(57)【要約】【課題】  質量分布の対称性に関してさらに一層の改良を行う。【解決手段】  振動ピストン機械が、複数のピストン（２４−３０）を含み、これらがハウジング（１２）内に配置され、ハウジングの本質的に中心にあってハウジングに関して固定された回転軸（３４）の周りをハウジング（１２）内でともに回転し、それらがハウジング（１２）内で回転するときにそれぞれの振動軸（３２）の周りで往復振動動作を実行し、各場合において２つの近接したピストン（２４−３０）が反対方向に振動動作を実行する。ハウジング（１２）は、その内側で球状構造であり、ピストン（２４から３０）の振動軸（３２）は共通の振動軸（３２）で形成されていてこれが本質的にハウジングの中心（６６）を通っている。
2005526206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング（１２）内に配置され、ハウジングの本質的に中心にあってハウジングに関して固定された回転軸（３４）の周りをハウジング（１２）内でともに回転する複数のピストン（２４−３０）を含み、それらがハウジング（１２）内で回転するときにそれぞれの振動軸（３２）の周りで往復振動動作を実行し、各場合において２つの近接したピストン（２４−３０）が反対方向に振動動作を実行する振動ピストン機械において、ハウジング（１２）がその内側で球状構造であり、ピストン（２４−３０）の振動軸（３２）が本質的にハウジングの中心（６６）を通っていることを特徴とする振動ピストン機械。
【請求項２】
ピストン（２４−３０）の共通の振動軸（３２）が、回転軸（３４）に関して傾斜して又は垂直に通っていることを特徴とする請求項１に記載の振動ピストン機械。
【請求項３】
ピストン（２４−３０）が、ピボット方式でスピンドル（４４）に載置され、これが、振動軸（３２）を形成して回転軸（３４）の周りに回転に関して固定され、回転軸（３４）を形成するシャフト（５６）に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動ピストン機械。
【請求項４】
シャフト（５４）が、ハウジング（１２）から導出するようにできていることを特徴とする請求項３に記載の振動ピストン機械。
【請求項５】
シャフト（５４）が、ハウジングのほぼ中央で終了していることを特徴とする請求項３又は４に記載の振動ピストン機械。
【請求項６】
本質的に直径に沿ってハウジングの中心（６６）に関して互いに反対にある２つのピストン（２４−３０）が、各場合において、互いにしっかりと接続されてダブルピストンを形成していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の振動ピストン機械。
【請求項７】
ピストン（２４−３０）がハウジング（１２）内で回転する際に、往復振動動作を制御する目的で、それらがハウジング（１２）に形成された少なくとも１つの制御カムカーブに沿ってガイドされることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の振動ピストン機械。
【請求項８】
制御カムカーブが少なくとも１つの溝（８０）として具体化され、これがハウジングに設けられていて、その中にそれぞれのピストン（２４−３０）に割り当てられていてそのピストンに取り付けられた少なくとも１つのガイドエレメント（６８、７０）が各場合において係合していることを特徴とする請求項７に記載の振動ピストン機械。
【請求項９】
ガイドエレメント（６８、７０）が、少なくとも１つのローラ（２２−７８）を有し又は摺動ベアリングとして具体化されていることを特徴とする請求項８に記載の振動ピストン機械。
【請求項１０】
ガイドエレメント（６７、７０）が２つのローラ（７２−７８）を有し、それらの一方が溝（８０）の１つの側面（８２）と、他方が溝（８０）の反対の側面（８４）と接触していることを特徴とする請求項９に記載の振動ピストン機械。
【請求項１１】
各ダブルピストンが、ただ１つのガイドエレメント（６８、７０）を有していることを特徴とする請求項６及び請求項８〜１０のいずれか１項に記載の振動ピストン機械。
【請求項１２】
制御カムカーブが、少なくとも１つの突起（１６４）として具体化されていて、これがハウジング（１２’’）から内向きに突出していてこれに沿ってピストン（２４’’−３０’’）がガイドされることを特徴とする請求項７に記載の振動ピストン機械。
【請求項１３】
４つのピストン（２４−３０）の全部が、ハウジング（１２）内に配置されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の振動ピストン機械。
【請求項１４】
各ピストン（２４−３０）が、作業側（８６、８８）と、後者から離れて裏返しとなった背面側（９０、９４）を有し、２つの近接したピストン（２４−３０）のそれぞれ互いに面した２つの作業側（８６、８８）とハウジング（１２）の間にそれぞれの作業室が形成されていて、各場合において作業室（９６、９８）に反比例して体積が増加又は減少する第２室（１００、１０２）が、２つの近接したピストン（２４−３０）の２つのそれぞれの背面側（９０、９４）とハウジング（１２）の間に形成されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の振動ピストン機械。
【請求項１５】
少なくとも１つの第２室（１００、１０２）が、流体、好ましくはエアで満たされ得ることを特徴とする請求項１４に記載の振動ピストン機械。
【請求項１６】
少なくとも１つの入口バルブ（１０４、１１０）が、少なくとも１つの第２室（１００、１０２）を満たす目的で、ハウジング（１２）に存在することを特徴とする請求項１５に記載の振動ピストン機械。
【請求項１７】
第２室（１００、１０２）内の流体が、割り当てられたピストン（２４−３０）の振動動作により圧縮されることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の振動ピストン機械。
【請求項１８】
少なくとも１つの第２室（１００、１０２）が少なくとも１つの作業室（９６、９８）と少なくとも１つの入口バルブ（１２６）を介して連通しており、これが圧縮された流体を少なくとも１つの第２室（１００、１０２）から作業室（９６、９８）内へ通過させることを可能にしていることを特徴とする請求項１４〜１７のいずれか１項に記載の振動ピストン機械。
【請求項１９】
少なくとも１つの第２室（１００、１０２）が少なくとも１つの作業室（９６、９８）とハウジング（１２）の外側に配置されたライン（１２２、１２４）を介して連通しており、ハウジング（１２）に少なくとも１つの入口バルブ（１２６）が配置され、これを通って流体が作業室（９６、９８）内に第２室（１００、１０２）から通過することを特徴とする請求項１８に記載の振動ピストン機械。
【請求項２０】
少なくとも１つの第２室（１００’、１０２’）が、少なくとも１つの作業室（９６’、９８’）と中間ピストン（２４’−３０’）を通じて連通しており、ピストン（２４’−３０’）に入口バルブ（１５４−１６０）が配置され、これを通って流体が作業室（９６’−９８’）内に第２室（１００’−１０２’）から通過することを特徴とする請求項１８に記載の振動ピストン機械。
【請求項２１】
２つの近接したピストン（２４−３０）で形成される作業室（９６、９８）が球状くさび型構造であってその幅がピストン（２４−３０）の振動軸（３２）に対して垂直な面内で可変であるように、ピストン（２４−３０）が各場合において具体化されていることを特徴とする請求項１４〜２０のいずれか１項に記載の振動ピストン機械。
【請求項２２】
２つの近接したピストン（２４−３０）が各場合において振動動作ゆえに交替的に互いに近接して及び互いから離れるように、ピストン（２４−３０）が配置されていることを特徴とする請求項１〜２１のいずれか１項に記載の振動ピストン機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハウジング内に配置され、ハウジングの本質的に中心にあってハウジングに関して固定された回転軸の周りをハウジング内でともに回転する複数のピストンを含み、それらがハウジング内で回転するときにそれぞれの振動軸の周りで往復振動動作を実行し、各場合において２つの近接したピストンが反対方向に振動動作を実行する振動ピストン機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような振動ピストン機械はＷＯ９８／１３５８３から公知である。
【０００３】
振動ピストン機械は、一般的なタイプの内燃機関に属し、そこでの燃焼混合物の吸引、圧縮、燃焼、膨張及び排除の個々の作業ストロークは、２つの終了位置の間の個々のピストンの往復振動動作によって行われる。
【０００４】
振動ピストンは、ここではハウジング内でハウジングに関して固定された共通の回転軸の周りに回転し、ピストンの回転動作は、適当な中間エレメントを用いて出力シャフトの回転動作に変換される。振動ピストンがハウジング内で回転する際に、それらは往復振動動作を行う。
【０００５】
上記した公知の振動ピストン機械において、ハウジングはその内側でシリンダ幾何構造を有する。公知の振動ピストン機械のピストンは、２腕のレバーとして具体化されている。各場合において、２つの近接したピストンが互いに転動係合している。ピストンは、シリンダ軸上にある中心ハウジング軸と平行なピストン軸の周りに振動可能なように各々配置されている。ピストン軸は、ハウジングの内壁のすぐ近傍に延在しており、各ピストンはそれ自身のピストン軸を有する。個々のピストンがハウジング内で回転する際にそれらの振動動作を制御する目的で、ハウジングの中心にあってハウジングに固定されたカムエレメントが設けられ、個々のピストンはこのカムエレメントに沿ってガイドされる。
【０００６】
個々の作業室は、各場合において２つの近接したピストンで形成され、ハウジングの内壁に面するピストンの側面とハウジングの内壁の間に形成される。
【０００７】
公知の振動ピストン機械は、その運転特性とそのトルクカーブの点において好ましいことが分かっているが、ハウジング幾何構造ゆえにピストンの質量分布の更なる最適化が可能であり、個々のピストンがハウジングの内壁に支えられていることが、公知の振動機械の不都合な点であると考えられ得る。
【０００８】
文献ＵＳ６，２４１，４９３Ｂ１は、流体の流れを回転ポンプ、圧縮機又はモーターによって制御する装置を開示している。球状のハウジング内で、第１のブレードが回転することにより、少なくとも１つの第２のブレードが開放及び閉鎖位置の間で交替的に往復する方式で振動し、正確に言えば第２ブレードが振動動作で第１ブレードから離れてそれに再び近づく。第２ブレードが閉鎖位置に近づいたときに、流体はハウジングの入口を通って移動され、一方で、第２ブレードが開放位置に近づいたときに、流体はハウジング内に入る。一方のブレードは純粋に回転動作を実行して振動動作を実行せず、他方のブレードは振動できる。この公知の装置は、従って、先に述べた振動ピストン機械とは完全に異なる作業原理に基づいている。
【０００９】
加えて、文献ＤＥ２９７２４３９９Ｕ１は、環状スペースで回転し、それらの回転方向で前方及び後方の環状スペース内の膨張室を画成する少なくとも２つの回転ピストンを有し、その回転ピストンが歯車配置を介して共通のトルクトランスミッションシャフトに接続されており、膨張室の体積が回転方向で交替的に減少及び増加されるようになっている装置を開示している。歯車配置は、少なくとも１つの曲げカルダンフェーズ継手を有し、これは、トルクトランスミッションシャフトと、膨張室を画成する２つの回転ピストンのうちの少なくとも１つの間において、周期回転移動の点で補償されていない。この公知の装置において、ピストンがハウジング内で回転する際にそれらが様々な回転速度を有することにより、各場合において２つの近接したピストンが互いに接近し及び互いに離れる。
【特許文献１】ＷＯ９８／１３５８３
【特許文献２】ＵＳ６，２４１，４９３Ｂ１
【特許文献３】ＤＥ２９７２４３９９Ｕ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、質量分布の対称性に関してさらに一層改良された最初に述べたタイプの振動ピストン機械を利用可能にする目的に基づいている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、ハウジングが内側で球状構造であり、ピストンの振動軸が共通の振動軸で形成され、それらがハウジングの本質的に中心を通っていることにより、この目的は最初に述べたタイプの振動ピストン機械に関して達成される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明による振動ピストン機械において、ハウジング内で回転する個々のピストンは、それゆえ球状ハウジングの本質的に直径上にある共通の振動軸の周りにピボット可能であり、その結果としてピストンが、最初に述べた公知の振動ピストン機械とは対照的に、ハウジングの中心にあるベアリング配置を有する。最初に述べられた公知の振動ピストン機械においては、個々のピストンがハウジング内を回転する際にその遠心力ゆえにそれらがハウジングの内壁に着座された振動軸ベアリングに対して押圧される一方で、本発明による振動ピストン機械のピストンは、ハウジング内の中心ベアリングゆえに、ピストンに作用する中心力に対してハウジングの中心に向かって支持され、その結果としてピストンが本質的に低摩擦で運動できる。さらに、本発明による振動ピストン機械のハウジングは、最初に述べられた公知の振動ピストン機械とは対照的に、球状構造であり、これはピストンの全体配置がそのハウジング内での中心ベアリングと結びついて、極めて特別に均質な質量分布で構成され得るという利点を有する。さらに、本発明による振動ピストン機械の球状構造は、振動ピストン機械の著しくよりコンパクトな全体寸法での最大作動体積の利点を提供する。個々の作業室は、こうして、振動ピストン機械の最小全体寸法とともに、大きな体積で構成され得る。それでも、球状の実施態様の更なる利点は、回転軸に関して共通の振動軸の位置に関して、大幅に自由な選択があることである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
１つの好ましい実施態様において、ピストンの共通の振動軸は、回転軸に関して、傾斜して又は垂直に通っている。
【００１４】
この手段は、ピストンの往復振動動作とピストンの回転動作の間の相互作用が構造的に単純で応用運動学上好ましい方式で実行され得るという利点を有する。傾斜又は垂直配置が好ましい一方で、もっとも、ピストンの共通の振動軸と回転軸が平行に延在し、例えば一致することを許容することも可能である。
【００１５】
もっとも、全ての実施態様は、振動ピストン機械が作動している間、振動軸と回転軸の間の角度が不変であるということを共通して有する。振動軸が回転軸に関して垂直配置であるという利点は、ピストンの往復振動動作が加速モーメント又は減速モーメントとして回転軸の周りの回転動作に作用しないことであり、その結果として振動ピストン機械の極めて静かな運転が達成される。
【００１６】
更なる好ましい実施態様において、ピストンが、ピボット可能にスピンドルに載置され、これが、振動軸を形成して回転軸の周りに回転に関して固定され、回転軸を形成するシャフトに接続されている。
【００１７】
ここで、構造的に特に単純な実施態様が有利である。もしピストンの振動軸が回転軸と本質的に垂直に交差するなら、好ましい実施態様において先に述べたように、振動軸を形成するスピンドルが回転軸を形成するシャフトに関して対応して垂直に配置され、このスピンドルが回転軸の周りに回転の点で固定されたこのシャフトに接続される。
【００１８】
更なる好ましい実施態様において、シャフトがハウジングから導出するようにできているように形成される。
【００１９】
ここで共通の回転軸を形成するシャフトが、運転軸又は出力軸として同時に機能し得るという利点がある。ハウジング内のピストンの回転動作は、こうしてシャフトの回転動作に中間エレメントなく直接変換され得るが、それはその後この回転動作をハウジングの外側で運転エネルギーとして取り出すことを可能にしている。
【００２０】
更なる好ましい実施態様において、シャフトが、ハウジングのほぼ中心で終了している。
【００２１】
この実施態様は、ただ１つのベアリングがシャフトのためにハウジングに要求され、その結果として本発明による振動ピストン機械の構造的複雑性がなお一層低減されるという利点を有する。
【００２２】
更なる好ましい実施態様において、本質的に直径に沿ってハウジングの中心に関して互いに反対にある２つのピストンが、各場合において、互いにしっかりと接続されてダブルピストンを形成している。
【００２３】
この実施態様において、ダブルピストンの２つのピストンは、従って振動軸から開始して反対方向にハウジングのそれぞれの反対の内壁へ本質的に放射方向に延在している。この手段の利点は、ベアリングリングが半分の数だけ２つのピストンに要求されることであり、その結果として、一方では振動軸の周りのピストンのベアリングに要求されるスペースが低減され、加えてピストンのベアリングにより少ない部分が要求される。
【００２４】
１つの特に好ましい実施態様において、４つのピストンの全てがハウジング内に配置され、２つのダブルピストンが先に述べられた好ましい実施態様と連結してハウジング内に配置される。これらの２つのダブルピストンは、共通の振動軸で、ほぼＸの形状で交差している。
【００２５】
更なる好ましい実施態様において、ピストンがハウジング内で回転する際に、往復振動動作を制御する目的で、それらがハウジングに形成された少なくとも１つの制御カムカーブに沿ってガイドされる。
【００２６】
制御カムカーブを設けることは、個々のピストンの振動動作が規定の方式で正確に制御されるという利点を有する。ハウジングに少なくとも１つの制御カムを設けることは、ハウジングに固定されたカムエレメントがハウジングの中心に配置されている最初に述べられた公知の振動ピストン機械とは異なっている。他方で、本発明による振動ピストン機械においては、ピストンが共通の振動軸の周りにハウジングの中心に載置され、制御カムカーブがハウジングに形成されていて、その結果としてピストンの制御動作が大きなストロークで行われ得る。
【００２７】
ここでもし制御カムが少なくとも１つの溝として具体化され、これがハウジングに設けられていて、その中にそれぞれのピストンに割り当てられていてそのピストンに取り付けられた少なくとも１つのガイドエレメントが各場合において係合しているなら好ましい。
【００２８】
ハウジングの壁に溝を設けることは、溝に係合してピストンに取り付けられるそれぞれのガイドエレメントが２つの側、詳細には溝の２つの反対の側壁にガイドされるという利点を有する。
【００２９】
更なる好ましい実施態様において、ガイドエレメントが、少なくとも１つのローラを有し、又はガイドエレメントは摺動ベアリングとして具体化されている。
【００３０】
もしガイドエレメントが少なくとも１つのローラを有するなら、ここでの利点は、個々のピストンが極めて低摩擦で溝内をガイドされ、その結果としてハウジング内でのピストンの回転の間のエネルギーロスが低減されることである。
【００３１】
もし、ガイドエレメントが２つのローラを有し、それらの一方が溝の一方の側面と、他方が溝の反対の側面と接触しているなら、特に好ましい。
【００３２】
この手段は、２つの個々のローラが溝内を回転する際に、それらが溝の一方の側面又は他方の側面と接触しているかどうかに応じてそれらが回転方向を逆にする必要がないという利点を有する。この実施態様においては、一方のローラが常に溝の一方の側面と接触し、結果的にこのローラが溝内でローラの１つの全回転にわたって考慮された同じ回転方向を有し、他方のローラが常に反対の側面と接触し、このローラがそれゆえ溝内の回転の間、回転方向の逆転を経験しない。
【００３３】
先に述べられた実施態様のうちの１つと共同して、それによれば各場合において、２つのピストンが連結して１つのダブルピストンを形成し、更に好ましい実施態様において、各ダブルピストンが、ただ１つのガイドエレメントを有していることの提供がある。
【００３４】
これはまた各場合において２つのピストンを連結して１つのダブルピストンを形成する利点である。なぜならダブルピストンにつきただ１つのガイドエレメントが必要であり、結果としてその場合であっても全体として２つのダブルピストンのためにただ１つの制御カムカーブが必要であり、その結果として構造上の出費が更に低減される。
【００３５】
ハウジング内に設けられる溝としての制御カムカーブの実施態様との交替として、制御カムカーブはまた、ハウジングから内向きに突出してこれに沿ってピストンがガイドされる少なくとも１つの突起として好ましくは具体化され得る。
【００３６】
この手段の利点は、ピストンに固有の面に対して内向きに突出した突起にローラを設けることなくピストンが直接ガイドされることが可能であり、その結果として、振動ピストン機械の構造的に特に単純な実施態様が得られる。
【００３７】
更なる好ましい実施態様において、各ピストンが、作業側と、後者から離れて裏返しとなった背面側を有し、互いに面した２つの作業側とハウジングの間にそれぞれの作業室が形成されていて、各場合において作業室に反比例して体積が増加又は減少する第２室が、２つの近接したピストンの２つのそれぞれの背面側とハウジングの間に形成されている。
【００３８】
この手段の利点は、２つの近接したピストンの２つの背面側の間に各場合において形成される第２室が、個々のピストンの往復振動動作の間、それらの体積の点で作業室と反比例して振舞い、その中で吸引、圧縮、膨張及び排除の作動ストロークが行われ、様々な目的のため、詳細には、以下に説明される更に望ましい実施態様において提供されるように、一方でピストンを冷却するため、又は圧力室として、使用され得ることである。
【００３９】
更なる望ましい実施態様において、各場合において２つの近接したピストンにより形成される作業室が球状クサビ型構造であり、その幅がピストンの振動軸と垂直な面内で変化され得るように、ピストンが具体化される。
【００４０】
ピストンのこの実施態様は、最初に述べられた公知の振動ピストン機械と比較して拡大された作業体積をもたらし、これは、本発明による振動ピストン機械が内燃機関として使用されるときに、増加されたパワー出力につながり得る。
【００４１】
更なる好ましい実施態様において、先に述べた少なくとも１つの第２室が、流体、好ましくはエアで満たされ得る。
【００４２】
もし本発明による振動ピストン機械が内燃機関として使用されるなら、ピストンの背面側とハウジングの内壁を中央ピストンベアリングとともに冷却する目的で、この手段は外気が第２室内に方向付けられることを好都合に許容する。これは、公知のタイプの他の内燃機関と比較して全体的な効率の増加という有利な結果となる。最も単純な場合では、第２室もまた、冷却及び潤滑のためのオイルスペース又はオイル／エアスペースとして単純に機能し得る。
【００４３】
先に述べられた手段の更に構造的に単純な実施態様において、少なくとも１つの入口バルブが、少なくとも１つの第２室を満たす目的で、ハウジングに存在する。
【００４４】
少なくとも１つの第２室が往復振動動作の結果として体積を増加及び減少させるため、この入口バルブは単純なフラップバルブ又はバタフライバルブとして具体化され得る。なぜなら、体積の連続的交替的な変化は、部分的な真空と過圧を交替的にもたらし、それを用いて入口バルブが自動的に制御されるからである。このように、複合バルブ制御手段、例えばカムシャフト又はなお複合バルブ、例えばソレノイドバルブが、無しで済まされ得る。
【００４５】
更に好ましい実施態様において、第２室内の流体が、割り当てられたピストンの振動動作により圧縮される。
【００４６】
この手段は、構造的に特に単純な方式で、少なくとも１つの第２室がピストン、ハウジング及びピストンベアリングを冷却する役割を果たすだけでなく、同時に、本発明の振動ピストン機械が内燃機関として使用されるときに、先に少なくとも１つの第２室内に吸引された燃焼エアを予備圧縮する役割を果たしうる圧力室として機能するという利点を有する。この意味で、先に述べられた流体は、好ましくは外気である。
【００４７】
これに関連して、もし少なくとも１つの第２室が少なくとも１つの作業室と少なくとも１つのバルブを介して連通しており、これが圧縮された流体を少なくとも１つの第２室から作業室内へ通過させることを可能にするなら、特に好ましい。
【００４８】
この実施態様は、本発明による振動ピストン機械が自己過給内燃機関として用いられうるという点でかなりの利点を提供する。換言すれば、本発明による振動ピストン機械で、このような自己過給効果が機械内に一体化される。この自己過給効果は、作業室と反比例してサイズが増加及び減少する第２室により可能となる。少なくとも１つの第２室で予備圧縮された流体、たとえば予備圧縮された燃焼エアは、圧縮された形で少なくとも１つの作業室内を、例えばもし後者が吸入サイクル内又はその終わりに実際にあるとき、通過することができる。換言すれば、燃焼エアが、少なくとも１つの作業室内に侵入圧力で既に充填されることが可能であり、この方式で本発明による振動ピストン機械をディーゼルエンジンとして動かすのに十分な圧縮率を達成し得るようになっている。自己過給効果は、好ましい実施態様の範囲内で過給エア圧縮機を取り付けること無くもたらされ得るが、本発明による振動ピストン機械の自己過給を、最小限の構造上の出費で可能にしている。
【００４９】
更なる１つの実施態様において、少なくとも１つの第２室が少なくとも１つの作業室とハウジングの外側に配置されたラインを介して連通しており、ハウジングに少なくとも１つの入口バルブが配置され、これを通って流体が作業室内に第２室から通過する。
【００５０】
交替的に好ましい実施態様において、少なくとも１つの第２室が少なくとも１つの作業室と中間ピストンを通じて連通しており、ピストンに入口バルブが配置され、これを通って流体が作業室内に第２室から通過する。
【００５１】
最初の実施態様は、バルブをピストン内に一体化する必要が無く、むしろただ１つの追加の入口バルブがハウジングに設けられさえすればよいため、ピストンが構造的に単純な方式で製作され得るという利点を有する一方で、次の実施態様は、代わりに単純なフラップバルブ又はバタフライバルブを入口バルブとして使用することが可能であり、これらのバルブの機能は、ハウジングの周囲の圧力に依存しないという利点を有する。他方で、最初の実施態様において、制御されたバルブがソレノイドバルブの形で又は単純な場合はカムシャフトを介して制御されたバルブで好適に使用される。
【００５２】
本発明による振動ピストン機械において、大きな体積の作業室を得る目的で、２つの近接したピストンが各場合において振動動作ゆえに交替的に互いに接近して及び互いから離れるように、ピストンが好適に配置される。
【００５３】
更なる利点及び構成は、以下の詳細な説明と添付された図面から明らかとなる。
【００５４】
上記された及び以下に説明される構成は、それぞれ明記された組み合わせだけでなく、他の組み合わせ又はそれ自身で、本発明の範囲から離れることなく用いられ得る。
【００５５】
本発明の典型的な実施例が図面に描かれていて、以下により詳細にそこを参照して説明される。
【実施例】
【００５６】
全体的な参照符号１０で与えられた振動ピストン機械の実施例が、図１〜８を参照して以下により詳細に説明される。振動ピストン機械１０は、内燃機関として機能するが、他の用途、例えば圧縮機としても使用され得る。
【００５７】
振動ピストン機械１０は、ハウジングを有し、これは全体として参照符号１２で与えられていて、第１ハウジングハーフ１４と第２ハウジングハーフ１６からなる。
【００５８】
２つのハウジングハーフ１４及び１６は、それぞれの環状フランジ１８又は２０を介して互いに永久的に接続されている。
【００５９】
ハウジング１２の内壁２２は、球形構造である。その外側でも、振動ピストン機械１０のハウジング１２は、球状対称性を有する。
【００６０】
図１において、ハウジング１２は、部分的に切断されて描かれており、図１において振動ピストン機械１０の更なる詳細がハウジング１２の内側に見られ得るようになっている。
【００６１】
複数のピストンと、本実施例では４つのピストン２４、２６、２８及び３０がハウジング１２内に配置されていて、ピストン３０は図１で隠されていて、例えば図４及び図７の分解斜視図で示されている。
【００６２】
各場合において２つのピストンが互いにしっかりと接続されていてダブルピストンを形成し、詳細にはピストン２６及び３０が互いにしっかりと接続されていてダブルピストンを形成し、同様にピストン２４及び２８が１ピース剛体ダブルピストンを形成している。
【００６３】
以下により詳細に説明されるように、ピストン２４から３０は、共通の振動軸３２の周りに振動可能であり、同時にピストン２４から３０はハウジング１２内の共通の回転軸３４の周りに回転可能であり、往復振動動作が回転動作に付加されている。
【００６４】
振動ベアリングを提供する目的で、ピストン２４及び２８から形成されるダブルピストンは、ピストン２４及び２８の一端において２つのピストン２４及び２８に永久的に接続されたベアリングリング３６と、ピストン２４及び２８の他端において第２ベアリングリング３８を有する。ピストン２６及び３０から形成されるダブルピストンは、ピストン２４及び２８から形成されるダブルピストンと同一であり、対応して第１ベアリングリング４０及び第２ベアリングリング４２を有する。
【００６５】
ピストン２４及び２８から形成される第１ダブルピストンと、ピストン２６及び３０から形成される第２ダブルピストンは、それぞれベアリングリング３６及び３８、及び４０及び４２を用いて、スピンドル４４にピボット可能に載置され、このスピンドル４４は、振動軸３２を形成している。ピストン２４及び２８から形成される第１ダブルピストンと、ピストン２６及び３０から形成される第２ダブルピストンは、ここでは互いに関して１８０°回転されて配置され、ピストン２４及び２８から形成される第１ダブルピストンとピストン２６及び３０から形成される第２ダブルピストンがスピンドル４４上で十字型にスピンドル４４及び振動軸３２上に延びている。以下により詳細に説明されるように、個々のピストン２４から３０の間の振動動作は、各場合に反対方向に対になって行われる。
【００６６】
ピストン２４から３０及びスピンドル４４からなる配置は、スピンドル４４の端部で閉鎖キャップ４６及び４８を用いてタイトにシールされている。閉鎖キャップ４６及び４８は、それぞれこの目的のために、内向きに突出した環状フランジ５０を有していて、これは第２ベアリングリング３８及び４２のそれぞれの溝５２と係合している。閉鎖キャップ４６及び４８は、外側で、スピンドル４４の２つの端部において、ピストン２４及び３０の配置の球状キャップ型端部を形成しており、これはハウジング１２の内壁２２の曲率半径に適合されている。
【００６７】
スピンドル４４をシャフト５４の一端のリング５６のドリル孔内に開放不能に押圧することにより、スピンドル４４はシャフト５４に接続され、両端においてスピンドル４４はリング５６からその両側で等しい量だけ突出するようになっている。ピストン２４から３０は、両側でリング５６から突出するスピンドル４４の領域でベアリングリング３６から４２に載置されている。リング５６は、シャフト５４に永久的に接続されている。スピンドル４４と、従って振動軸３２は、シャフト５４により形成される回転軸３４に対して垂直に延びている。回転軸３４に関して、スピンドル４４は回転の点でシャフト５４に固定されて接続されるが、スピンドル４４はまた、シャフト５４のリング５６内で振動軸３２に関して非回転で保証される。
【００６８】
図１によれば、シャフト５４は、ハウジング１２から導出するようにできていて、振動ピストン機械１０のための出力シャフトとして機能する。
【００６９】
チューブ状突起５８は、これを通じてシャフト５４がハウジング１２から導出するようにできているが、ハウジング１２に対応して形成されている。シャフト５４は、図２及び３によれば、突起５８内で、運転ベアリング６０及び６２を用いて、中間スリーブ６４に載置されている。
【００７０】
図１〜８から、特に図７から明らかなように、シャフト５４は、ハウジング１２内で、ハウジングの中央で、終了している。
【００７１】
スピンドル４４、及び従って振動軸３２は、ハウジングの中心を通っており、これは図７の参照符号６６により指呼されている。ピストン２４から３０は、こうしてハウジングの中央にある振動軸３２上でピボット可能に載置されている。回転軸３４もまた、ハウジングの中心を通っており、そこで振動軸３２と交差している。
【００７２】
先に述べた第１ダブルピストンは、ピストン２４及び２８から形成され、これらは振動軸３２又はハウジングの中心６６に関して本質的に直径に沿って反対にあり、第２ダブルピストンはピストン２６及び３０から形成され、これらは振動軸３２又はハウジングの中心６６に関して本質的に直径に沿って反対にある。
【００７３】
ピストン２４及び２８から形成される第１ダブルピストンは、ピストンに固定されたガイドエレメント６８も備えていて、ピストン２６及び３０から形成されるダブルピストンも同様にガイドエレメント７０を備えている。ガイドエレメント６８及び７０は、ピストン２４から３０が回転軸３４の周りを回転するときに、振動軸３２の周りでのピストン２４から３０の往復振動動作を制御する機能を有する。ガイドエレメント６８及び７０は、軸ロッドのタイプとして具体化される。２つのローラ７２及び７４は、ピストン２４及び２８のガイドエレメント６８の端部に配置される。ローラ７２は、ローラ７４よりも大きな外径を有する。
【００７４】
対応して、ローラ７６及び７８は、ガイドエレメント７０の端部に配置され、ローラ７６はローラ７８よりも大きな外径を有している。
【００７５】
ガイドエレメント６８、７０は、それぞれローラ７２、７４及び７６、７８を介して、制御カムカーブ内で係合し、これはピストン２４から３０の往復振動動作を制御する目的で、ハウジング１２の内壁２２に溝８０として設けられる。溝８０として具体化される制御カムカーブは、ここではハウジング上で回転軸３４の周りに、シャフト５４の延長、すなわちシャフト５４のリング５６と向かい合う配置として中心付けられている。溝８０で形成された制御カムカーブは、交差ポイント無しの閉鎖カムとして構成され、直径に沿って反対の側に圧縮されたほぼ円形となっている。
【００７６】
溝８０は、ローラ７２の及びローラ７４の異なる外径と一致して、及びローラ７６の及びローラ７８の外径の間の差異と一致して、放射方向にステップ状となった形状を有し、すなわち溝８０の側面８２及び８４がステップ（図１２から１４を参照）を有する。ここで比較的大きな外径を有するローラ７２及び７６が、溝８０内での回転の間１つの側面８４のみで休止する一方で、比較的小さな外径を有するローラ７４及び７８が、反対の側面８２で休止し、ローラ７２から７８のそれぞれの回転方向が、溝８０での１つの完全な回転にわたって同じであるようになっている。
【００７７】
図１から特に明白なように、ガイドエレメント６８及び７０は、溝８０内で互いに関して１８０°ずれて係合している。この１８０°のラップアラウンド角度の状態は、ピストン２４から３０がハウジング１２内で回転軸３４の周りに１回転する間維持されている。溝８０の形状は、図６ａ）及び６ｂ）の図示から特に明らかであり、これらは回転軸３４に対して垂直であり振動軸３２に対して平行な面に沿ってハウジング１２を通る断面を示しており、図６ａ）はハウジング１２の外側を示し、図６ｂ）はハウジング１２の内側を示している。
【００７８】
ピストン２４及び２８から形成されるダブルピストンは、図５ａ）及び５ｂ）に単独で示されている。ピストン２４から３０の各々は、図５ａ）及び５ｂ）のピストン２４及び２８の例に描かれているように、作業側と、それと反対の背面側を有する。
【００７９】
ピストン２４のために、作業側が参照符号８６により指呼されている。作業側８６は、本質的に平坦かつ平面であり、振動軸３２と平行にその最大寸法で延在している。ピストン２８の対応する同一の作業側には、参照符号８８が設けられている。
【００８０】
ピストン２４の作業側８６と反対にあるピストン２４の背面側９０は、多数のキャビティ９２を備えていて、これらは背面側９０に向けて開放しているが作業側８６では閉鎖されている。同様に、ピストン２８の作業側８８と反対にある背面側９４が、ピストン２８に形成されている。
【００８１】
同一のピストン２６及び３０は、上述されたピストン２４及び２８のそれと同じ実施態様を有する。
【００８２】
近接したピストン２４から３０のそれぞれの作業側の間で、作業室が形成される。４つのピストン２４から３０を備えた振動ピストン機械１０の実施態様ゆえに、２つの作業室９６及び９８があり、作業室９６は近接したピストン２４及び２６の作業側の間に形成され、作業室９８は近接したピストン２８及び３０の間に形成される。ピストン２４から３０がハウジング１２内で回転するにつれて、作業室９６及び９８は、往復振動動作ゆえに、小さな体積を有する事実上閉鎖された位置（図７に描かれている）と、例えば図１７でこの点に関して独立して作用する振動ピストン機械１０’に描かれている最大体積との間で、その体積を変化させる。往復振動動作ゆえに、各場合において２つの近接したピストン２４から３０が交替的に互いに接近し又は互いに離れる。
【００８３】
作業室９６及び９８は、ほぼ球面のクサビ型であり、その幅は振動軸３２と垂直な面内で、すなわちピストン２４から３０の往復振動動作にあわせて図７の面内で可変である。作業室９６及び９８は、ピストン２４から３０の作業側と、ハウジング１２の内壁と、ハウジングの中心６６に向かって、ベアリングリング３６から４２、及びシャフト５４のリング５６により画成されている。
【００８４】
加えて、作業室９６及び９８は、ハウジング１２の内壁２２に対してシール９９を用いて、及びシャフト５４のリング５６に対してシール１０１を用いてシールされている。ベアリングリング３６から４２に関して、そのピストン２４から３０への一体接続ゆえに、ピストン２４から３０をシールする必要はない。
【００８５】
第２室が、それぞれの近接したピストン２４から３０の背面側の間に形成される。全部で４つのピストン２４から３０を備えた振動ピストン機械１０の実施態様に合わせて、２つの第２室、詳細には、ピストン２６とピストン２８の間の第２室１００と、ピストン３０とピストン２４の間の第２室１０２がある。振動軸３２に関して周方向に見たときに、作業室９６及び９８は両方とも、それぞれ第２室１００及び１０２に近接している。
【００８６】
ピストン２４から３０の背面側のキャビティ９２ゆえに、可能な限り最大の体積が第２室１００及び１０２のために利用される。第２室１００及び１０２は、作業室９６及び９８に反比例して、その体積を増加させそれぞれ減少させる。作業室９６及び９８の体積は、ピストン２４から３０がハウジング１２内で回転軸３４の周りに回転するに際し、ともに増加し及び減少し、第２室１００及び１０２もまたともに減少し又は増加する。
【００８７】
第２室１００及び１０２は、流体、好ましくはエアで満たされ得る。
【００８８】
この目的のため、第２室１００に割り当てられた入口バルブ１０４が、ハウジング１２に存在し、ハウジング１２に形成されたバルブハウジング１０６内にある。入口バルブ１０４は、バタフライバルブで構成され、これは矢印１０８の方向にプレストレスが与えられている。入口バルブ１０４は、第２室１００とハウジング１２の外側空間との間の異なる圧力状況で制御される。これに応じて、更なる入口バルブ１１０が、ハウジング１２に配置されてそこに形成されるバルブハウジング１１２内にあり、第２室１０２に割り当てられている。入口バルブ１１０もまた、バタフライバルブとして構成され、その操作方法は入口バルブ１０４のそれと対応している。
【００８９】
図６によれば、入口バルブ１０４は溝８０の内側のハウジング領域に位置している。
【００９０】
流体、好ましくは外気は、それぞれ第２室１００及び１０２内に、それぞれ入口バルブ１０４及び１１０を通じて導入され、最初にピストン２４から３０を、特にそのベアリングリング３８から４２を、スピンドル４４とハウジング１２の内壁とともに冷却し、さらにピストン２４から３０のガイドエレメント６８から７０上にあるローラ７２から７８を冷却する働きをする。
【００９１】
示された典型的な実施例において、第２室１００及び１０２は、冷却の機能を有するだけでなく、第２室内に導入される流体、すなわち外気を圧縮する働きをもする。
【００９２】
この圧縮は、図７に描かれたピストン２４から３０の位置から始まり、ピストン２４及び２６が矢印１１４及び１１６に合わせて振動し、ピストン２８及び３０が矢印１１８及び１２０に合わせて振動し、その結果として第２室１００及び１０２の体積が減少させられる。工程中に継続的に増加する第２室１００及び１０２内の圧力ゆえに、入口バルブ１０４及び１１０がその閉鎖位置に押圧され（図７の矢印１０８）、流体が、それぞれ第２室１００及び１０２から、それぞれ入口バルブ１０４及び１１０を通じて流出し得ない様になっている。
【００９３】
第２室１００及び１０２はまた、各場合においてハウジングの外側に配置された１つのライン１２２及び１２４を介して、及び制御バルブ、例えばソレノイドバルブで構成された入口バルブ１２６を介して、作業室９６及び９８と連通している。
【００９４】
ライン１２２は、一端において第２室１０２にハウジング１２の開口１２８を介して接続されており、ライン１２４は第２室１００にハウジング１２の開口１３０を介して接続されている。ライン１２２及び１２４は、入口バルブ１２６の領域で一緒になっている。
【００９５】
作業室９６又は９８のいずれかが特定の時間に入口バルブ１２６と反対にあることに応じて、第２室１００及び１０２内で圧縮された流体は、その後対応する作業室９６又は９８内にそれぞれ導入され得る。このようにして、燃焼エアが予備圧縮で、すなわち過圧で、作業室９６又は９８内にそれぞれ押し込まれることが可能であり、その結果として振動ピストン機械１０の過給効果が生じる。
【００９６】
振動ピストン機械１０はまた、ハウジング１２に取り付けられた点火プラグ１３２と、点火プラグ１３２に直近して燃料を噴射する目的を有する噴射ノズル１３４と、図８にのみ示されていて振動ピストン機械１０が作動している間に燃焼された燃料／エア混合物を放出する目的を有する出口１３６を有する。
【００９７】
加えて、図７及び８によれば、ドリル孔１３８及び１４０がシャフト５４に存在し、ドリル孔１４２から１５０がスピンドル５４に存在し、これらのドリル孔は移動部分をオイルで潤滑する働きをする。
【００９８】
振動ピストン機械１０の機能原理は、以下により詳細に図９、１０及び１１を参照して説明されていて、ピストン２４から３０の個々の動作シーケンスもまた、図１及び１２から１４に斜視図で示されている。図９の図示は極めて概略的である。
【００９９】
図９ａ）、１０ａ）及び図１において、ピストン２４及び２６は上死点（ＯＴ）と、ピストン２８及び３０は下死点（ＵＴ）と呼ばれる。この状態で、ピストン２４及び２６の間で形成される作業室９６と、ピストン２８及び３０の間で形成される作業室９８は、その最小体積を有する。ピストン２６及び３０から形成されるダブルピストンのガイドエレメント７０は、溝８０内のその頂点（図１１の位置ａ）を参照）に位置していて、ピストン２４及び２８から形成されるダブルピストンのガイドエレメント６８は、溝８０の反対の頂点（図１１の位置ｃ）を参照）に位置している。
【０１００】
この状態において、圧縮燃料／エア混合物は作業室９６内に存在し、室９８は空である。
【０１０１】
もし、作業室９６内の燃料／エア混合物が、点火プラグ１３２を用いて燃焼されたとき、自発的に起こる作業室９６内の圧力の増大が、振動軸３２のまわりにピストン２４及び２６を別個にピボットしようとする。ピストン２４及びピストン２６が溝８０内でガイドされているゆえに、これは同時にピストン２４及び２６と、それゆえピストン２４及び２６に永久的に接続されたピストン２８及び３０の、溝８０により形成されたカムカーブに沿った強制されたガイドをもたらし、その結果として、ピストン２４から３０は回転軸３４の周りに矢印１５２の方向に、すなわちピストン２４から３０が回転軸３４の周りに図１０ａ）に描かれた位置から、図１２にも描かれている図１０ｂ）に描かれた位置へ始動される。回転軸３４の周りのこの回転動作と同時に、ピストン２４及び２６が反対方向にピボットし、同様にピストン２８及び３０が振動軸３２の周りに反対方向に離れてピボットするが、これは図９ａ）から図９ｂ）への遷移から明らかである。ピストン２４及び２６で形成されるピストンの対は、その後膨張作業ストロークになり、ピストン２８及び３０で形成されるピストンの対は、吸気作業ストロークになる。
【０１０２】
作業室９６及び９８の体積の増大と同時に、第２室１００及び１０２の体積の減少がある。第２室１００及び１０２に入口バルブ１０４及び１１０を通じて既に入ったエアは、第２室１００及び１０２でその後圧縮される。
【０１０３】
最大体積での作業室９６及び９８が、図９ｃ）に描かれていて、ピストン２４及び２６が膨張作業ストロークをこの状態で終了させており、ピストン２８及び３０が吸気作業ストロークを終了させている。この作業位置まで、図１０ｃ）によるピストン２４から３０は、開始位置（図１３も参照）から回転軸３４の周りに９０°移動している。ガイドエレメント６８及び７０はその後溝８０の狭い側の頂点で互いに向かい合う（図１１での位置ｂ）及びｄ））。作業室９６及び９８は、この状態でその最大体積となる一方、第２室１００及び１０２は、それらの最小体積となり、すなわち第２室１００及び１０２に存在するエアが、その後最大限圧縮される。入口バルブ１２６は、その後好ましくは適当な動作によって開放され、その結果として第２室１００及び１０２に存在する全ての圧縮空気が作業室９８に導入される。
【０１０４】
図９ｃ）によるこの作業位置から始まり、ピストン２４及び２６、及びピストン２８及び３０もまた、その後互いに再び振動軸３２の周りで接近し、その結果としてピストン２４及び２６は、その後排除作業ストロークを実行し、ピストン２８及び３０は、先に入れられて既に予備圧縮された燃焼エアの圧縮作業ストロークを実行する。この作業ストロークは、図９ｄ）及び図１０ｄ）及び図１４に描かれていて、そこからピストン２４から３０が回転軸３４の周りに更に４５°移動されていることが明らかである。
【０１０５】
図９ｃ）に描かれた状態から図９ｄ）に描かれた状態への遷移において作業室９６及び９８が減少する一方で、第２室１００及び１０２が対応して増加する。第２室１００及び１０２の増加は、その後第２室内に周囲に関して部分真空が確立され、工程中自動で開放する入口バルブ１０４及び１１０を通じて外気が第２室内１００及び１０２内に吸引されるようになるという状況をもたらす。
【０１０６】
図９ｄ）及び１０ｄ）及び１４に描かれた位置から開始して、その後ピストン２４から３０が図９ａ）、１０ａ）及び１１に関して回転軸３４の周りに１８０°回転されるという位置があるが、これは視覚的に判別され得ず、ピストン２４及び２６は今や下死点にあり、ピストン２８及び３０は上死点にある。これは、燃料がその後作業室９８内の圧縮燃焼エア内に噴射ノズル１３４を介して噴射され、この燃料がその後すぐに圧縮エアを燃焼させることを意味している。対照的に、燃焼された燃料／エア混合物の排除の後、作業室９６は空になり、第２室１００及び１０２から予備圧縮された燃焼外気を吸い込む準備ができる。
【０１０７】
ピストン２４から３０は、ハウジング１２の回転軸３４の周りに今や１８０°移動している。その結果、振動ピストン機械１０は、回転軸の周りに３６０°のピストン２４から３０の１つの完全な回転にわたる２つの完全作業サイクルを実行し、すなわち、吸込み、圧縮、膨張及び排除の作業サイクルが、１つの完全な３６０°回転にわたり二度行われる。
【０１０８】
図１１は、ピストン２４から３０のガイドエレメント６８及び７０作業カーブの特徴を示す。この表現は、振動ピストンのストロークが半径Ｒ２及びＲ１の間の差異によって与えられることを示し、半径Ｒ１は溝８０の中心点と溝８０の短い軸上の中心との間の距離であり、半径Ｒ２は溝８０の中心点と溝８０の長い軸上の中心との間の距離である。
【０１０９】
図１５から１７は、振動ピストン機械１０’の典型的な実施例を示し、これは振動ピストン機械１０に関して僅かに修正されていて、振動ピストン機械１０とは、振動ピストン機械１０に関して上述された自己過給効果の構造的実施態様においてのみ異なっている。
【０１１０】
振動ピストン機械１０’の同一の又は共通の構成及びエレメントには、振動ピストン機械１０と同じ参照符号が主要なマークとともに設けられる。
【０１１１】
図１５から１７に描かれた実施例において、作業室９６’及び９８’は、先の実施例のように、第２室１００’及び１０２’とハウジングの外側にあるラインを介して連通しておらず、むしろ直接ピストン２４’から３０’それら自身を介しており、入口バルブ１５４から１６０がそれらの各々に配置されている。入口バルブ１５４から１６０は、バタフライバルブとして具体化されている。入口バルブ１５４から１６０は、ピストン２４’から３０’の往復振動動作の間確立される第２室１００’、１０２’及び作業室９６’、９８’の間の圧力差に応じて、自動的に開放及び閉鎖する。入口バルブ１５４から１６０は、第２室１００’及び１０２’の方向にプレストレスが与えられている。
【０１１２】
図１５は、ピストン２４’及び２６’の間の作業室９６’を示し、その位置でピストン２４’及び２６’が上死点にある。もし作業室９６にある燃料／エア混合物が点火プラグ１３２’を用いてその後燃焼されるなら、超高圧が作業室９６’内に生じ、作業室９６’が排除サイクルの後再び吸気サイクルのために準備されるまで入口バルブ１５４及び１５６がこの圧力に対して閉鎖されたままになるようになっている。
【０１１３】
図１５は、４つの入口バルブ１５４から１６０の全てが閉鎖位置にあることを示している。図１６において、ピストン２４’、２６’及び２８’、３０’は、それぞれ振動軸３２’の周りで離れて、そうすることでハウジング１２’の回転軸３４’の周りをさらに４５°移動している。入口バルブ１５４及び１５６は、継続してそれらの閉鎖位置に位置付けられる。なぜなら作業室９６’内の圧力は第２室１００’及び１０２’よりもなお高いからである。対照的に、入口バルブ１５８及び１６０は、それらの開放位置にあり、図１５では空でこうして加圧されていない作業室９８’は、第２室１００’及び１０２’よりも低い内部圧力を有するためである。
【０１１４】
図１７から、作業室９６’が、その中で先に燃焼された燃料／エア混合物が更に膨張するが、図１７によるその最大体積に到達するまで、入口バルブ１５４及び１５６が閉鎖されたままであることが明らかである。
【０１１５】
個々のピストン２４’から３０’の振動動作に関して、図１５から１７はまた、図１〜８による典型的な実施例のピストン２４から３０の説明的な図示であり、これらのピストンは図１５及び１７による終了位置の間で同じように動き、図１５から１７のシーケンスはまた、それぞれガイドエレメント６８及び７０、及び６８’及び７０’を用いて、ピストン動作の制御を追加的に図示している。
【０１１６】
図１８は、振動ピストン機械の更なる実施例を示し、これは全体として参照符号１０’’が与えられていて、この典型的な実施例は、先の２つの典型的な実施例とピストン２４’’から３０’’の振動動作が制御されている方式の点で異なっている。
【０１１７】
この典型的な実施例において、ピストン２４’’から３０’’の振動動作を制御するために設けられた制御カムカーブが、ハウジング１２’’から内向きに突出した２つの突起１６４及び１６６として具体化されている。突起１６４及び１６６は、ただ１つの溝８０とは対照的に、本質的に長円形である。先の典型的な実施例とは更に対照的に、ピストン２４’’から３０’’は、ベアリング面１６８で各々形成されていて、それを用いて、ピストン２４’’から３０’’の振動動作を制御する目的で、ピストン２４’’から３０’’が摺動方式で突起１６４及び１６６上をガイドされる。ピストン２４’’から３０’’は、先の典型的な実施例とは対照的に、ただ一方の側でガイドされており、ピストン２４’’及び２６’’の開放振動動作を初期化する目的で、所定の状況下ではそれぞれのピストン対２４’’及び２６’’、及び２８’’及び３０’’の上死点に圧縮されたエアを押し込む必要があるかもしれないようになっている。
【０１１８】
さらに、図１８において、シャフト５４’’はハウジング１２’’に両側で載置され、すなわち、先の典型的な実施例のようにハウジングの中心６６’’で終了していない。シャフト５４’’はこうして第２ベアリング１７０上にも載置される。
【０１１９】
最後に、図１９もまた振動ピストン機械１０’’’の典型的な実施例を示しており、これはピストンの幾何構造が異なっており、これらのピストンのうちピストン２６’’’及び２８’’’が図１９に描かれている。先の典型的な実施例の代わりに、ピストン２６’’’及び２８’’’はストレートでなく、むしろカーブしたピストンクラウン１７２又は１７４を有し、回転軸３４’’’を形成するシャフト上にあるベアリングリング３６’’’から４２’’’及びリング５６’’’は、対応して傾斜している。
【０１２０】
さらに、図１９は、振動ピストン機械１０’’’の変形例を示し、そこでは自己過給効果が提供されず、代わりにこの変形例は単純な入口ダクト１７６を有する。これらの変形例にも存在する第２室は、ピストン２４’’’から３０’’’を冷却する目的で、オイルで満たされ得るオイルスペースとして、又はエアで満たされ得るエアスペースとして機能し得る。
【０１２１】
先に説明された種々の典型的な実施例は、その当業者の裁量で所望のように互いに組み合わせられ得る。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】本発明による振動ピストン機械の部分切断斜視全図を、第１の典型的な実施例及びピストンの第１操作位置に合わせて示す。
【図２】図１の振動ピストン機械をハウジング無しで示す斜視図。
【図３】図２に描かれた図１の振動ピストン機械のコンポーネントを分解斜視図で示す。
【図４】図３の振動ピストン機械のコンポーネントの更なる分解斜視図であり、さらなるコンポーネントが省略されている。
【図５ａ）】図１の振動ピストン機械のダブルピストンを斜視図で示す。
【図５ｂ）】図１の振動ピストン機械のダブルピストンを斜視図で示し、図５ａ）に関して９０°回転されている。
【図６ａ）】図１の振動ピストン機械のハウジングを半分切断した斜視図であり、ハウジングの外側を示す。
【図６ｂ）】図１の振動ピストン機械のハウジングを半分切断した斜視図であり、ハウジングの内側を示す。
【図７】ピストンの回転軸と平行及びピストンの振動軸と垂直な面に沿った図１の振動ピストン機械の断面を示す。
【図８】ピストンの振動軸と平行及びピストンの回転軸と垂直な面に沿った図１の振動ピストン機械の断面を示す。
【図９ａ）】図１の振動ピストン機械の機能原理の概念図を、回転軸に沿ってピストンの振動軸に関して横断した断面で示す。
【図９ｂ）】図１の振動ピストン機械の機能原理の概念図を、回転軸に沿ってピストンの振動軸に関して横断した断面で示す。
【図９ｃ）】図１の振動ピストン機械の機能原理の概念図を、回転軸に沿ってピストンの振動軸に関して横断した断面で示す。
【図９ｄ）】図１の振動ピストン機械の機能原理の概念図を、回転軸に沿ってピストンの振動軸に関して横断した断面で示す。
【図１０ａ）】図１の振動ピストン機械の機能原理の概念図を、ピストンの振動軸と平行に及び回転軸に関して横断した断面で示し、図９ａ）に描かれた作動位置に対応する作動位置を示す。
【図１０ｂ）】図１の振動ピストン機械の機能原理の概念図を、ピストンの振動軸と平行に及び回転軸に関して横断した断面で示し、図９ｂ）に描かれた作動位置に対応する作動位置を示す。
【図１０ｃ）】図１の振動ピストン機械の機能原理の概念図を、ピストンの振動軸と平行に及び回転軸に関して横断した断面で示し、図９ｃ）に描かれた作動位置に対応する作動位置を示す。
【図１０ｄ）】図１の振動ピストン機械の機能原理の概念図を、ピストンの振動軸と平行に及び回転軸に関して横断した断面で示し、図９ｄ）に描かれた作動位置に対応する作動位置を示す。
【図１１】制御カムの特性を示す概念図であり、これを用いてピストンの振動動作が制御される。
【図１２】図１の振動ピストン機械の斜視図であり、図９及び１０に対応するピストンの操作位置を示す。
【図１３】図１の振動ピストン機械の斜視図であり、図９及び１０に対応するピストンの操作位置を示す。
【図１４】図１の振動ピストン機械の斜視図であり、図９及び１０に対応するピストンの操作位置を示す。
【図１５】図７に対応し、典型的な実施例による振動ピストン機械の断面図を示し、図１の振動ピストン機械に関して僅かに修正されている。
【図１６】図１５の振動ピストン機械をピストンの作動位置で示し、これは図１５に関して修正されている。
【図１７】図１５及び１６の振動ピストン機械をピストンの作動位置で示し、これは図１５及び１６に関して更に修正されている。
【図１８】図１７に対応し、振動ピストン機械の典型的な実施例の更なる典型的な実施例の図であり、これは図１の振動ピストン機械に関して僅かに修正されている。
【図１９】図８に対応し、振動ピストン機械のもう１つの典型的な実施例の断面図を示す。
【図１】
2005526206.tif 000003
【図２】
2005526206.tif 000004
【図３】
2005526206.tif 000005
【図４】
2005526206.tif 000006
【図５ａ）】
2005526206.tif 000007
【図５ｂ）】
2005526206.tif 000008
【図６ａ）】
2005526206.tif 000009
【図６ｂ）】
2005526206.tif 000010
【図７】
2005526206.tif 000011
【図８】
2005526206.tif 000012
【図９ａ）】
2005526206.tif 000013
【図９ｂ）】
2005526206.tif 000014
【図９ｃ）】
2005526206.tif 000015
【図９ｄ）】
2005526206.tif 000016
【図１０ａ）】
2005526206.tif 000017
【図１０ｂ）】
2005526206.tif 000018
【図１０ｃ）】
2005526206.tif 000019
【図１０ｄ）】
2005526206.tif 000020
【図１１】
2005526206.tif 000021
【図１２】
2005526206.tif 000022
【図１３】
2005526206.tif 000023
【図１４】
2005526206.tif 000024
【図１５】
2005526206.tif 000025
【図１６】
2005526206.tif 000026
【図１７】
2005526206.tif 000027
【図１８】
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【図１９】
2005526206.tif 000029
【手続補正書】
【提出日】平成14年9月4日(2002.9.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング（１２）内に配置され、ハウジングの本質的に中心にあってハウジングに関して固定された回転軸（３４）の周りをハウジング（１２）内でともに回転する多数のピストン（２４−３０）を有し、それらがハウジング（１２）内で回転するときにそれぞれの振動軸（３２）の周りで往復振動動作を実行し、各場合において２つの近接したピストン（２４−３０）が反対方向に振動動作を実行し、ハウジング（１２）がその内側で球状構造であり、ピストン（２４−３０）が共通の振動軸（３２）の周りに回転し、これが本質的にハウジングの中心（６６）を通っている振動ピストン機械。
【請求項２】
ピストン（２４−３０）の共通の振動軸（３２）が、回転軸（３４）に関して傾斜して又は垂直に通っていることを特徴とする請求項１に記載の振動ピストン機械。
【請求項３】
ピストン（２４−３０）が、ピボット方式でスピンドル（４４）に載置され、これが、振動軸（３２）を形成して回転軸（３４）の周りに回転に関して固定され、回転軸（３４）を形成するシャフト（５６）に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動ピストン機械。
【請求項４】
シャフト（５４）が、ハウジング（１２）から導出するようにできていることを特徴とする請求項３に記載の振動ピストン機械。
【請求項５】
シャフト（５４）が、ハウジングのほぼ中央で終了していることを特徴とする請求項３又は４に記載の振動ピストン機械。
【請求項６】
本質的に直径に沿ってハウジングの中心（６６）に関して互いに反対にある２つのピストン（２４−３０）が、各場合において、互いにしっかりと接続されてダブルピストンを形成していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の振動ピストン機械。
【請求項７】
ピストン（２４−３０）がハウジング（１２）内で回転する際に、往復振動動作を制御する目的で、それらがハウジング（１２）に形成された少なくとも１つの制御カムカーブに沿ってガイドされることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の振動ピストン機械。
【請求項８】
制御カムカーブが少なくとも１つの溝（８０）として具体化され、これがハウジングに設けられていて、その中にそれぞれのピストン（２４−３０）に割り当てられていてそのピストンに取り付けられた少なくとも１つのガイドエレメント（６８、７０）が各場合において係合していることを特徴とする請求項７に記載の振動ピストン機械。
【請求項９】
ガイドエレメント（６８、７０）が、少なくとも１つのローラ（２２−７８）を有し又は摺動ベアリングとして具体化されていることを特徴とする請求項８に記載の振動ピストン機械。
【請求項１０】
ガイドエレメント（６７、７０）が２つのローラ（７２−７８）を有し、それらの一方が溝（８０）の１つの側面（８２）と、他方が溝（８０）の反対の側面（８４）と接触していることを特徴とする請求項９に記載の振動ピストン機械。
【請求項１１】
各ダブルピストンが、ただ１つのガイドエレメント（６８、７０）を有していることを特徴とする請求項６及び請求項８〜１０のいずれか１項に記載の振動ピストン機械。
【請求項１２】
制御カムカーブが、少なくとも１つの突起（１６４）として具体化されていて、これがハウジング（１２’’）から内向きに突出していてこれに沿ってピストン（２４’’−３０’’）がガイドされることを特徴とする請求項７に記載の振動ピストン機械。
【請求項１３】
４つのピストン（２４−３０）の全部が、ハウジング（１２）内に配置されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の振動ピストン機械。
【請求項１４】
各ピストン（２４−３０）が、作業側（８６、８８）と、後者から離れて裏返しとなった背面側（９０、９４）を有し、２つの近接したピストン（２４−３０）のそれぞれ互いに面した２つの作業側（８６、８８）とハウジング（１２）の間にそれぞれの作業室が形成されていて、各場合において作業室（９６、９８）に反比例して体積が増加又は減少する第２室（１００、１０２）が、２つの近接したピストン（２４−３０）の２つのそれぞれの背面側（９０、９４）とハウジング（１２）の間に形成されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の振動ピストン機械。
【請求項１５】
少なくとも１つの第２室（１００、１０２）が、流体、好ましくはエアで満たされ得ることを特徴とする請求項１４に記載の振動ピストン機械。
【請求項１６】
少なくとも１つの入口バルブ（１０４、１１０）が、少なくとも１つの第２室（１００、１０２）を満たす目的で、ハウジング（１２）に存在することを特徴とする請求項１５に記載の振動ピストン機械。
【請求項１７】
第２室（１００、１０２）内の流体が、割り当てられたピストン（２４−３０）の振動動作により圧縮されることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の振動ピストン機械。
【請求項１８】
少なくとも１つの第２室（１００、１０２）が少なくとも１つの作業室（９６、９８）と少なくとも１つの入口バルブ（１２６）を介して連通しており、これが圧縮された流体を少なくとも１つの第２室（１００、１０２）から作業室（９６、９８）内へ通過させることを可能にしていることを特徴とする請求項１４〜１７のいずれか１項に記載の振動ピストン機械。
【請求項１９】
少なくとも１つの第２室（１００、１０２）が少なくとも１つの作業室（９６、９８）とハウジング（１２）の外側に配置されたライン（１２２、１２４）を介して連通しており、ハウジング（１２）に少なくとも１つの入口バルブ（１２６）が配置され、これを通って流体が作業室（９６、９８）内に第２室（１００、１０２）から通過することを特徴とする請求項１８に記載の振動ピストン機械。
【請求項２０】
少なくとも１つの第２室（１００’、１０２’）が、少なくとも１つの作業室（９６’、９８’）と中間ピストン（２４’−３０’）を通じて連通しており、ピストン（２４’−３０’）に入口バルブ（１５４−１６０）が配置され、これを通って流体が作業室（９６’−９８’）内に第２室（１００’−１０２’）から通過することを特徴とする請求項１８に記載の振動ピストン機械。
【請求項２１】
２つの近接したピストン（２４−３０）で形成される作業室（９６、９８）が球状くさび型構造であってその幅がピストン（２４−３０）の振動軸（３２）に対して垂直な面内で可変であるように、ピストン（２４−３０）が各場合において具体化されていることを特徴とする請求項１４〜２０のいずれか１項に記載の振動ピストン機械。
【請求項２２】
２つの近接したピストン（２４−３０）が各場合において振動動作ゆえに交替的に互いに近接して及び互いから離れるように、ピストン（２４−３０）が配置されていることを特徴とする請求項１〜２１のいずれか１項に記載の振動ピストン機械。
【国際調査報告】
2005526206.tif 000030
2005526206.tif 000031
2005526206.tif 000032
2005526206.tif 000033