专利名称：旋转活塞式机器的制作方法
技术领域：
本发明从独立权利要求所述类型的旋转活塞式机器出发。已知一种旋转活塞式机器(DE P 4241320.6；DE G 9218694.7；PCT/DE92/01025)，在这种机器中摆线部分和控制部分所有横向于旋转方向形成旋转方向的线，其延长线都通过旋转轴线的交点。其结果是限制了工作室的膨胀比和压缩比，限制了旋转原动机对不同工作介质和使用范围的适应性。
相比之下，具有独立权利要求特征部分所述特征的按本发明的对象的优点在于，工作室的吸入和排出特性通过相位移调整，由此减少不希望的逆流或减少抽吸的与要排出的工作介质搀混。
按本发明另一项有利的设计，从内径至外径的相位移至少为360°，所以至少在第一或第二部分的一个角度位置下工作室与周围隔离。
按本发明另一项有利的设计，构成摆线部分工作面的摆线的幅度彼此不同，所以在设计工作室的特性时有更大的自由度。
按本发明另一项有利的设计，工作室通过这些部分彼此相对的齿侧面之间的形状相配地连接及齿的啮合分开，所以控制部分的齿啮合由于齿数差沿着摆线部分的齿侧面进行以及流体的逆流趋近于零，除此之外此控制部分可由此摆线驱动。
按本发明另一项有利的设计，在构成摆线部分工作面的摆线与控制部分之间不存在形状相配的连接，所以此机器获得流体机械的源于工作介质脉冲力和惯性力的特性。此外可以使用那些其特性因挤压而受损害的敏感介质作为工质。
按本发明另一项有利的设计，工作介质进口的控制通道设在齿的外径处，工作介质出口控制通道设在齿的内径处，所以按涡轮或马达运行时工质的脉冲力和惯性力与工作室排出方向平行地作用。除此之外还因此减少漏泄损失和提高了效率。
按本发明另一项有利的设计，存在的这些部分的旋转轴线工作位置可彼此独立改变。按本发明还可设想存在其他附加的轮对，其中至少这些部分之一在背面同样制有端齿，端齿再与另一个单一或双重制齿的旋转件共同工作。前提条件是围绕着这些旋转部分的外壳与它们之间沿径向密封。轴或齿环可按已知的方式用于驱动和输出，它们与旋转部分连接或设在旋转部分上，并与别的驱动或输出装置配合工作。通过改变旋转轴的工作位置，可以做到延迟或提前实现旋转活塞式机器一个部分相对于另一部分的容积变化，由此通过连接工作室可以分阶段工作，或也可实现混合输送。
按本发明另一项有利的设计，摆线部分或控制部分存在双份，并在此存在双份的部分之间设另一个部分，后者设计为两侧制有端齿组或摆线工作面的环，在这种情况下按另一项设计至少存在于环两侧的两个工作室可互相连通。由此例如获得一种双重作用的泵或原动机，其中，在两个绝对同步旋转的摆线部分之间设一个两侧制齿的控制部分，后者相对于存在双份的部分同样有一齿之差。此控制部分可有驱动或输出装置，这要看所涉及的是泵还是马达，亦即驱动和/或输出可通过存在双份的摆线部分实现。外壳可用作定子，两个被驱动的摆线部分按适当的工作角支承在外壳内，在它们之间自由带动每一侧有齿数差的控制部分旋转。
因此，按本发明另一项有利的设计，在外壳或在控制部分内为了输入或排出工作介质存在相应的必要时在旋转过程中受控制的通道。由此不仅省去附加的阀，而且可以沿离心方向冲洗。
按本发明另一项优先的设计，这些部分沿径向的外表面设计成球形，在这种情况下这些部分沿径向密封地在外壳相应地设计为球形的内表面上导引。尤其是这种球形的导引提供了在没有附加的密封问题的情况下改变工作位置的可能性。这种外部或内部沿径向密封的球形工作室壁可与控制部分或摆线部分连接并与之一起旋转和使这些部分互相定心。
本发明另一项有利的设计是此旋转活塞式机器用作具有与转速无关地控制的压缩机，尤其是通过改变两个旋转部分相对于工作介质通道的相位差进行控制。除了运动部分有利的大的离心力稳定性和在机器功率大的同时尺寸小以外，借助于相位差可以无级调整尤其与转速无关地调整压缩比。因此这种压缩机特别适用于为内燃机充填，因为在那里转速高，尤其是转速发生很大的变化，在这种情况下压缩机的质量尤其要驱动旋转的质量应尽可能小，而功率必须与转速无关地调整。按本发明的压缩机可以应用于迄今只能采用活塞式机器的压力范围内，其原因在于按本发明多个工作室对可以相位移地工作、可以无阀以及可沿流动方向进行控制(没有逆流)和工作室的密封质量可以非常高。
本发明另一项有利的设计是此旋转活塞式机器在流体静力学领域中用作泵、马达或传动装置。在这里起作用的仍是结构尺寸与容积转换之间有极为有利的关系。简单的运动学、结构的旋转强度以及冲洗通道有很大的横截面，使此机器也适用于最高转速。按本发明的机器的内部流阻极小。当用作泵时，这些部分高的形状稳定性起有利的作用。磨损也仅在运动部分之间发生一种类型的摩擦时产生。此外，此机器适用于最高工作压力。当用作液压马达时有相同的优点，尤其是要加速的质量小，有良好的起动特性和高的容积效率。在用作流体静力学传动装置时特别有利的是结构体积小以及泵与液压马达能紧凑地组合。
本发明另一项有利的设计是此旋转活塞式机器用作尤其按斯特林原理工作的原动机或制冷机。在这种情况下相互并列的工作室相位移90°工作。两个旋转的摆线部分再加上旋转的控制部分构成工作室对，它们分别彼此相位移90°工作。一个室加热，另一室冷却，交流换热器组合在控制部分中。按本发明的设计没有任何在热区与冷区之间的变换部分。冷工作室和热工作室的壁彼此隔热，尽管它们在空间上彼此接近。基于构成工作室的部分高的形状稳定性，可以设计极端的对流面积与工作室容积之比。旋转部分之一可以设计为斯特林马达的线性发生器的转子或斯特林制冷机的线性马达。因此可以气密地关闭机器并可设计用于在工作气体漏泄损失小的同时有很高的充填压力。确定斯特林马达功率的相位移在这种结构形式中很容易实现。在按这种方式设计的制冷机中在任何情况下均可与转速无关地调整输送的热量。
由以下的说明、附图及权利要求可知本发明其他优点和有利的设计。
附图表示了本发明对象的实施例并在下面详细说明。其中
图1 驱动或输出部分及封闭部分分解图；图2 驱动或输出部分及封闭部分与外壳处于组装状态；图3 在有4条摆线和螺旋角约为170°的摆线齿上方看的俯视图；以及图4 在有5齿的封闭部分相应的齿上方看的俯视图。
图1右侧表示动力部分1和驱动或输出轴2。支承在图中未表示的外壳内的驱动或输出轴2在其一端带此动力部分1。动力部分1由球截层3构成，它朝驱动或输出轴2方向以一平的底面4为界，而其端面5有螺旋形的摆线齿。与传统的摆线结构不同，摆线6通过一个圆在球表面8与底面4之间的交线7上滚动形成，其中此圆描述摆线6的点始终处于球表面8上。摆线6是为制齿所需的主导曲线。当一条直的母线绕一个在驱动或输出轴2旋转轴线上的固定点沿主导曲线6运动时便产生一个直的摆线齿。若取代直的母线采用一条螺旋形母线，则产生按本发明的动力部分螺旋形摆线齿。
图1左侧表示的封闭部分10有类似的几何形状。同样支承在未表示的外壳内的轴11带有球截层形的封闭部分10，它朝轴11的方向以底面12为界，以及它的外轮廓与球面13一致。封闭部分10的端面14有螺旋形齿，其齿数比动力部分1摆线6的数量多1。齿的轮廓形状与动力部分1和封闭部分10同步旋转时在摆线6上的切线一致。齿的轮廓形状也可选择为始终在摆线与封闭部分10的齿之间存在一个确定的距离。于是此容积式挤压机械过渡成连续的流体机械。当例如工作介质由于在密封线9内挤压而受损或应利用工作介质的脉冲力和惯性力时这样做是有利的。封闭部分10和动力部分1的旋转轴线互相成一工作角15。是否摆线齿如图所示设在动力部分1的端面上以及对应的齿设在封闭部分10上或反之，对于本发明是无关紧要的。
图2中表示动力部分1和封闭部分10处于其装配位置。其中可见动力部分1与封闭部分10的两条密封线9，在此图中它们表示为接触点。封闭部分10、动力部分1和外壳17构成多个(取决于摆线的数量)工作室16，图中可见其中的两个。当动力部分1和封闭部分10的旋转方向如用两个箭头所示时，在图中所表示的旋转运动部分中工作室16扩张。相应地在图中未表示的旋转的第二个一半中工作室容积被压缩。根据旋转方向，密封线9从外向里游动或反之，并由此促使输送工作介质或驱动输出轴2。没有画出的外壳17内的控制孔根据过程的需要确定。例如，当输送方向由里向外地按泵运行时，进口在外壳17中处于密封线9离开齿内径的位置。外齿在外壳上的位置使工作室16有期望的容积。此旋转活塞式机器的功率可在转速不变的情况下通过封闭部分10相对于动力部分运动进行调整。在这里封闭部分10的旋转轴线始终保持在一个其锥角与工作角15一致的锥面上。
图3表示动力部分1简化后的俯视图。在这里画了四条螺旋形母线18，它们可表示螺旋形摆线齿的结构。母线18均处于摆线的最高点。在图示的例子中螺旋角19约为170°。
图4表示封闭部分10对应的母线21。通过比较图3和图4，一方面看出齿数的差别，另一方面还可以理解螺旋形齿的作用。与直的摆线齿不同，同一个工作室在其内部区和外部区可以同时膨胀和压缩。由此提供了许多设计可能性，亦即所期望的工作室容积比的多种设计可能性。当螺旋形母线所包含的螺旋角19大于360°时，则每个工作室16在动力部分1与封闭部分10旋转时有时全面封闭。由此排除工作介质逆流以及否则会从出口侧向进口侧反作用或从进口侧向出口侧作用的可能性。
所有在说明书中、在下面的权利要求及在附图中表示的特征，不仅单个的而且互相任意组合的均可是本发明的重要内容。
符号表1 动力部分12 封闭部分底面2 驱动或输出轴13 球表面3 球截层 14 封闭部分端面4 动力部分底面15 工作角5 动力部分端面16 工作室6 摆线17 外壳7 球面与底面交线 18 动力部分母线8 球表面 19 螺旋角9 动力部分与封闭 21 封闭部分母线部分之间的密封线10 封闭部分11 轴
权利要求
1.旋转活塞式机器，它作为泵、压缩机、涡轮或马达工作，包括-有一个球带状内腔的外壳(17)，外壳至少各有一进口和一出口，-与一根支承在外壳(17)中设有驱动或输出装置的轴(2)连接的动力部分(1)，动力部分由一个以端面(5)和底面(4)为界的球截层(3)构成，球截层的中心位于驱动或输出轴(2)的旋转轴线内以及其直径与外壳(17)内腔一致，它的底面(4)垂直于旋转轴线延伸，它的端面(5)通过一条与旋转轴线的一个点连接的直的母线沿一条至少包括2条摆线的摆线式主导曲线运动构成，其中构造摆线所需要的圆的滚动在底面(4)与球截层(3)的圆形交线(7)上进行，此圆形成摆线(6)的点在球截层(3)的表面上运动，-与一根支承在外壳(17)中的轴(11)连接的封闭部分(10)，封闭部分由一个以端面(14)和底面(13)为界的球截层构成，球截层的中心位于轴(11)的旋转轴线内以及其直径与外壳(17)内腔一致，它的底面(12)垂直于轴(11)的轴线延伸，它的端面(14)设计成与动力部分(1)共同工作的啮合齿，其中，封闭部分(10)的齿数与动力部分(1)摆线(6)数量之差等于1，动力部分(1)和封闭部分(10)绕驱动或输出轴(2)及轴(11)互相成工作角(15)布置的旋转轴线同步旋转，并在摆线(6)与封闭部分(10)的齿之间形成工作室，每转一圈这些工作室达到由摆线(6)、齿形及工作角(15)确定的最大值和最小值，其特征为-生成动力部分(1)端面(5)的母线在一个通过驱动或输出轴(2)的旋转轴线延伸的平面内是一条曲线。
2.按照权利要求1所述的旋转活塞式机器，其特征为生成动力部分(1)端面(5)的母线是螺旋线。
3.按照权利要求2所述的旋转活塞式机器，其特征为螺旋升角大于360°。
4.按照前列诸从属权利要求之一所述的旋转活塞式机器，其特征为工作室(16)通过封闭部分(10)和动力部分(1)的摆线(6)与齿之间的形状相配连接隔开。
5.按照权利要求1至3所述的旋转活塞式机器，其特征为在构成动力部分(1)工作面的摆线与封闭部分(10)之间存在确定的距离。
6.按照前列诸权利要求之一所述的旋转活塞式机器，其特征为工作介质进口的控制通道设在齿的内径处，工作介质出口的控制通道设在齿的外径处。
7.按照前列诸权利要求之一所述的旋转活塞式机器，其特征为工作介质进口的控制通道设在齿的外径处，工作介质出口的控制通道设在齿的内径处。
8.按照前列诸权利要求之一所述的旋转活塞式机器，其特征为存在的旋转部分(1、10)旋转轴线的工作位置可彼此独立改变。
9.按照前列诸权利要求之一所述的旋转活塞式机器，其特征为动力部分(1)或封闭部分(10)是成双的，在此存在双份的部分之间设另一个部分(10、1)，它设计为两面制有端齿组或摆线工作面的盘。
10.按照权利要求9所述的旋转活塞式机器，其特征为在盘(1、10)两侧存在的工作室(16)中至少两个可互相连通。
11.按照前列诸权利要求之一所述的旋转活塞式机器，其特征为在外壳(7)内或在封闭部分(10)内存在用于输入或排出工作介质的相应通道。
12.按照前列诸权利要求之一所述的旋转活塞式机器，其特征为球截层表面(8、13)在外壳(17)设计为球形的内表面上沿径向密封地导引。
13.按照前列诸权利要求之一所述的旋转活塞式机器，其特征在于用作具有与转速无关地调整的压缩机，尤其是通过两个旋转部分相对于工作介质通道的工作相位移进行调整。
14.按照权利要求13所述的旋转活塞式机器，其特征为存在两个从外部驱动并在外壳内沿轴向支承的动力部分(1)和一个布置在它们之间两侧制齿的封闭部分(10)；以及，在封闭部分上齿布设为在一侧上的相对于另一侧上的齿沿旋转方向错开，或在两侧设置不同的齿数。
15.按照权利要求1至12之一所述的旋转活塞式机器，其特征在于在流体静压领域用作泵、马达或传动装置。
16.按照权利要求1至12之一所述的旋转活塞式机器，其特征在于尤其按斯特林原理用作原动机或制冷机，其中互相并列的工作室相位差90°地共同工作。
全文摘要
本发明涉及一种旋转活塞式机器,它作为泵、压缩机或马达工作,在此机器中摆线的动力部分和相应成形的封闭部分啮合,其中两个部分的齿数之差为1。由此产生工作室(16),它们的容积由于动力部分和封闭部分的同步旋转在每转一圈时达到一次最大值和一次最小值。
文档编号F01C3/00GK1267355SQ98808358
公开日2000年9月20日 申请日期1998年8月20日 优先权日1997年8月21日
发明者费里克斯·阿诺尔德 申请人:费里克斯·阿诺尔德