CN102084087B - 旋转活塞机械的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于旋转活塞机械的两角式活塞的滑动引导机构，该旋转活塞机械沿一相对壳体固定的点具有作为壳体运行轨道的单弧摆线用以控制旋转活塞机械的运动学性能。本发明的突出之处在于，为了使对于在活塞的运动过程中用于侧向介质交换的侧向活塞面积的限制最小化，在活塞内设置滑动引导机构，使得在活塞中仅在侧面中形成一中央开口，该中央开口位于一相对壳体固定的销在相对活塞进行相对运动时实现的摆动半径处。

Description

旋转活塞机械的控制装置
技术领域
本发明的主题是对旋转活塞机械(Kreiskolbenmaschine)的活塞的控制装置，该旋转活塞机械具有作为壳体运行轨道的单弧摆线(einbogigenTrochoide)。
背景技术
在旋转活塞机械如汪克尔发动机中，通常通过在活塞中设置具有内齿部的大齿轮来进行活塞的运动学控制，该大齿轮与一较小的齿轮啮合并且固定在壳体侧壁上。同时，用于从机械接收功率的偏心体轴穿过该较小的齿轮。在偏心体上的中央径向轴承上引导活塞，使得活塞可绕功率轴转动，同时受两个齿轮的齿啮合的作用而自行转动。在公知的汪克尔发动机中，齿轮、即在活塞中的内部设齿的轮和在壳体上的外部设齿的轮的直径比例为3比2，由此形成一双弧摆线作为壳体运行轨道。
如下的旋转活塞机械尤其适用于大的容积变化，这种旋转活塞机械的壳体运行轨道具有单弧摆线的形状。在此，活塞中的内部设齿的轮的直径与壳体上的外部设齿的轮的直径的比例取值为2比1。(发动)机的活塞具有两角形状(Zweieckform)。其缺点在于，当不合适地设置用于介质交换的开口时，在入口与出口之间可能产生短路流动。通过使介质交换经由壳体侧壁中的侧向开口进行，可避免这种短路流动。但两角活塞仅具有很小的面积，并且很难将侧向开口设置成与活塞运动相关联地被同时覆盖或打开。
该困难也出现在并非真正意义上的旋转活塞机械的类似机械中。这种类型的机械的一个例子是澳大利亚公司Katrix Pty Ltd.的回转活塞机械。此外，在此认为不利的是，活塞与功率轴通过滑动导向机构连接。虽然在这种情况下只要在活塞转动时保证活塞尖部始终在轨道轮廓上被引导，就存在选择任意壳体运行轨道的可能性。但是，合成的气体力则通过滑动导向机构传到引导功率的轴上。这种布置结构引起滑动副中的高摩擦以及构件的高磨损。而在旋转活塞机械中合成力始终作用在偏心体上，由此可取消穿过机械的功率轴。
另外已知对旋转活塞机械中活塞的运动学控制，该旋转活塞机械具有单弧摆线形式的壳体运行轨道，借助于图1描述该壳体运行轨道。在两个齿轮的传动比为比例2比1的情况下得到该旋转活塞机械的特定性能。现在，数学上的图形规则使得贯穿活塞的假想纵轴线6始终经过相对壳体固定的点3，而贯穿活塞的横向轴线7始终经过相对壳体固定的点4。点3和4同时是具有(座标)轴8和9的笛卡尔坐标系中的点。活塞绕自身的转动是通过两个齿轮10和11的共同作用还是通过由点3和4对活塞的滑动引导造成的，对于具有中心点5的功率轴的转动都不重要。
在任何情况下，活塞上的合成气体力始终经过偏心体中心点并相对于功率轴的转动点5具有杠杆臂。旋转活塞机械的偏心距是点3、4到中心点5的距离。活塞尖部保持无导向力。该运动学原理已经记录在专利文献DD95574A中。
图2示出，对于转动滑动导向的功能也可以选择在壳体侧壁上的另外的转动点。在图2中，轴12、13经过转动滑动点14和15。轴12和13相对于图1中的对称轴6和7转过一角度。该角度可按照在壳体侧壁上的选择的转动滑动点的位置任意选择。
尽管通过活塞旁边的齿轮对具有单弧壳体轮廓的旋转活塞机械的活塞运动学控制提供了一种精美而可靠的解决方案，但是由于连贯的功率轴、而且即使在功率轴不连贯的情况下也由于在偏心体旁边设置大的内部设齿的轮而占去很大的面区域，该面区域不再能用于活塞侧面上的介质交换目的。
发明内容
因此，本发明的目的是：给出一种解决方案以便能够特别是在机械非常小并且取消连贯的功率轴的情况下、通过不同的控制系统来实现经侧面的介质交换。
本发明的解决方案的特征在于：在活塞内这样设置一滑动导向机构，使得仅一设置在壳体侧壁中的导向销穿过活塞侧面中的最小中央开口伸入活塞中并在活塞的内部空间中与导向轨道形成转动滑动导向机构。
在另一种实施形式中，本发明解决方案在于：在活塞侧面中在任意角度下加工出一经过活塞中心点的直槽，在该槽中设置有同时用于输入介质的转动销。为此，该转动销设计成管件并且在伸入该槽中的端部上根据槽宽被整平当在运动过程中达到转动销与导向槽之间的确定位置或达到活塞的确定转角，使得通过处于活塞中的、这时与转动销重合的导向通道将介质引入机械工作腔中时，通过管件通道受控地将介质输入到机械中。
本发明的另一特征在于：活塞的运动学控制以如下方式进行，将两个双十字滑轨这样设置在活塞的运动平面中，使得两个通过铰接耦合件彼此连接的滑动体/滑环(Kulissensteine)可在这两个十字滑轨中运行，而活塞和一转动盘在相同的转动方向上以相同的角速度转动，所述十字滑轨之一处于该转动盘中。为此，耦合件的铰接支承装置的中心点间的距离必须是所述机械的偏心距，所述偏心距由活塞中的偏心体的中心点与功率轴的中心点之间的距离给出，相对壳体固定的十字滑轨与功率轴具有公共的转动轴线。由此实现了，对为介质侧向入口所提供的侧向活塞面的影响特别小。
本发明的特征还在于：一相对壳体固定的柱状销伸入侧向中央活塞开口中，而在开口的中央设有一另外的、相对活塞固定的柱状销，相对活塞固定的销的直径是相对壳体固定的销的直径的两倍；两个销都具有齿部并且环绕这两个销设置一齿形带，使得当活塞转动时绕功率轴进行相对运动。活塞中的侧向开口保证活塞中存在很大的自由面以便布置用于壳体壁中介质交换的机构。
在本发明的另一解决方案中，活塞运动学控制如下地进行，由一齿轮作为中间轮取代齿形带，连接两个带齿的销。
具体实施方式
借助实施例、从按照图1和图2对现有技术的定义出发来描述根据本发明的解决方案，图1和图2示出了具有单弧摆线形式的壳体运行轨道的旋转活塞机械(图1)，并且示出了对于转动滑动导向功能而言可以选择在壳体侧壁上的另外的转动点(图2)。
关于图3和图4(图3的剖视图)：
活塞1座置在偏心体19上。该活塞在背离功率轴的一侧具有穿过活塞中心点的槽，该槽具有导向轨道17，通过该导向轨道引导滑块18。转动销16这样伸入活塞1中，使得要求较大结构空间的导向轨道17对活塞1的用于侧向介质控制的侧面积的降低不超过转动销16的运动自由度所必需的程度。
由于起作用的介质力，活塞绕功率轴旋转。在此，该活塞由偏心体19引导。同时，活塞1必须按照滑块18的导向接合而绕偏心体19转动。在活塞1的完全回转中，滑块18在导向轨道17中在活塞槽的终端位置之间相对于活塞1移动。因为合成的介质力始终经过偏心体19的中心点，所以导向轨道17和滑块18是理论上无力的屈从铰链(nachgebendes Gelenk)。这不仅涉及可自由转动的转动销16的实施形式——滑块18固定地设置在该转动销上，而且涉及相对壳体固定连接的转动销16的实施形式——滑块18在该转动销上可自由转动。但事实上在控制构件中由于引导功率的构件中的机械摩擦而产生很小的力。
关于图5和图6(图5的剖视图)、图7、图8(活塞1的剖视图)以及图9：
活塞导向的所述实施形式使可转动地座置在固定的转动销上的滑动体20的原理与直接通过转动销21输入介质相结合。为此目的，转动销21具有孔22和侧向开口23用以将介质输入滑动体20。当活塞1转动时，在一确定位置中，滑动体20与转动销21的开口23以及通道25重叠，该通道25指向机械的位于上方的、窄工作腔。开口或通道23、24和25的几何配置这样与活塞1的转角位置相协调，使得对所述工作腔进行供给。
通过转动销21在其壳体侧支承装置中的由外界实施的转动，可以使转角和供给的持续时间以在运行技术上合理的方式变化。
关于图10、图11：
在活塞1的内部以及在侧向活塞中部存在十字滑轨26，滑动体28、29在该十字滑轨中运行。滑动体28、29设计成双件结构，所述双件结构在中部具有一轴段，该轴段用作铰接耦合件30的支承装置。同时，滑动体28、29在图中不可见的另一个十字滑轨中运行。在两个十字滑轨之间存在一平面距离，该平面距离允许铰接耦合件30经过。
上述另一个十字滑轨设置在图中不可见的转动盘中，该转动盘在点5上具有其相对壳体固定的转动点，同时，机械的功率轴的转动轴线经过该转动点。通过该布置结构实现了，活塞1中的侧向开口32可被限制到一直径尺寸，该直径尺寸由机械偏心距的两倍和转动支承销33的半径得到，因此形成自由设计活塞侧的介质侧向入口的先决条件。
铰接耦合件30的支承装置的中心点之间的距离对于旋转活塞机械的单弧摆线运行轨道而言与偏心距相同。
在图10中，偏心距相应于偏心体34的中心点与转动盘的中心点之间的距离。
为了活塞1内部的转动盘的自由通过，加工出具有相应构件高度的孔34。
关于(图)12、13：
在此，通过在机械的侧向壳体部分中设置一相对壳体固定的柱状销16，来实现活塞1在壳体2的摆线运行轨道中的运行，该销16以与功率轴轴线对准的方式座置并且伸入到活塞1的开口32中，使得当活塞转动时存在绕其轴线转的自由度。在开口32中设有与活塞轴线(相互)轴线对准的、相对活塞固定的销36。两个销的直径的比例取值为1比2，由此对应于产生单弧摆线的数学条件。壳体上的销16和活塞1上的销36设置有齿部，使得可以绕两个销布置一齿形带37，该齿形带在功率轴转动时无滑转/无打滑地使活塞1绕其轴线以功率轴角速度的一半、(与功率轴)同向地转动。通过开口32的尺寸可实现对侧向活塞面积的最小限制。
关于图14、图15：
该布置结构对应于三轴行星齿轮传动机构，该三轴行星齿轮传动机构包括同心地固定在相对壳体固定的销16上的齿轮38、与活塞轴线对准的相对活塞固定的齿轮39、中间轮40以及固定在齿轮上的行星架41。轮38和39的传动比取值为1比2，由此，当功率轴转动时，活塞1以(功率轴)角速度的一半、(与功率轴)同向地转动。该传动机构可在最小的开口32(参见图13)中沿侧向布置在活塞中。
参考标号清单
1  活塞
2  壳体
3  空间固定的滑动点
4  空间固定的滑动点
5  功率轴的中心点
6  活塞上的坐标轴
7  活塞上的坐标轴
8  空间固定的坐标轴
9  空间固定的坐标轴
10 内齿轮的节圆
11 外齿轮的节圆
12 活塞上的坐标轴
13 活塞上的坐标轴
14 空间固定的滑动点
15 空间固定的滑动点
16 空间固定的转动销
17 活塞中的导向轨道
18 转动销16上的滑块
19 功率轴的偏心体
20 可在转动销21上转动的滑动体
21 转动销
22 转动销21中用于介质输入的孔
23 转动销21中的介质开口
24 滑动体20中的介质孔
25 活塞1中的介质通道
26 设置在活塞1中的十字滑轨
28 滑动体
29 滑动体
30 铰接耦合件
32 活塞1中的侧向开口
33 转动盘31的转动支承装置
34 活塞中用于转动盘31的自由转动空间
35 活塞1的中心点
36 活塞1中的齿轮
37 齿形带
38 相对壳体固定的齿轮
39 活塞1中固定的齿轮
40 中间轮
41 轮39上用于保持中间轮40的行星架

Claims (8)

1.一种旋转活塞机械的控制装置，该旋转活塞机械具有作为壳体运行轨道的单弧摆线和两角式活塞，所述控制装置利用壳体侧壁上相对壳体固定的点，其特征在于：设有转动滑动导向机构，所述转动滑动导向机构围绕一壳体侧壁上的相对壳体固定的点转动并且包括滑块(18)、转动销(16；21)和导向轨道(17)，所述转动滑动导向机构布置在活塞(1)内部，使得在活塞侧面中为所述活塞绕设置在所述壳体侧壁上的轴销的自由运动仅需最小化的开口，而活塞侧面面积被最大程度地用于旋转活塞机械的侧向介质交换。
2.根据权利要求1的旋转活塞机械的控制装置，其特征在于：在所述活塞内部的所述转动滑动导向机构的转动销(21)具有管状的孔(22)，以便穿过所述转动销向活塞(1)中进行介质交换。
3.根据权利要求1或2的旋转活塞机械的控制装置，其特征在于：在设计成管件的转动销(21)上以可转动的方式设置一滑动体(20)，所述转动销设置在壳体侧壁上，所述滑动体(20)具有介质孔(24)，由此实现在转动销(21)中的径向开口与导向槽的面中的通道之间的介质控制。
4.根据权利要求3的旋转活塞机械的控制装置，其特征在于：所述设计成管件的转动销(21)在设有所述滑动体(20)的部段中具有侧向介质开口(23)，所述侧向介质开口允许介质流经过位于所述滑动体(20)中的通道。
5.根据权利要求3的旋转活塞机械的控制装置，其特征在于：所述转动销(21)能被从外界转动一角度，使得所述机械的介质交换能被控制。
6.一种旋转活塞机械的控制装置，该旋转活塞机械具有作为壳体运行轨道的单弧摆线和两角式活塞，所述控制装置利用壳体侧壁上相对壳体固定的点，其特征在于：设有双十字滑轨导向机构，该双十字滑轨导向机构设置在所述活塞内部，所述双十字滑轨导向机构的一个导向轨与活塞轴线对准而另一个导向轨与一壳体侧壁上的相对壳体固定的点对准，使得在所述活塞绕设置在所述壳体侧壁上的轴销的自由运动方面，在活塞侧面仅需为位于所述活塞内部的导向轨提供最小化的开口，而所述活塞侧面面积被最大程度地用于所述旋转活塞机械的侧向介质交换。
7.一种旋转活塞机械的控制装置，该旋转活塞机械具有作为壳体运行轨道的单弧摆线和两角式活塞，所述控制装置利用壳体侧壁上相对壳体固定的点，其特征在于：设有轮控制机构，该轮控制机构设置在所述活塞内部并且包括一与功率轴轴线对准的相对壳体固定的带齿销以及一另外的、位于侧向活塞开口中的与活塞对中的带齿销，其中，所述与活塞对中的销的直径是所述相对壳体固定的销的直径的两倍，在所述两个销上设有一齿形带或等价的带传动元件，使得为所述活塞绕设置在所述壳体侧壁上的轴销的自由运动仅需在活塞侧面提供最小化的开口，而所述活塞侧面面积被最大程度地用于所述旋转活塞机械的侧向介质交换。
8.一种旋转活塞机械的控制装置，该旋转活塞机械具有作为壳体运行轨道的单弧摆线和两角式活塞，所述控制装置利用壳体侧壁上相对壳体固定的点，其特征在于：设有轮控制机构，该轮控制机构设置在所述活塞内部并且包括一与功率轴轴线对准的相对壳体固定的带齿销和一另外的、位于侧向活塞开口中的与活塞对中的带齿销，其中，所述与活塞对中的销的直径是所述相对壳体固定的销的直径的两倍，在所述两个销之间设有一中间齿轮，所述中间齿轮被一固定在所述活塞的带齿销上的行星架保持，使得整个布置结构相当于一行星齿轮传动机构并得到所述活塞的在运动学上准确的总运动，为所述活塞绕设置在所述壳体侧壁上的轴销的自由运动仅需在活塞侧面提供最小化的开口，而所述活塞侧面面积被最大程度地用于所述旋转活塞机械的侧向介质交换。
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