驱动目的，也可例如通过控制装置中的程序实现对运动过程的精确控制。在驱动时，可以借助于精确工作的泵和可以希望方式控制的开关阀实现控制。活塞或通道空间的横截面不需要是圆形的，而实际上也可以具有任意其它的形状。杠杆也不需要在通道壁直接与旋转体相对的侧面导出，而是将间隙例如也可以设置在环形通道的上侧或下侧，其中，环形通道可以与其壳体一起构造在杠杆的运动平面上。通过密封的支持，可实现高的驱动力和精确的运动过程。

一种有利的杠杆导引和间隙的密封由此实现，即，杠杆例如在其整个运动范围内沿着间隙长度扩展为圆环或圆盘。

此外，用于密封的有利措施在于，环形通道的壁在间隙区域沿径向加宽。

此外，以下措施有助于稳定的、密封的结构，即，所述杠杆和所述环形通道相邻于间隙两侧的壁区域设有相互嵌接的互补的固定夹持结构，其夹持力背向间隙的张开方向。

在此，这些措施是有利的，即，环形通道上的夹持结构设计为在两侧沿间隙延伸的径向突起，而杠杆上与之互补的夹持结构则设计为横截面为爪状的夹子。

结构和功能还由此改进，即，杠杆在俯视图中具有圆盘或扇形段的形状，或者环形通道直接靠近旋转体的外圆周。在轴向单侧或两侧设置的轴端可以用于连接在旋转体(例如一根轴)上。

对于结构和装配，这些措施也是有利的，即，环形通道相对于活塞的运动平面由两个相互连接的半壳组成。在此，半壳可以在环形通道的两侧有利地在凸缘上相互螺纹连接，并且可以具有不同的外轮廓。

各种其它的设计变型由此获得，即，旋转体相对于环形通道设置在外部或内部，尤其是中间轴，并且杠杆借助于套筒连接在轴上，该轴在两个转动方向形成力传递或仅在一个转动方向形成力传递，并在另一转动方向形成空转。

有利的其它措施在于，在包围360°的缸中设置至少两个相互无关地旋转的活塞，或者至少两个环形通道连接在旋转体上，所述环形通道设置在旋转体的径向对置侧和/或轴向错开布置。通过多个环形通道可以在并联运行时例如提高驱动力矩或反之增大泵功率。在至少两个环形通道径向对置的布置中，可以通过相应的控制在驱动器中实现旋转体连续360°循环的运动。通过额外的轴向错移可以实现上部结构与环形通道的各种重叠。

较大角度范围的控制例如可以由此实现，在包围360°的通道中设置至少两个相互无关地旋转的活塞，或者至少两个环形通道这样地连接在旋转体上并运行，即，各活塞相互之间有相位差地工作。在两个相互无关地在环形通道中工作的活塞中，分别总有一个活塞通过可控制的锁止元件而被阻止相对通道运动。

关于运动控制的另一种有利的设计在于，即，环形通道的各流体接头相互连通，使得一活塞的返回由另一活塞的驱动导致。

如果设计为，活塞沿圆弧形缸体的弯曲方向的扩展可调节，那么获得了精确的校准可能性。

一种对可靠的功能有利的结构还在于，旋转活塞发动机设计为往复运动的单元，其中，接头相互之间可调节，用于流体流入或流出，环形通道的壁在间隙区域具有增大的宽度，所述杠杆和所述环形通道与间隙两侧相邻的壁区域设置有相互嵌接的互补的固定夹持结构，其夹持力背向间隙的张开方向，并且环形通道上的固定夹持结构设计为在两侧沿着间隙延伸的径向突起，而杠杆上互补的夹持结构设计为横截面为爪状的夹子。

用于多种应用可能性(例如起重机的旋转环)的其它有利的构造由此获得，即，设置在外面的旋转体设计为外-旋转环和/或设置在里面的旋转体设计为内-转动环，并且设有下支承结构和/或上支承结构。

在此，有利的措施在于，旋转体借助于球或圆柱体支承在环形通道的壳体部分上。

这样的措施有助于可靠的密封，即，密封器件从其背向杠杆表面的那一侧被压力加载。

另一种有利的实施形式在于，即，设有两根带有两个在环形通道中运行的活塞的杠杆，并且设置有带有锁止器件的锁止装置，分别有一个旋转体可借助于该锁止装置与所属的活塞固定，并且该静止的活塞形成通道底部，用于驱动分别另一个活塞以及配属于该另一活塞的旋转体。

一种有利的应用在于，旋转活塞发动机用作转向轮的转向驱动。在多个转向轮的情况下，通过一个可简单适配的控制程序就可对于车辆各个车轮的转向回转实现单独的、相互协调的控制。

另一种有利的应用在于，旋转活塞发动机用作车轮的旋转驱动，因此例如在车辆中对于每个车轮可以配设一个单独的具有中央控制或分散控制的驱动器。

附图说明

以下参照附图所示实施形式详细说明本发明。附图中：

图1是旋转活塞发动机的俯视图的示意性剖切视图，

图2以示意图示出了旋转活塞发动机关于环形通道的横截面图，

图3是旋转活塞发动机在形式为轴的旋转体的连接区域内的局部剖切图，

图4是两个环形通道耦连的示意图，

图5是旋转活塞发动机的在一个环形通道和一个在活塞和轴之间延伸的杠杆之间的连接区域的局部横截面剖视图，

图6带有位于外面的旋转体的旋转活塞发动机的结构形式的局部剖视图，

图7是带有位于内部的旋转体的结构形式的局部剖视图，

图8是旋转活塞发动机在密封区域的局部截面图以及

图9A和9B是带有两个杠杆和一个公共的环形通道的旋转活塞发动机的另一种实施形式的局部截面图。

具体实施方式

图1以示意图示出了旋转活塞发动机垂直于形式为轴7的旋转体的剖视图。活塞2在一个沿着一个角度大于180°的分圆延伸的环形通道1(例如圆弧形缸体)中被导引，并且通过例如设计为圆形盘的杠杆5将活塞的运动通过套筒6传输到轴7上。

活塞2例如作为驱动元件通过经由相应的流体接口3或4泵入优选不可压缩的流体或通过其它流体接口4或3排出流体而运动。在轴7上设置有用于杠杆5和轴7之间连接的套筒6，该套筒可以设计成各种形式，例如用于在一个方向向轴7传递转矩而在另一方向空转或者用于在两个方向传递转矩。在仅一个环形通道1和活塞2的相应结构类型时就已经可以覆盖相当大的角度范围(例如180°和320°)，因此活塞驱动装置可以有利地用作往复运动的动力总成，例如用于车辆(例如叉车)中的各单个车轮的转向。

在旋转活塞驱动器的一种构造中，也可以设置两个或多个环形通道1或圆弧形缸体，它们在相同的方向并行地运行或者在相反的方向传递其转矩，其中，分别另一个杠杆相对于轴7空转运动。或者各环形通道1可以相对于轴7设置在径向对置侧，必要时相对于轴7轴向错移地设置，因此借助于多个环形通道1通过相位错移的控制也可以实现所述轴360°的连续旋转运动。也可以通过控制，在驱动总成的结构不变的情况下通过相应地控制开关阀11，使得驱动总成一次用于所有通道1的并联运行，而另一次则用于各通道的错开运行。也可以是混合形式。这样可以通过同一发动机覆盖不同的转矩范围和运动的角度范围。

另一种实施形式在于，两个活塞在同一环形通道腔中工作，其中，这两个活塞配设有相互分开的、轴向错移的杠杆，所述各杠杆通过可释放的锁止元件例如掣爪经由套筒与轴7连接(如图3示意示出)。通过这种方式，活塞可相对彼此在缸腔中运动，以便通过恰当的控制实现驱动。

图2示出了旋转活塞发动机的轴向截面。在左侧可看到环形通道1或圆弧形缸体中的活塞2。在图中清楚地看出，例如设计为圆盘的杠杆5如何伸入环形通道1中并且与环形通道1一起封闭形成中空空间。在此，杠杆5与活塞2固定连接。

图3示出了旋转活塞发动机在轴7和套筒6的区域内的横截面图。在此，借助于形式为掣爪8和突起9或齿的联锁元件来形成空转，其中，掣爪8沿驱动方向支撑在突起9或齿形的陡峭的侧面上，而掣爪8沿空转方向滑过突起或齿9平的侧面。这种类型的掣爪机构可以通过可在两个方向偏转的双掣爪以这样的方式构造，即，在两个方向实现一方面驱动，另一方面空转，为此，相应陡或平的齿面沿不同的方向例如轴向错移地设置在轴或套筒上，之后，同样轴向错移的掣爪与所述齿面共同作用。例如设置开关磁体或液压调整器用于调整掣爪。

图4示出了两个环形通道1耦连成一个循环活塞发动机的示意图。所述耦连使得在相应连接开关阀11时，以恒定的转矩驱动轴7或者借助于泵15以恒定的流量泵送流体。在此，流体接口4A和3B或3A和4B通过连接导管10连接，因此，在一个活塞(例如2A)驱动轴7时，另一活塞(例如2B)复位。图4中的箭头表示可以向轴7施加力的方向。

图5示出了旋转活塞发动机的一种实施形式，其中，作用在环形通道1的壁上的压力通过一个设置在杠杆5上的爪形夹子12来接受。因此，壁例如可以比没有这种夹子时设计得明显更薄，或者旋转活塞发动机可以用于明显更高的压力。在间隙区域中由夹子12搭接的两侧的突起14上，可以在间隙区域中在靠近两个突起的杠杆面上设置密封器件13，尤其是密封圈。

短的杠杆5例如由此实现，即，轴7和间隙区域中的环形通道1相邻，并且例如以如图5所示的方式进行密封。

此外有利地设计为，环形通道1例如在活塞2的运动平面内由两部分组成，因此可以毫无问题地使用活塞2和密封器件13。在此，例如可以在环形通道1的外侧成型一法兰凸缘，用于夹紧圆弧形缸体1的两个半壳。

所述旋转活塞发动机的基本单元可以用于各种目的，例如用作中央或分散的车轮转向驱动器，用作车轮的转动驱动器，用作液压调整马达，组合用于液压泵/马达总成，例如用于模拟万向轴等。

图6示出了旋转体的驱动器的一种设计变型，该旋转体相对于环形通道1或圆弧形缸体设置在外面。在此，设置在外面的旋转体借助于球轴承支承在环形通道1的壳体部分上，具体支承在上壳体半部，除杠杆之外，旋转体也设计为圆盘。相应地，形式为驱动轮的杠杆5穿过环形通道1的外圆周上的间隙伸出，并且在间隙中借助于密封器件13密封。在驱动轮上设置有所述旋转体，该旋转体当前设计为外转动圈20，并且在该旋转体上设有位于上方的支承结构31，然后在该支承结构上可以安装一个待转动的结构，例如一个起重架。支承结构30也可以在外-转动圈20的底侧轻易实现，只要满足相应得要求。环形通道1的壳体也可以构造成各种形式，并且与适用于各种情况的基体连接。外转动圈20例如通过一个四点支承部件支承在环形通道1的壳体上。只要需要，作为替换形式，所述驱动轮5也可以伸出设置在环形通道1的上部或下部(北侧或南侧)的间隙，并且甚至在该间隙之外例如向外或向内、水平或斜向地继续延伸。

图7示出了旋转活塞发动机的另一种构造，其中，旋转体设计为内转动圈21，在该内转动圈21上同样连接有一个位于上部的支承结构31。在此，在环形通道壳体部分的下部区域中通过球轴承实现额外支承。在此也可以作为替代形式在内转动圈21上设置一个下支承结构30，并且下支承结构30用于承接环形通道壳体。作为替换，也可以在这种实施形式中，只要相适宜，在环形通道1的上侧或下侧设置一个用于杠杆5的间隙。在此，在每种情况下都需要通过密封器件13进行可靠的密封。

图8示出了密封器件13的详细结构。该密封器件设置在间隙区域中的壳体部分的环形槽中并且这样地设计，即，该密封器件在轴向和径向形成环形通道1相对杠杆5的可靠的密封。为此，密封器件13背向杠杆5的表面的外侧承受例如由流体产生的压力作用，其中，流体是与通道1中相同的流体，该流体通过单独的通道输送。在此，液压力可以恰当地调整，并例如借助于阀保持。在环形通道的腔中，也可以通过其它的密封器件密封壳体部分之间可能存在的过渡区域，壳体和活塞和/或杠杆5之间可能存在的过渡区，同时这些密封器件在需要时也配设相适配的导引面。在此，压紧可以以前述的方式实现。

在图9A(局部剖切的俯视截面图)和9B(局部剖切的横截面图)中示出了旋转活塞的另一种构造。在这种构造中，两个分开的、优选设计为驱动轮的杠杆5与两个在同一环形通道1中驱动的活塞2连接。在此，一个驱动轮5通过一个例如液压或电动机械的、带有锁止器件16的锁止系统被固定，并由此形成所述环形通道中的底部，相对该底部可以通过另一活塞2形成用于驱动可自由运动的另一驱动轮5’的压力。由此，可运动的驱动轮5’例如可以设计成旋转约315°，之后，所述锁止器件16液压地或(在相应设计中)电机械地被转换。之前被驱动的驱动轮5’及其活塞2通过所配设的锁止器件16被固定，而迄今为止被固定的驱动轮5则被解锁并释放。通过所述旋转的两个活塞2及其驱动轮5，5’的交替转换获得了任意的转动角。如由图9A和9B可见，为了控制，有利地通过壳体、驱动轮5或5’和活塞2形成油输送路线17和回流路线。这种结构可以与前述不同形式的旋转体结合，从而与不同的应用和结构相适应。

Claims (18)

1.一种旋转活塞发动机，带有至少一个沿着至少局部圆弧弯曲的环形通道(1)，在该环形通道中，一活塞(2)可运动地支承在一种传递运动的、通过一流体接口流入并且通过另一流体接口流出的流体中，该活塞通过一杠杆(5)和一个与该圆弧同心的、且其转动轴线与圆弧同轴地设置的旋转体连接，其中，所述杠杆(5)通过沿所述活塞(2)的运动方向设置在所述环形通道(1)的壁中的、密封的间隙导引到所述旋转体，其中，在所述杠杆(5)和两侧相邻的壁部分之间的间隙区域中设置用于防止流体流出的密封器件(13)，其特征在于，所述杠杆(5)和所述环形通道(1)的、与所述间隙相邻的两侧壁区域设有相互嵌接的互补夹持结构，该夹持结构的夹持力背向所述间隙的张开方向。

2.如权利要求1所述的旋转活塞发动机，其特征在于，所述杠杆(5)沿着整个间隙长度延伸。

3.如权利要求1或2所述的旋转活塞发动机，其特征在于，所述环形通道(1)的壁在所述间隙区域内在壁外侧展宽。

4.如权利要求1或2所述的旋转活塞发动机，其特征在于，所述环形通道(1)上的夹持结构设计为在两侧沿着所述间隙延伸的径向突起(14)，而所述杠杆(5)上的互补的夹持结构设计为横截面呈爪状的夹子(12)。

5.如权利要求1或2所述的旋转活塞发动机，其特征在于，所述杠杆(5)在俯视图中具有圆盘或扇形段的形状，或者所述环形通道(1)直接紧邻所述旋转体(7)的外圆周。

6.如权利要求1或2所述的旋转活塞发动机，其特征在于，所述环形通道(1)相对于所述活塞(2)的运动平面由两个相互连接的半壳组成。

7.如权利要求1所述的旋转活塞发动机，其特征在于，所述旋转体相对于所述环形通道(1)设置在外面或内部并且设计为一根中间轴(7)，并且所述杠杆(5)借助于套筒(6)连接在所述轴(7)上，所述轴在两个转动方向形成力传递或仅在一个转动方向形成力传递，而在另一转动方向形成空转。

8.如权利要求1所述的旋转活塞发动机，其特征在于，至少两个环形通道(1)连接在旋转体上，所述至少两个环形通道设置在所述旋转体的径向对置侧和/或轴向错移。

9.如权利要求8所述的旋转活塞发动机，其特征在于，至少两个环形通道(1)这样地连接在旋转体上并这样地运行，即，使得所述至少两个活塞有相位差地工作。

10.如权利要求9所述的旋转活塞发动机，其特征在于，所述环形通道(1)的流体接口以这样的方式相互连接，即，其中一个活塞(2)的复位通过另一个活塞(2)的驱动造成。

11.如权利要求1所述的旋转活塞发动机，其特征在于，所述活塞沿所述环形通道(1)的弯曲方向的扩展可调节。

12.如权利要求1所述的旋转活塞发动机，其特征在于，所述旋转活塞发动机设计为往复运动的动力总成，其中，所述接口可相互受控地用于流体的流入或流出，所述环形通道(1)的壁在间隙区域具有增大的宽度，所述杠杆(5)和所述环形通道(1)的、与所述间隙相邻的两侧壁区域设有相互嵌接的互补夹持结构，该夹持结构的夹持力背向所述间隙的张开方向，所述环形通道(1)上的夹持结构设计为在两侧沿着所述间隙延伸的径向突起(14)，而所述杠杆(5)上的与之互补的夹持结构则设计为横截面呈爪状的夹子(12)。

13.如权利要求7至12之一所述的旋转活塞发动机，其特征在于，设置在外部的旋转体设计为外转动圈(20)和/或设置在内部的旋转体设计为内转动圈(21)，并且设有下和/或上支承结构(30，31)。

14.如权利要求7至12之一所述的旋转活塞发动机，其特征在于，所述旋转体在所述环形通道(1)的壳体部分上借助于球或圆柱体支承。

15.如权利要求1或2所述的旋转活塞发动机，其特征在于，所述密封器件(13)在其背向所述杠杆表面的那一侧被加载压力。

16.如权利要求1或2所述的旋转活塞发动机，其特征在于，有两个杠杆(5)以及两个在所述环形通道(1)中运行的活塞(2)，并且设置一带有锁止器件(16)的锁止装置，借助于所述锁止器件可分别将一旋转体与所属的活塞(2)固定，并且该静止的活塞(2)形成通道底部，以驱动另一活塞(2)以及配属于该另一活塞的旋转体。

17.应用如权利要求1至16之一所述的旋转活塞发动机作为车轮的转向驱动器。

18.应用如权利要求1至11之一所述的旋转活塞发动机作为车轮的转动驱动器。

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